Chápeme rozdiel medzi fázovým a lineárnym napätím. Trojfázové a jednofázové siete v dome. Schéma, výkon, výpočet trojfázových a jednofázových sietí

Väčšina alternátorov, ako aj prenosových vedení, používa trojfázové systémy. Prúd sa prenáša cez tri vedenia (alebo štyri) namiesto dvoch. Trojfázový prúd je systém striedavého elektrického prúdu, kde sa hodnoty prúdov a napätí menia podľa sínusového zákona. Frekvencia oscilácií sínusového prúdu v Rusku a Európe je 50 Hz.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/1-15-768x530..jpg 800w

Trojfázové elektrické vedenie

Prečo používať trojfázový prúd

Preprava elektriny z elektrární na vzdialené miesta zahŕňa použitie veľmi dlhých drôtov a káblov s vysokým odporom. To znamená, že časť energie sa stratí a rozptýli sa ako teplo. Znížením prúdov prenášaných elektrickými vedeniami možno výrazne znížiť straty.

Najbežnejšou formou výroby elektriny je trojfázová výroba. V priemysle sa na prevádzku elektromotorov často používa trojfázový striedavý prúd.

Výhody trojfázového systému:

1. Možnosť mať fázové a lineárne napätie v trojfázových obvodoch dvoch rôznych hodnôt: vysoké - pre silných spotrebiteľov, nízke - pre zvyšok;
2. Znížené straty pri prenose energie, a preto použitie lacnejších drôtov a káblov;
3. Trojfázové stroje majú stabilnejší krútiaci moment ako jednofázové stroje (vyšší výkon);
4. Lepší výkon v trojfázových generátoroch;
5. V niektorých prípadoch je potrebné získať jednosmerný prúd zo striedavého prúdu. Významnou výhodou je zároveň použitie 3-fázového prúdu, pretože zvlnenie usmerneného napätia je oveľa nižšie.

Čo je trojfázový prúd

Trojfázový AC systém sú tri sínusové prúdové signály, ktoré sa líšia o tretinu cyklu alebo 120 elektrických stupňov (celý cyklus je 360 ​​°). Prechádzajú svojimi maximami v pravidelnom poradí nazývanom fázová postupnosť. Sínusové napätie je úmerné kosínusu alebo sínusu fázy.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/2-11-210x140..jpg 615w

Trojfázový prúd

Tri fázy sa zvyčajne dodávajú cez tri (alebo štyri) vodiče a fázové a sieťové napätia v trojfázových obvodoch sú potenciálne rozdiely medzi pármi vodičov. Fázové prúdy sú prúdové veličiny v každom vodiči.

Trojfázové schémy zapojenia

V hviezdicovej konfigurácii sú tri fázové vodiče. Ak sú pripojené nulové body energetického systému a prijímača, získa sa štvorvodičová "hviezda".

Obvod rozlišuje medzi fázovým napätím medzi fázovými vodičmi (nazýva sa aj lineárne) a fázovým napätím medzi jednotlivými fázovými vodičmi a N-vodičom.

Čo je fázové napätie, je najjasnejšie určené zostrojením vektorov - sú to tri symetrické vektory U (A), U (B) a U (C). Tu môžete vidieť, aké je sieťové napätie:

• U (AB) \u003d U (A) - U (B);
• U (BC) \u003d U (B) - U (C);
• U (CA) \u003d U (C) - U (A).

Dôležité! Vektorové konštrukcie dávajú predstavu o posune medzi fázovým a medzifázovým napätím - 30°.

Preto je možné vypočítať sieťové napätie pre hviezdicový obvod s rovnomerným zaťažením takto:

Uab = 2 x Ua x cos 30° = 2 x Ua x √3/2 = √3 x Ua.

Podobne sa nachádzajú ďalšie indikátory fázového napätia.

Lineárne a fázové napätie, ak spočítame vektorové veličiny všetkých fáz, sa rovnajú nule:

• U(A) + U(B) + U(C) = 0;
• U(AB) + U(BC) + U(CA) = 0.

Ak je k „hviezde“ pripojený elektrický prijímač s rovnakým odporom v každej fáze:

potom môžete vypočítať lineárne a fázové prúdy:

• Ia = Ua/Za;
• Ib = Ub/Zb;
• Ic = Uc/Zc.

Data-lazy-type="image" data-src="http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/3-12-600x335.jpg?.jpg 600w, https://elquanta. ru/wp-content/uploads/2018/03/3-12-768x429..jpg 902w" size="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Konštrukcia vektorov v schéme "Y"

Pre všeobecné prípady "hviezdicového" systému sú lineárne prúdové veličiny totožné s fázovými.

Zvyčajne sa predpokladá, že zdroj, ktorý napája elektrické prijímače, je symetrický a iba impedancia určuje činnosť obvodu.

Keďže indikátor súčtu prúdu zodpovedá nule (Kirchhoffov zákon), potom v prípade štvorvodičového systému v neutrálnom vodiči netečie žiadny prúd. Systém sa bude správať rovnako, či už neutrálny vodič existuje alebo nie.

Pre aktívny výkon trojfázového prijímača platí vzorec:

P = √3 x Uph I x cos φ.

Jalový výkon:

Q = √3 x Uph I x sin φ.

"Y" pre asymetrické zaťaženie

Ide o takú konfiguráciu obvodu, kde sa hodnota prúdu jednej fázy líši od druhej, alebo sú fázové posuny prúdov odlišné v porovnaní s napätiami. Medzifázové napätia zostanú symetrické. Podľa vektorových konštrukcií sa určuje vzhľad posunu nulového bodu od stredu trojuholníka. Výsledkom je asymetria fázových hodnôt napätí a vzhľad Uo:

Uo \u003d 1/3 (U (A) + U (B) + U (C)).

Napriek asymetrickému zaťaženiu je súčtový prúd nulový.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/4-11-768x515..jpg 210w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/ 03/4-11.jpg 901w" size="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

"Y" bez N-vodiča s asymetrickým zaťažením

Dôležité! Prevádzka obvodu s asymetrickým zaťažením závisí od toho, či je alebo nie je prítomný N-vodič.

Obvod sa správa inak, keď je pripojený N-vodič s nevýznamnou impedanciou Zo = 0. Nulové body IP a elektrického prijímača sú galvanicky spojené a majú rovnaký potenciál. Fázové napätie rôznych fáz nadobúda rovnakú hodnotu, a aktuálna hodnota vN- vodič:

Io \u003d I (A) + I (B) + I (C).

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/5-6-210x140..jpg 720w

Štvorvodičový obvod "Y".

Pri prenose výkonu je bežné používať trojvodičové systémy na úrovni vysokého a stredného napätia. Na úrovniach nízkeho napätia, kde je ťažké vyhnúť sa nevyváženému zaťaženiu, sa používajú štvorvodičové systémy.

Schéma "Δ"

Pripojením konca každej fázy napájacieho prijímača k začiatku ďalšej môžete získať trojfázový prúd s fázami zapojenými do série. Výsledná konfigurácia obvodu sa nazýva "trojuholník". V tejto podobe môže fungovať len ako trojvodičový.

Pomocou vektorových konštrukcií, zrozumiteľných aj pre figuríny, sú znázornené fázové a lineárne napätia a prúdy. Každá fáza napájacieho prijímača je pripojená k sieťovému napätiu medzi dvoma vodičmi. Sieťové a fázové napätie na výkonovom prijímači je rovnaké.

Png?.png 600w

Schéma "Δ" a konštrukcia vektorov

Medzifázové prúdy pre "trojuholník" - I (A), I (B), I (C). Fáza - I (AB), IBC), I (CA).

Lineárne prúdy sa nachádzajú z vektorových konštrukcií:

• I(A) = I(AB) - I(CA);
• I(B) = I(BC) - I(AB);
• I (C) \u003d I (CA) - I (BC).

Sumárna hodnota prúdu v symetrickom systéme zodpovedá nule. RMS hodnoty fázových prúdov:

I (AB) \u003d I (BC) \u003d I (CA) \u003d U / Z.

Pretože fázový posun medzi U a I je 30°, prúd v tejto konfigurácii bude rovný:

I(A) = I(AB) - I(CA) = 2 x I(AB) x cos 30° = 2 x Iph x √3/2 = √3 x Iph.

Dôležité! Efektívna hodnota prúdu vo vedení prevyšuje efektívnu hodnotu fázového prúdu √3 krát.

Trojfázový a jednofázový prúd

Konfigurácia obvodu „Y“ umožňuje použiť dve rôzne napätia pri napájaní domácich a priemyselných spotrebičov: 220 V a 380 V. 220 V sa získava pomocou dvoch vodičov. Jeden z nich je fázový, druhý je N-vodič. Napätie medzi nimi zodpovedá fázovému napätiu. Ak vezmeme 2 vodiče, z ktorých oba sú fázy, potom sa napätie medzi fázami nazýva lineárne a rovná sa 380 V. Všetky 3 fázy sa používajú na pripojenie.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/7-3.jpg 700w

Rozdelenie napätia v jednofázových a trojfázových sústavách

Hlavné rozdiely medzi jednofázovými a trojfázovými systémami:

1. Jednofázový prúd zahŕňa napájanie cez jeden vodič, trojfázový - cez tri;
2. Na dokončenie jednofázového napájacieho obvodu sú potrebné 2 vodiče: jeden ďalší neutrálny, pre trojfázový - 4 (plus neutrálny);
3. Väčšina energie sa prenáša v troch fázach, na rozdiel od jednofázového systému;
4. Jednofázová sieť je jednoduchšia;
5. Ak v jednofázovej sieti zlyhá fázový vodič, napájanie sa úplne stratí, v trojfázovej sieti sa dodáva cez dve zostávajúce fázy.

zaujímavé. Nikola Tesla, objaviteľ viacfázových prúdov a vynálezca indukčného motora, použil dvojfázový prúd s fázovým rozdielom 90° Takýto systém je vhodný na vytváranie točivého magnetického poľa viac ako jednofázové, ale menej ako trojfázový. Dvojfázový systém si najskôr získal obľubu v Spojených štátoch, ale potom sa úplne vytratil z používania.

Dnes je takmer celé napájanie založené na nízkofrekvenčnom trojfázovom prúde s jednotlivými fázami paralelne. Takmer všetky elektrárne majú generátory, ktoré vyrábajú trojfázový prúd. Transformátory môžu pracovať s trojfázovým alebo jednofázovým prúdom. Prítomnosť jalového výkonu v takýchto sieťach vyžaduje inštaláciu kompenzačného zariadenia.

Video

Trojfázové napätie je systém elektrickej energie, ktorý využíva tri fázové vedenia s fázovým posunom 120 stupňov. To poskytuje rovnaké podmienky pre mnohé aplikácie a zvyšuje efektivitu.

Vznik konceptu trojfázového napätia

Dolivo-Dobrovolsky v Rusku a Nikola Tesla vo zvyšku sveta sú považovaní za otca trojfázového napätia. Udalosti súvisiace s obdobím vzniku predmetu sporu sa odohrali v 80. rokoch XIX. Nikola Tesla predviedol prvý dvojfázový motor pri práci pre firmu, kde staval elektroinštalácie na rôzne účely. Záujem o fenomén elektrifikácie srsti domácej mačky priviedol vedca k veľkým objavom. Na prechádzke v parku s priateľom si Nikola Tesla uvedomil, že bude schopný uviesť do praxe Aragovu teóriu rotujúceho magnetického poľa a budete potrebovať:

1. Dve fázy.
2. Posuňte sa medzi nimi pod uhlom 90 stupňov.

Aby sme ukázali veľký význam objavu, poznamenávame, že Yablochkovov transformátor v uvedenom čase nezískal masovú slávu a Faradayove experimenty s magnetickou indukciou boli bezpečne zabudnuté, bol zapísaný iba vzorec zákona. Svet nechcel vedieť o:

• striedavý prúd;
• fáza;
• jalový výkon.

Generátory (alternátory) a dynamo usmerňovali napätie pomocou mechanického spínača. Podobným spôsobom vegetoval celý vtedajší úbohý obor elektriny. Edison len začínal vymýšľať, o čom ešte nikto poriadne nevedel. Mimochodom, v Ruskej federácii veria, že zariadenie vynašiel Lodygin.

Teslov nápad vyzeral revolučne, zostalo neznáme, ako získať dve fázy s daným fázovým posunom. Mladého vedca táto otázka veľmi nezaujímala. Dočítal sa o reverzibilite elektrických strojov a vyžarovalo z neho sebavedomie, že dokáže ľahko postaviť generátor s vhodným usporiadaním vinutí. S pohonom neboli žiadne problémy. Začiatkom 80. rokov sa aktívne využívala para, predvádzací model mal byť poháňaný dynamom.

Tesla nepožiadal sám seba, aby získal určitú frekvenciu. Výskum sa neuskutočnil, bolo jednoducho potrebné, aby sa rotor otáčal. Myšlienka bola realizovaná prostredníctvom zberných krúžkov. V tom čase sa s podobnými kontaktmi dodávali jednosmerné kolektorové motory, Teslov záver neprekvapuje. Zaujímavejšie je vysvetliť výber počtu fáz.

Trojfázová výhoda

experimentátori nahlas presadzujú výhodu troch fáz oproti dvom, ale je potrebné vysvetlenie. Okamžite prichádzajú na myseľ myšlienky o účinnosti, krútiacom momente a tak ďalej. Ale Tesla nakreslil stovky štruktúr do notebooku, očividne vedel usporiadať póly tak, aby dosiahol požadované parametre. Záver – nejde o dizajn zariadení.

Teraz sa napätie 380 V prenáša iba cez tri vodiče. To sa v pôvodnej verzii Nikolu Teslu nepodarilo dosiahnuť. V roku 1883 Edison vynaložil veľa úsilia na použitie trojvodičového drôtu. Očividne počul o demonštrácii, ktorú zorganizoval Nikola Tesla, a pochopil nebezpečenstvo situácie. V civilizovanom svete získava hlavný zisk majiteľ patentu, prečo by slávny vynálezca ťahal do sveta schopného inžiniera?

Edisonova logika je jednoduchá: používatelia uvidia, že trojžilové káble sú lacnejšie ako štvoržilové, a odmietnu používať nové produkty Nikoly Teslu. Je ľahké uhádnuť, že dômyselný plán vynálezcu základne pre žiarovky zlyhal. A s ofinou. A chyba bola ... Dolivo-Dobrovolsky. Systém Nikola Teslu na vytvorenie dvoch fáz si vyžadoval štyri drôty. Dolivo-Dobrovolsky zároveň navrhol preniesť viac energie cez tri.

Je to vec symetrie. Lineárne napätie 380 V v každom okamihu ponecháva alternatívu na výber. Napríklad prúd z prvej fázy môže unikať do druhej alebo tretej. V závislosti od prítomnosti vhodného potenciálu. Výsledkom je rovnováha. Ak skombinujete dve fázy systému Nikola Tesla, dostanete vinaigrette. V dôsledku toho je prípustné odstrániť neutrál v systéme Dolivo-Dobrovolsky, ak je zaťaženie symetrické - ako sa to často stáva v praxi.

Výsledkom je, že medzi vodičmi sa získa väčšie napätie, čím sa zníži prúd prechádzajúci každým pri rovnakom výkone. Navyše je niekedy možné použiť iba tri riadky, vyššie uvedené platí pre väčšinu podnikov. Výhody sú zrejmé aj pri vytváraní lokálnych rozvodní: neutrál sekundárneho vinutia je uzemnený priamo tam, nie je potrebné ťahať ďalší kábel z vodnej elektrárne. Tieto dôvody sa stali výhodami trojfázových napäťových sietí, ktoré sú dnes dominantné. Káble Tesla sa dajú jednoducho dodatočne namontovať na tri fázy.

Dôvod Edisonovej straty

Často existuje názor, že Teslov systém sa ukázal byť lepším, takže Edison prehral. Ťažko povedať, o koľko dolárov ten druhý prišiel, no Nikola podľa moderných štandardov zakrúžkovala 4,5 milióna dolárov. Inflácia! Autori majú tendenciu veriť, že Edison dostal svoje. Nikola Tesla dokázal dokázať výhody jednosmerného prúdu. Napríklad u druhého je menej pravdepodobné, že bude korónovať na drôtoch, amplitúda neobsahuje ostré hroty.

Dnes je dokázané, že je výhodnejšie prenášať jednosmerný prúd na veľké vzdialenosti. Toto vylučuje z úvahy jalový odpor siete - indukčnosť a kapacitu. To výrazne znižuje nestabilný jalový výkon. 21. storočie je schopné stať sa druhým zrodom jednosmerného prúdu pre jeho prenos na veľké vzdialenosti. Ale smiech spôsobuje Edisonovu neschopnosť prenášať energiu. Tesla mala právo pomôcť, potom by sa dnes DC zariadenia používali na rovnakej úrovni ako AC spotrebitelia. Pre kolektorové motory je to lepšie - účinnosť a zvýšenie krútiaceho momentu.

Ukazuje sa, že jednosmerný prúd je prospešný na prenos. Edison jednoducho nemohol nájsť správne riešenie, pokúsil sa prevziať úlohu drzo, bez toho, aby sa ponoril do úzadia. Edison bol čistý praktik a nevedel nájsť také šikovné riešenia ako konvertory. Ale všetky generátory polovice XIX storočia mali zabudovaný spínač na opravu. Zostávalo len pripojiť sa k linke a na prijímacej strane vykonať konverziu. A je to! Nikola bravúrne potrestala Edisona, čím dokázala vo svete prítomnosť istej sily, ktorá riadi chod dejín.

striedavý prúd bol zvolený z dôvodu prítomnosti výkonných prostriedkov na prenos. Ide o transformátor. Tento nenahraditeľný prvok modernej technológie, ktorý prvýkrát navrhol v roku 1831 (alebo skôr) Michael Faraday, zostal bez zaslúženej pozornosti. Záujem o zariadenie vrátil Heinrich Ruhmkorf o pätnásť rokov neskôr, keď pomocou dynama vytvoril výboj v iskrišti. Zvýšený transformátor výrazne zvýšil účinok. To vedcom priamo otvorilo cestu k zakladaniu experimentov, no podstate premeny sa nedostalo zaslúženej pozornosti.

Namiesto toho vedci tvrdo bojovali s jednosmerným prúdom. Vytvorením motorov, osvetľovacích zariadení a generátorov pre to. Prekvapivo, keď vedeli o reverzibilite elektrických strojov, predtým neprišli na to, ako vytvoriť unipolárny motor, ktorý je dnes v ručných mixéroch a mixéroch. V skutočnosti sú domáce motory jednofázové. A len malá časť funguje na jednosmerný prúd.

Označujeme implicitnú výhodu. DC má vyšší bezpečnostný limit. Zdá sa, že je možné urobiť priemyselné siete neškodnými pre ľudí. Zvážte tvrdenie podrobnejšie, argumenty nie sú pre neskúseného čitateľa zrejmé.

Prečo je DC bezpečnejšie

Skúsení elektrikári tvrdia, že elektrický šok 220 V nie je príliš nebezpečný, hlavnou vecou nie je dostať sa pod lineárne trojfázové napätie. Je vyššia asi o odmocninu trikrát (v rámci 1,7). Sieťové napätie je napätie medzi dvoma fázami. Vďaka posunu medzi nimi o 120 stupňov sa získa tento zvláštny efekt. Neznalci sa pýtajú, aký je rozdiel s posunom o 90 stupňov. Odpoveď je uvedená na začiatku – tri fázy tvoria symetrický systém. Pri posune o 90 by boli potrebné štyri.

Výsledkom je, že každé sieťové napätie je privádzané pozdĺž pólu, čo značne zjednodušuje ich reprodukciu pri potrebe vysokého výkonu. Napríklad v trakčných motoroch parníkov, kde sa vyžaduje extrémne plynulá zmena sily a je potrebné aplikovať rotáciu hriadeľa. Stáva sa, že tri alebo dokonca šesť tyčí je málo. Stačia len dva zberacie motory vysávača.

Takže medzi fázami je 308 V. Vyzerá to bezpečne, ak zvýšite frekvenciu prenosovej linky na 700 Hz. Tesla zistil, že od zadanej hodnoty sa kožný efekt jasne prejavuje, prúd nepreniká hlboko do tela. Preto nespôsobuje osobe významné škody. Vedec predviedol na tele jazyky bleskov pri oveľa vyššom napätí a povedal, že je to dobré pre zdravie, skvelo čistí pokožku.

Frekvencia 700 Hz (alebo vyššia) nebola uvedená do používania - zároveň sa výrazne zvýšili straty transformátorov. V čase rozhodovania o hodnotení prvej vodnej elektrárne so striedavým prúdom nedošlo k žiadnemu vývoju vo výrobe elektrických materiálov. Odporúčame prečítať si viac v téme. Nie je potrebné duplikovať informácie. V dôsledku nedostatku potrebných materiálov sa so zvyšujúcou sa frekvenciou výrazne zvyšovali reverzné straty magnetizácie. Dnes to nespôsobuje ťažkosti na úrovni technológie.

Existuje problém - tienenie. V rokoch prvých pokusov o prenos energie o žiarení nepoznali. Rozhlas urobil svoje prvé kroky v 90. rokoch 19. storočia. V skutočnosti je zvýšenie frekvencie sprevádzané prudkým nárastom uvoľňovania energie do vesmíru. A drôty bolo potrebné tieniť, je to drahé, vyžaduje to silné dielektrikum. Nie fakt, že by problém dokázali vyriešiť moderné siete.

Tesla navrhol prenášať energiu cez éter. Prečo postavil vežu Wardenclyffe? Ale... priemyselníci mali záujem predať meď na výrobu drôtov a na základe toho odmietli vedca financovať. Ale hlavná vec je, že prichádza čas, keď trojfázové napätie pôjde do zabudnutia alebo bude získané z meničov, a sám Tesla dá odpoveď, ako to urobiť.

Presnejšie povedané, odpoveď dajú početné patenty a nápady vynálezcu. Niet divu, že záznamy boli po smrti vedca okamžite zabavené a starostlivo utajované. Odporúčame absolvovať štúdium. Je čas snívať o tom, že autá budú jazdiť na rastlinný olej bez toho, aby znečisťovali životné prostredie nechutným dymom a horením. Upozorňujeme, že všetky tajomstvá ležia na povrchu a čakajú na tých, ktorí ich chcú odhaliť. Možno to niekto z čitateľov dokáže urobiť ako prvý?

Trojfázový systém napájania- špeciálny prípad viacfázových systémov elektrických obvodov, v ktorých pôsobia sínusové EMF rovnakej frekvencie vytvorené spoločným zdrojom, vzájomne posunuté v čase o určitý fázový uhol. V trojfázovom systéme je tento uhol 2π/3 (120°).

Viacvodičový (šesťvodičový) trojfázový AC systém vynašiel Nikola Tesla. Významne prispel k vývoju trojfázových systémov M. O. Dolivo-Dobrovolsky, ktorý ako prvý navrhol troj- a štvorvodičové AC prenosové systémy, odhalil množstvo výhod nízkovodičových trojfázových systémov vo vzťahu k iným systémom. a vykonali sériu experimentov s asynchrónnym elektromotorom.

Animovaný obraz toku prúdu v symetrickom trojfázovom obvode s hviezdicovým zapojením

Vektorový diagram fázových prúdov. symetrický režim.

Výhody

Možná schéma zapojenia trojfázovej siete v obytných domoch s viacerými bytmi

• Ziskovosť.
  • Nákladovo efektívny prenos elektriny na veľké vzdialenosti.
  • Menšia spotreba materiálu 3-fázových transformátorov.
  • Menšia spotreba materiálu napájacích káblov, keďže pri rovnakej spotrebe energie sa znížia prúdy vo fázach (v porovnaní s jednofázovými obvodmi).
• Rovnováha systému. Táto vlastnosť je jednou z najdôležitejších, pretože v nevyváženom systéme dochádza k nerovnomernému mechanickému zaťaženiu elektrárne, čo výrazne znižuje jej životnosť.
• Schopnosť ľahko získať kruhové točivé magnetické pole, potrebné pre chod elektromotora a množstva ďalších elektrických zariadení. Trojfázové motory (asynchrónne a synchrónne) sú jednoduchšie ako jednosmerné motory, jednofázové alebo dvojfázové, a majú vysokú účinnosť.
• Možnosť získať v jednej inštalácii dve prevádzkové napätia - fázové a lineárne a dve úrovne výkonu pri pripojení k "hviezde" alebo "trojuholníku".
• Možnosť drastického zníženia blikania a stroboskopického efektu svietidiel na žiarivkách umiestnením troch lámp (alebo skupín lámp) napájaných rôznymi fázami do jedného svietidla.

Vďaka týmto výhodám sú v súčasnej energetike najrozšírenejšie trojfázové systémy.

Schémy zapojenia pre trojfázové obvody

Hviezda

Existujúce typy ochrany sieťového napätia, ktoré možno nájsť na predaj v elektropredajniach. Ako vyžadujú moderné normy, inštalácia prebieha na DIN lištu.

Hviezda je také spojenie, keď sú konce fáz vinutí generátora (G) spojené do jedného spoločného bodu, nazývaného neutrálny bod resp. neutrálny. Konce fáz vinutí prijímača (M) sú tiež spojené so spoločným bodom. Drôty spájajúce začiatok fáz generátora a prijímača sa nazývajú lineárne. Drôt spájajúci dva neutrály sa nazýva neutrálny.

Prípojnice pre rozvod nulových vodičov a uzemňovacích vodičov pri zapojení do hviezdy. Jednou z výhod pripojenia do hviezdy je úspora na neutrálnom vodiči, pretože od generátora k bodu oddelenia neutrálneho vodiča v blízkosti spotrebiča je potrebný iba jeden vodič.

Trojfázový obvod s neutrálnym vodičom sa nazýva štvorvodičový obvod. Ak nie je neutrálny vodič - trojvodičový.

Ak sú odpory Z a, Z b, Z c prijímača navzájom rovnaké, potom sa takéto zaťaženie nazýva symetrické.

Vzťah medzi lineárnymi a fázovými prúdmi a napätiami.

Volá sa napätie medzi linkovým vodičom a nulovým vodičom (U a, U b, U c). fáza. Volá sa napätie medzi dvoma linkovými vodičmi (U AB, U BC, U CA). lineárne. Na pripojenie vinutí s hviezdou so symetrickým zaťažením platí vzťah medzi lineárnymi a fázovými prúdmi a napätiami:

Dôsledky vyhorenia (prerušenia) nulového vodiča v trojfázových sieťach

Pri symetrickom zaťažení v trojfázovom systéme je napájanie spotrebiteľa lineárnym napätím možné aj pri absencii neutrálneho vodiča. Avšak pri napájaní záťaže fázovým napätím, keď zaťaženie fáz nie je striktne symetrické, je prítomnosť neutrálneho vodiča povinná. Keď sa zlomí alebo dôjde k výraznému zvýšeniu odporu (zlý kontakt), takzvaná „fázová nerovnováha“, v dôsledku čoho môže byť pripojená záťaž, navrhnutá pre fázové napätie, pod ľubovoľným napätím v rozsahu od nuly po lineárne (konkrétna hodnota závisí od rozloženia zaťaženia na fázy v momente prerušenia neutrálneho vodiča). To je často príčinou výpadkov spotrebnej elektroniky v bytových domoch. Pretože odpor spotrebiča zostáva konštantný, potom podľa Ohmovho zákona so zvyšujúcim sa napätím bude prúd prechádzajúci spotrebičom oveľa väčší ako maximálna povolená hodnota, čo spôsobí spaľovanie a / alebo poruchu napájaného elektrického zariadenia. . Nízke napätie môže tiež spôsobiť poruchu zariadenia. Niekedy môže vyhorenie (prerušenie) nulového vodiča v rozvodni spôsobiť požiar v bytoch.

Problém harmonických, ktoré sú násobkom tretiny

Moderná technika je čoraz viac vybavená pulznou sieťou. Spínaný zdroj bez korektora účinníka odoberá prúd v úzkych impulzoch v blízkosti vrcholu sínusoidy napájacieho napätia, v momente nabíjania vstupného usmerňovacieho kondenzátora. Veľký počet takýchto zdrojov v sieti vytvára zvýšený prúd tretej harmonickej napájacieho napätia. Harmonické prúdy, ktoré sú násobkom tretiny, sa namiesto vzájomnej kompenzácie matematicky sčítajú v nulovom vodiči (aj pri symetrickom rozložení záťaže) a môžu viesť k jeho preťaženiu aj bez prekročenia prípustného príkonu po fázach. Takýto problém existuje najmä v kancelárskych budovách s veľkým počtom súčasne pracujúcich kancelárskych zariadení.
Existujúce zariadenia na kompenzáciu jalového výkonu nie sú schopné tento problém vyriešiť, pretože pokles účinníka v sieťach s prevahou spínaných zdrojov nie je spojený so zavedením jalového komponentu, ale je spôsobený nelinearitou terajšia konzumácia. Riešením problému tretej harmonickej je použitie korektora účinníka (pasívneho alebo aktívneho) ako súčasť obvodu vyrábaných spínaných zdrojov.
Požiadavky IEC 1000-3-2 obmedzujú harmonické zložky záťažového prúdu pre zariadenia s výkonom 50 W alebo viac. V Rusku je počet harmonických zložiek záťažového prúdu štandardizovaný normami GOST 13109-97, OST 45.188-2001.

Trojuholník

Trojuholník je také spojenie, keď je koniec prvej fázy spojený so začiatkom druhej fázy, koniec druhej fázy so začiatkom tretej a koniec tretej fázy je spojený so začiatkom najprv.

Vzťah medzi sieťovými a fázovými prúdmi a napätiami

Na pripojenie vinutí do trojuholníka so symetrickým zaťažením platí vzťah medzi lineárnymi a fázovými prúdmi a napätiami:

Spoločné normy napätia

Označovanie

Vodiče patriace do rôznych fáz sú označené rôznymi farbami. Rôznymi farbami sú označené aj neutrálne a ochranné vodiče. Deje sa tak s cieľom poskytnúť primeranú ochranu pred úrazom elektrickým prúdom, ako aj uľahčiť údržbu, inštaláciu a opravu elektrických inštalácií a elektrických zariadení. V rôznych krajinách má označovanie vodičov svoje vlastné rozdiely. Mnohé krajiny však dodržiavajú všeobecné zásady pre farebné označovanie vodičov stanovené v norme Medzinárodnej elektrotechnickej komisie IEC 60445:2010.

Fázový vodič 1 Fázový vodič 2 Fázový vodič 3 Neutrálny vodič Ochranný vodič USA(120/208 V) Čierny Červená Modrá Biela alebo sivá zelená USA(277/480 V) Oranžová Hnedá žltá Biela alebo sivá zelená Kanada Červená Čierny Modrá biely zelená Kanada(Izolované trojfázové inštalácie) Oranžová Hnedá žltá biely zelená Veľká Británia(od apríla 2006) červená (hnedá) Žltá (predtým biela) (čierna) Modrá (sivá) Čierna (modrá) zelená žltá Európe(od apríla 2004) Hnedá Čierny Šedá Modrá zelená žltá Európe(do apríla 2004, v závislosti od krajiny) Hnedá alebo Čierna Čierna alebo Hnedá Čierna alebo Hnedá Modrá zelená žltá Európe(Označenie pneumatiky) žltá Hnedá Červená Rusko(ZSSR) žltá zelená Červená Modrá Zeleno-žltá (čierna na starších jednotkách) Rusko(od 1. januára 2011) Hnedá Čierny Šedá Modrá zelená žltá Austrália a Nový Zéland Červená žltá Modrá Čierny južná Afrika Červená žltá Modrá Čierny Zeleno-žltá (na starých inštaláciách - Zelená) Malajzia Červená žltá Modrá Čierny Zeleno-žltá (na starých inštaláciách - Zelená) India Červená žltá Modrá Čierny zelená Trojfázové dvojokruhové prenosové vedenie

• " onclick="window.open(this.href," win2 return false >Tlačiť
• Email

Podrobnosti Kategória: Elektrotechnika

Trojfázový AC systém

Elektrárne vyrábajú trojfázový striedavý prúd. Trojfázový generátor prúdu sú, ako to bolo, tri generátory striedavého prúdu kombinované dohromady, pracujúce tak, že sila prúdu (a napätie) sa nemení súčasne, ale s oneskorením 1/3 periódy. To sa dosiahne posunutím cievok generátora o 120° voči sebe (obr. vpravo).

Každá časť vinutia generátora sa nazýva fáza. Preto sa nazývajú generátory, ktoré majú vinutie pozostávajúce z troch častí trojfázový .

Treba poznamenať, že termín fáza "v elektrotechnike má dva významy: 1) ako veličina, ktorá spolu s amplitúdou určuje stav oscilačného procesu v danom čase; 2) v zmysle pomenovania časti elektrického obvodu striedavého prúdu (napríklad časť vinutia elektrického stroja).

Určité vizuálne znázornenie výskytu trojfázového prúdu je dané inštaláciou znázornenou na obr. vľavo.
Tri cievky zo skladacieho školského transformátora s jadrami sú umiestnené po obvode pod uhlom 120° voči sebe. Každá cievka je pripojená k ukážke galvanometer. Na osi v strede kruhu je pripevnený rovný magnet. Ak otáčate magnetom, potom v každom z troch obvodov "cievka - galvanometer" vzniká striedavý prúd. Pri pomalom otáčaní magnetu je možné vidieť, že najväčšie a najmenšie hodnoty prúdov a ich smerov sa budú vo všetkých troch obvodoch v každom okamihu líšiť.

Trojfázový prúd teda predstavuje kombinované pôsobenie troch striedavých prúdov rovnakej frekvencie, ale fázovo posunutých o 1/3 periódy voči sebe navzájom.
Každé vinutie generátora môže byť pripojené k jeho spotrebiteľovi, čím sa vytvorí oddelený trojfázový systém. Pri troch samostatných alternátoroch takéto spojenie neprináša žiadnu výhodu, pretože prenos elektrickej energie sa uskutočňuje pomocou šiestich vodičov (obr. vpravo).

V praxi boli získané dve ďalšie metódy na pripojenie vinutí trojfázového generátora. Prvý spôsob pripojenia je tzv hviezdy (Obr. vľavo, a), a druhý - trojuholník (obr. b).

Po pripojení hviezda konce (alebo začiatky) všetkých troch fáz sú spojené do jedného spoločného uzla a od začiatku (alebo koncov) vedú vodiče k spotrebiteľom. Tieto drôty sú tzv linkové vodiče . Spoločný bod, v ktorom sú pripojené konce fáz generátora (alebo spotrebiča), sa nazýva nulový bod , alebo neutrálny . Drôt spájajúci nulové body generátora a spotrebiteľa sa nazýva neutrálny vodič . Nulový vodič sa používa, ak sieť vytvára nerovnomerné zaťaženie fáz. Umožňuje vám vyrovnať napätia vo fázach spotrebiteľa.

Neutrálny vodič sa spravidla používa v osvetľovacích sieťach. Aj keď je vo všetkých troch fázach rovnaký počet svietidiel rovnakého výkonu, nedochádza k rovnomernému zaťaženiu, pretože svietidlá sa môžu zapínať a vypínať nie súčasne vo všetkých fázach, môžu vyhorieť a potom rovnomernosť zaťaženia fázy budú narušené. Preto sa pre osvetľovaciu sieť používa hviezdicové zapojenie, ktoré má štyri vodiče (obr. vpravo) namiesto šiestich v nezapojenom trojfázovom systéme.

Pri pripojení k hviezde sa rozlišujú dva typy napätia: fázová a lineárna. Napätie medzi každým lineárnym a neutrálnym vodičom sa rovná napätiu medzi svorkami zodpovedajúcej fázy generátora a nazýva sa fáza ( U f ) a napätie medzi dvoma linkovými vodičmi je sieťové napätie ( U l ).

Medzi fázovým a lineárnym napätím môžete nastaviť pomer:

U l \u003d √3. Uf ≈ 1,73. U f ,

ak uvažujeme napäťový trojuholník (obr. vľavo).

naozaj,

Il \u003d ^h-T^-g-T^-coyW^ Sf-l / 2 + 2-co560 ° \u003d l / 3 -C,

V praxi trojfázové obvody s neutrálnymi vodičmi pri napätiach U L = 380 V; U F = 220 V.

Pretože prúd v neutrálnom vodiči so symetrickým zaťažením je nulový, prúd v lineárnom vodiči sa rovná prúdu vo fáze.
Pri nerovnomernom zaťažení fáz cez nulový vodič prechádza vyrovnávajúci prúd relatívne malej hodnoty. Preto musí byť prierez tohto drôtu podstatne menší ako prierez lineárneho drôtu. Dá sa to overiť zahrnutím štyroch ampérmetrov do vedenia a nulového vodiča. Ako záťaž je vhodné použiť obyčajné žiarovky (obr. vpravo).

Pri rovnakom zaťažení vo fázach je prúd v neutrálnom vodiči nulový a tento vodič nie je potrebný (napríklad elektromotory vytvárajú rovnomerné zaťaženie). V tomto prípade sa vytvorí „trojuholníkové“ spojenie, čo je vzájomné sériové spojenie začiatkov a koncov cievok generátora. V tomto prípade neexistuje neutrálny vodič.
Pri pripájaní vinutí generátora a spotrebiteľov " trojuholník » fázové a sieťové napätie sú navzájom rovnaké,
tie. U L = U F a lineárny prúd v √3 násobok fázového prúdu ja L = √3 . ja F

Zlúčenina trojuholník Používa sa ako pri osvetlení, tak aj pri zaťažení energiou. Napríklad v školskej dielni môžu byť stroje zaradené do hviezdy alebo trojuholníka. Výber jedného alebo druhého spôsobu pripojenia je určený veľkosťou sieťového napätia a menovitým napätím prijímačov elektrickej energie.
V zásade je možné spojiť fázy generátora s trojuholníkom, ale zvyčajne sa to nerobí. Faktom je, že na vytvorenie daného lineárneho napätia musí byť každá fáza generátora pri zapojení trojuholníkom navrhnutá na napätie, ktoré je niekoľkonásobne väčšie ako v prípade zapojenia do hviezdy. Vyššie napätie vo fáze generátora vyžaduje viac závitov a väčšiu izoláciu drôtu vinutia, čo zvyšuje veľkosť a náklady na stroje. Preto sú fázy trojfázových generátorov takmer vždy spojené hviezdou. Na druhej strane motory niekedy pri štartovaní zapnú hviezdu a potom prepnú do trojuholníka.

Mnohí počuli také tajomné slová ako jednu fázu, trojfázový, nula, uzemnenie alebo Zem a vedzte, že toto sú dôležité pojmy vo svete elektriny. Nie každý však chápe, čo znamenajú a aký majú vzťah k okolitej realite. Treba to však vedieť.

Bez toho, aby sme zachádzali do technických detailov, ktoré domáci majster nepotrebuje, to môžeme povedať trojfázová sieť- je to spôsob prenosu elektrického prúdu, keď striedavý prúd preteká tromi vodičmi a jeden sa vracia späť. Vyššie uvedené si vyžaduje určité objasnenie. Akýkoľvek elektrický obvod pozostáva z dvoch vodičov. Jeden po druhom prúd ide k spotrebiteľovi (napríklad do varnej kanvice) a druhý sa vracia späť. Ak je takýto okruh otvorený, prúd nebude prúdiť. To je celý popis jednofázovej siete (obr. 1).

Ryža. 1. Schéma jednofázového obvodu

Drôt, ktorým prúd preteká, sa nazýva fáza alebo jednoducho fáza a cez ktorú sa vracia - nula alebo nula. Trojfázový obvod pozostáva z troch fázových vodičov a jedného spätného vedenia. Je to možné, pretože fáza striedavého prúdu v každom z troch vodičov je posunutá voči susednému o 120 °C (obr. 2). Podrobnejšie odpovedať na túto otázku pomôže učebnica elektromechaniky.

Ryža. 2. Schéma trojfázového obvodu

K prenosu striedavého prúdu dochádza práve pomocou trojfázových sietí. To je ekonomicky výhodné - nie sú potrebné ďalšie dva neutrálne vodiče. Pri približovaní sa k spotrebiteľovi je prúd rozdelený do troch fáz a každá z nich má nulu. Tak sa dostane do bytov a domov. Aj keď niekedy je trojfázová sieť privedená priamo do domu. Spravidla sa bavíme o súkromnom sektore a tento stav má svoje pre a proti. O tom sa bude diskutovať neskôr.
Zem, alebo presnejšie povedané, uzemnenie- tretí drôt jednofázová sieť. V podstate nenesie pracovnú záťaž, ale slúži ako akási poistka.
Dá sa to vysvetliť na príklade. V prípade, že sa elektrina vymkne spod kontroly (napríklad skrat), hrozí nebezpečenstvo požiaru alebo úrazu elektrickým prúdom. Aby sa tomu zabránilo (to znamená, že aktuálna hodnota by nemala prekročiť úroveň, ktorá je bezpečná pre ľudí a zariadenia), zavádza sa uzemnenie. Cez tento drôt ide prebytočná elektrina doslova do zeme (obr. 3).

Ryža. 3. Najjednoduchšie

Ešte jeden príklad. Povedzme, že pri prevádzke elektromotora práčky došlo k malej poruche a časť elektrického prúdu dopadá na vonkajší kovový plášť zariadenia. Ak nie je zem, tento náboj sa bude túlať po práčke. Keď sa ho človek dotkne, okamžite sa stane najpohodlnejším výstupom pre túto energiu, to znamená, že dostane elektrický šok. Ak je v tejto situácii uzemňovací vodič, prebytočný náboj ním pretečie bez toho, aby niekomu ublížil. Navyše sa to dá povedať nulový vodič môže byť aj uzemnenie a v princípe aj je, ale len na elektrárni.

Niektorí remeselníci, spoliehajúci sa na základné znalosti elektrotechniky, inštalujú neutrálny vodič ako uzemnenie. Nikdy to nerobte. V prípade prerušenia neutrálneho vodiča budú kryty uzemnených zariadení napájané 220 V.

V 99% prípadov je pre byt inštalovaná jednofázová sieť. Je veľmi ľahké ho odlíšiť od trojfázového. Ak sú v prichádzajúcom kábli 3 alebo 2 vodiče, potom je sieť jednofázová, keď 5 alebo 4 - trojfázová (obr. 4).

Ryža. 4. Kábel sa zmení na štvoržilový alebo dvojžilový, ak sa odstráni uzemňovací vodič

Ako viete, trojfázový prúd preteká drôtmi, ktoré prenášajú energiu na diaľku - je to výhodnejšie. Do bytu vstupuje jednofázovo. Rozdelenie trojfázového obvodu na 3 jednofázové nastáva počas ASU. Vchádza tam päťžilový kábel a vystupuje trojžilový kábel (obr. 5).

Ryža. 5. Schéma rozdelenia trojfázovej siete na jednofázové spotrebiče

Na otázku, kam idú ďalší 2, je odpoveď jednoduchá: živia ostatné byty. To neznamená, že sú len 3 byty, môže ich byť koľko chcete, pokiaľ vydrží kábel. Hneď vo vnútri tienenia je trojfázový obvod rozpojený na jednofázové obvody (obr. 6).

Ryža. 6. Jednofázová elektrická sieť

Ku každej fáze odchodu z bytu sa pridávajú nula a uzemnenie, a ukáže sa trojžilový kábel.
Ideálne v trojfázová sieť len jedna nula. Viac nie je potrebné, pretože prúd je fázovo posunutý voči sebe o jednu tretinu. Nula je neutrálny vodič, v ktorom nie je žiadne napätie. Vzhľadom na zem nemá žiadny potenciál, na rozdiel od fázy, v ktorej je napätie 220 V. Vo dvojici "fáza - fáza" napätie 380 V. V trojfázovej sieti, ku ktorej nie je nič pripojené, nie je v neutrálnom vodiči žiadne napätie. Najzaujímavejšia vec sa začne diať, keď je sieť pripojená k jednofázovému obvodu. Jedna fáza vstupuje do bytu, kde sú 2 žiarovky a chladnička, a druhá - kde je 5 klimatizácií, 2 počítače, sprchovací kút, indukčný varič atď. (obr. 7).

Ryža. 7. Trojfázová elektrická sieť

Je jasné, že zaťaženie týchto 2 fáz nie je rovnaké a nehovorí sa o žiadnom neutrálnom vodiči. Objavuje sa na ňom aj napätie a čím je zaťaženie nerovnomernejšie, tým je väčšie.

Fázy sa už navzájom nerušia a súčet tvoria nulu.
Nedávno sa situácia s nekompenzáciou prúdov v takejto sieti zhoršila tým, že sa objavili nové elektrické spotrebiče, ktoré sa nazývajú impulzné. Po zapnutí spotrebujú oveľa viac energie ako pri bežnej prevádzke. Tieto impulzné zariadenia spojené s rôznym zaťažením fáz vytvárajú také podmienky, že v neutrálnom vodiči (nula) sa objaví napätie, ktoré môže byť 2-krát väčšie ako na ktorejkoľvek fáze. Avšak, neutrálne rovnaké oddielov ako fázový vodič a zaťaženie je väčšie.
Preto sa v posledných rokoch objavil fenomén tzv nulové vyhorenie- nulový vodič sa jednoducho nedokáže vyrovnať so záťažou a vyhorí. Nie je ľahké sa s takýmto javom vyrovnať: musíte buď zväčšiť prierez neutrálneho vodiča (a to je drahé), alebo rovnomerne rozložiť zaťaženie medzi 3 fázy (čo je v bytovom dome nemožné). V najhoršom prípade si môžete kúpiť izolačný transformátor s krokom dole, je to tiež Regulátor napätia.

Súkromne Domov situácia je lepšia, keďže vlastník je len jeden a je oveľa jednoduchšie distribuovať elektrinu na fázy. Je to dokonca zábavná činnosť. vypočítať výkon elektrické spotrebiče a rozdeľte ich vo fázach tak, aby bola záťaž rovnaká. Všetky výpočty sa robia približne a vôbec to neznamená, že musíte zapnúť svetlo a 2 televízory, a ak tesársky stroj na ulici funguje, je to príliš veľa. Všetko závisí od túžby majiteľa domu: viesť trojfázovú sieť alebo jednofázovú sieť. Sú tu pre a proti.

Nevýhody trojfázovej siete 2.

1. Napätie v samostatnej sekcii je veľmi závislé od práce ostatných. Ak je jedna z fáz preťažená, ostatné nemusia fungovať správne. Môže sa prejaviť akýmkoľvek spôsobom. Aby ste tomu zabránili, potrebujete stabilizátor - drahú vec.
2. Potrebujete vybavenie v štíte, navrhnuté špeciálne pre trojfázovú sieť, ako aj náklady na inštaláciu trojfázovej siete. Budú viac ako pre jednofázové. Okrem toho musíte poznať pravidlá prevádzky trojfázových sietí.

Výhody trojfázovej siete aj 2.

1. Trojfázová sieť umožňuje získať väčší výkon. Ak jednofázová sieť s celkovým výkonom zariadení 10 kW už trpí preťažením, potom trojfázová sieť dobre zvládne 30 kW. Príklad je veľmi jednoduchý. Ak z elektrického vedenia vstupuje do domu iba 1 fáza, potom pri priereze prívodného vodiča 16 mm2 je max. moc bude len 14 kW, a ak všetky 3 fázy - potom už 42 kW. Rozdiel je veľmi citeľný.
2. Pripojenie elektrických spotrebičov, ktoré majú trojfázové napájanie (elektrické sporáky), sa stáva nezvyčajne jednoduchým. Najdôležitejšou vecou v prípade súkromného domu sú trojfázové elektromotory, ktoré sú na mnohých strojoch.