Все про трифазний струм. Трифазний змінний струм

Пересічний споживач з електрикою стикається, щодня гояться світло і включаючи той чи інший прилад в розетку. Вимикачі один від одного відрізняються мало, а ось із розетками все набагато складніше. Спробуймо розібратися, як влаштована розетка.

Почнемо з тієї, яка була зроблена і встановлена ​​років так 10-15 тому. Вона підключена всього до двох дротів. Ізоляція одного з проводів обов'язково повинна мати блакитне або синє забарвлення. Саме так визначається робітник нульовий провіднік. Струм по ньому йде не від джерела, а від споживача. Цей провід цілком невинний, і якщо схопитися за нього, не торкаючись другого, то нічого страшного і жахливого не станеться.

А ось другий провід, забарвлення якого може бути будь-яким, за винятком синім, блакитним, жовто-зеленим у смужку і чорним, більш небезпечним і підступним. Називається він фазний провідник.

Доторкнувшись до цього дроту, можна отримати гарний розряд. І це не жарти, оскільки напруга побутової мережі змінного струму 220 В, а будь-який струм, напруга якого понад 50 В, вбиває людину за кілька секунд. Наявність напруги фазних провідниках можна визначити спеціальними індикаторами. На рис. 1.12 показаний один із таких індикаторів. Він виконаний у вигляді звичайної викрутки з плоским шліцем (зустрічаються індикаторні викруткиз хрестоподібним шліцем). Рукоятка, всередині якої вбудована лампочка-діод, виготовлена ​​із напівпрозорого пластику. Верхня частина рукоятки – металева. Доторкніться робочою частиною індикатора до провідника, а великим пальцем руки – до металевої частини на рукоятці. Якщо діод спалахнув, чіпати цей провід не варто - він зараз під напругою. Зауважте, що при дотику до нульового провідникасвітлодіод не загоряється (природно, якщо цей провідник не стикається з фазним проводом).

Багато хто чув такі загадкові слова, як одна фаза, три фази, нуль, заземлення, або земля, і знають, що це важливі поняття у світі електрики. Проте чи всі розуміють, що вони позначають. Тим не менш, знати це обов'язково. Не заглиблюючись у технічні подробиці, які не потрібні домашньому майстру, можна сказати, що трифазна мережа – це такий спосіб передачі електричного струму, коли змінний струмтече по трьох дротах, а по одному повертається назад. Наведене вище треба трохи пояснити. Будь-яка електричний ланцюгскладається з двох дротів. По одному струм йде до споживача (наприклад, до чайника), а по іншому – повертається назад. Якщо розімкнути такий ланцюг, то струм не йтиме. Ось і весь опис однофазного ланцюга. Той провід, яким струм йде, називається фазовим чи просто фазою, а якому повертається - нульовим чи нулем. Трифазний ланцюгскладається з трьох фазових проводів та одного зворотного. Таке можливо тому, що фаза змінного струму в кожному з трьох дротів зсунута по відношенню до сусіднього дроту на 120 ° (рис. 1.13). Докладніше це питання допоможе відповісти підручник з електромеханіки. Передача змінного струму відбувається за допомогою трифазних мереж. Це вигідно економічно - не потрібні ще два нульові дроти. Підходячи до споживача, струм поділяється на три фази, і кожній з них дається по нулю. У такому вигляді він зазвичай і потрапляє до квартир і будинків, хоча іноді трифазна мережа заводиться прямо в будинок. Як правило, йдеться про приватний сектор, і такий стан справ має свої плюси та мінуси.

Як видно з назви, трифазна системаскладається з трьох джерел електроенергії та трьох ланцюгів, з'єднаних загальними проводами лінії передач.

Джерелом енергії всім фаз є трифазний генератор, умовно показаний на рис. 1.14 та рис. 1.15 у вигляді трьох обмоток: АХ, ВУ та CZ.

Рис. 1.12. Найпростіший індикатор

Рис. 1.16. Схема підключення триповерхового будинку

Обмотки фаз генератора можна було б з'єднати шістьма проводами (рис. 1.14) з навантаженнями Z A , Z B , Z c і отримати таким шляхом три незалежні фазні ланцюги. Але якщо з'єднати кінці обмоток фаз генератора X, Y, Z з кінцями трьох навантажень одним дротом, то можна заощадити два з'єднувальних дроти (рис. 1.15). Такий спосіб з'єднання називається з'єднанням зіркою. Вказаний загальний дріт називається нейтральним або просто нейтраллю.

Оскільки черговість підключення трифазних двигунів як навантаження виявляється суттєвою для встановлення напрямку їх обертання, то для забезпечення цієї однозначності прийняті наступні умовні колірні позначення фаз: А - жовта ізоляція; В – зелена; С – червона та нейтраль – чорна.

Рис. 1.17. Електрична схемаз'єднання трикутником

При з'єднанні зіркою, крім рівної напруги на затискачах кожної з фаз (фазної напруги між фазою і загальним дротом - (Уф), існує напруга між різними фазами, звана лінійною напругою - (/„). Лінійна напругав цьому випадку більше фазного в л/з разів.

Якщо струм у всіх фазах виявляється однаковим (таке навантаження називається симетричним; прикладом може служити трифазний двигун), то струм у нейтральному дроті відсутня і цей провід не потрібний. Але інші навантаження, що підключаються, бувають несиметричними, тому для них нейтральний провід необхідний. На рис. 1.16 наведено приклад підключення електроживлення триповерхового будинку.

Дещо рідше, ніж з'єднання зіркою, в трифазних мережахзастосовують з'єднання трикутником (рис. 1.17). Обмотки фаз джерела електрорушійної силипри цьому з'єднуються так, що кінець однієї з'єднується з початком наступної і т.д.

Перевагою з'єднання фаз трикутником вважається те, що навіть за несиметричному навантаженнінемає необхідності використовувати четвертий провід. На рис. 1.18 показано схему освітлювальної мережі житлового будинку при з'єднанні фаз приймачів трикутником. Зауважимо, що підключення навантажень у разі підведення напруги від джерела способом трикутника може бути здійснено як трикутником, так і зіркою.

Рис. 1.18. Схема освітлювальної мережі при з'єднанні фаз трикутником

РОЗДІЛ V

ТРИФАЗНА СИСТЕМА ЗМІННОГО СТРУМУ

§ 61. Трьохфазні генератори

Вище було розглянуто властивості однофазного змінного струму. Проте однофазна система неекономічна внаслідок недосконалості однофазних електричних машин. Так, наприклад, при однакових габаритах, вагах активних матеріалів (сталі та міді)! і втрати енергії потужність однофазної машини в 1,5 рази менше потужності трифазної машини. Тому передачі електроенергії по проводам великі відстані з меншими втратами енергії використовують трифазні системи змінного струму.

Трифазною системою змінного струму або просто трифазною системою називається ланцюг або мережа змінного струму, в якій діють три е. д. с. однакової частоти, але взаємно зміщені фазою на одну третину періоду.

Окремі ланцюги, що становлять трифазну систему, називаються фазами.

Якщо е. д. с. у всіх трьох фазах мають однакову амплітуду, то така трифазна система називається симетричною.

Вперше у світі передача трифазного струму було здійснено російським ученим М. О. Доливо-Добровольським у 1891 р.

На рис. 63 показана схема найпростішого двополюсного трифазного генератора. У пазах статора (нерухома частина машини) розташовані

три котушки А - X, В - Y і С - Z, зсунуті в просторі на 1/3 кола (120 °). Усередині статора міститься ротор (що обертається частина машини), що представляє собою двополюсний електромагніт, що живиться постійним струмом, що збуджує магнітне поле. Ротор приводиться у обертання будь-яким двигуном. Магнітні лінії, обертаючись разом із ротором, перетинають провідники котушок, закладених у пазах статора, та індуктують у цих котушках е. д. с, що змінюються синусоїдально. Проте синусоїди е.д. с. фаз А, В і С будуть зсунуті одна по відношенню до іншої на 1/3 періоду (рис. 64).

Нехай позитивний максимум е.р.с. Е m у котушці А - X настає в момент, коли сторона А виявиться проти центру північного полюса, а сторона X - проти центру південного полюса. Позитивний максимум е. д. с. Е m у котушці В - Y настане в той момент, коли центр північного полюса опиниться під провідником,

а центр південного полюса - під провідником Y. Для цього ротор повинен повернутись на 1/3 кола (120 °), що відповідає проміжку часу, що дорівнює 1/3 періоду. Позитивний максимум е. д. с. Е m в котушці З - Z настане через 1/3 періоду після такого максимуму в котушці В - Y, що відповідає подальшому повороту ротора на 1/3 кола.

При навантаженні генератора на затискачах котушки А-X, В - Y та С - Z встановлюються напруги, звані фазними. За відсутності навантаження (при холостому ході) фазні напруги дорівнюють е.д. с, що індукується у фазах обмотки статора.

Система трьох зрушених по фазі на 1/3 періоду змінних струмів називають трифазним струмом.

Такий струм можна отримати за допомогою спеціального генератора. Розглянемо його конструкцію.

(Рис. 23). На статорі розташовані три самостійні обмотки, зміщені на 1/3 кола (120 о). У центрі електричної машини обертається індуктор, зображений на схемі як постійного магніту.

У кожній обмотці (котушці) індукується змінна ЕРС однієї й тієї ж частоти, але моменти проходження цих ЕРС через нуль (або через максимум) у кожній з котушок виявляться зрушеними на 1/3 обороту щодо одного, т.к. індуктор проходить повз кожну котушка на 1/3 періоду пізніше, ніж повз попередньої. По суті, такий генератор є з'єднанням в одній електричній машинітрьох генераторів змінного струму, сконструйованих таким чином, що індуковані в них е.д. зрушені один щодо одного однією третину періоду. Графічне зображення трифазного струму подано на рис. 24. Кожна з фазних обмоток генератора

трифазного струму є самостійним

джерелом електричної енергії та до неї

може бути підключений до свого приймача. В

у цьому випадку виходить три незалежні ланцюги (рис. 25). Така схема зветься «Незв'язана трифазна система» , вона вимагає передачі електричної енергії шість проводів.

Насправді такі системи не застосовують. Фазні обмотки трифазних генераторіві трансформаторів та приймачі електричної енергії з'єднують за схемою «зірка» або «трикутник». У такому разі можна обійтися чотирма і навіть трьома проводами.

З'єднання «зіркою» полягає в тому, що кінці фазних обмоток з'єднуються в одну точку генератора (рис. 26), яка називається нульовою точкою або нейтраллю, і генератор з'єднується з приймачами електроенергії чотирма проводами: трьома лінійними, що йдуть від початку обмоток, і нульовим або нейтральним дротом, що йде від нульової точки генератора. Така система проведення називається чотирипровідний.

У разі рівномірного навантаження всіх трьох фаз генератора, тобто при приблизно однакових струмах у кожній з них, струм у нульовому дроті дорівнює нулю. Тому в цьому випадку можна нульовий провід скасувати та перейти до більш економної трипровідний системі (рис.27). Всі споживачі включаються при цьому між відповідними парами лінійних проводів та нульовою точкою навантаження.

При з'єднанні "трикутником" (мал.28) кінець кожної обмотки з'єднаний з початком наступної так, що вони утворюють замкнутий трикутник, а лінійні дроти приєднані до вершин цього трикутника.