Generátorové zařízení: třífázový střídavý proud, lineární a fázové proudy a napětí

Systém tří sinusových proudů, které se v čase mění a mají fázový posun, se nazývá třífázový střídavý proud. Pomocí tohoto systému vznikají pohodlné a ekonomické elektromotory, elektřina se přenáší na velké vzdálenosti, snižuje se spotřeba materiálu transformátorů a silových kabelů. Provoz všech velkých elektráren a spotřebitelů elektřiny je založen na třífázovém proudu.

Historický odkaz

Třífázový proud je speciální případ vícefázového proudu. Poprvé získal dvoufázový proud slavný vynálezce Nikola Tesla. Velkým přínosem k vytvoření třífázových systémů byl ruský vědec M. Ó. Dolivo-Dobrovolsky. Použil tří- a čtyřvodičové střídavé přenosové systémy a na jeho základě postavil asynchronní motor.

Hlavním znakem jeho vynálezu byl rotor s veverkovou klecí, který se dodnes používá v asynchronních elektromotorech. Dalším vynálezcem bylo elektrické vedení, které postavil pomocí generátoru a třífázových transformátorů střídavého proudu. Trať byla dlouhá 170 km, což byl na konec 19. století obrovský krok vpřed.

Generátorové zařízení

Uvažuje se o třífázovém systému struktura se skládá ze tří elektrických obvodů, ve kterém jsou generovány elektromotorické síly (EMF) stejné frekvence, posunuté vůči sobě o 120°. Jako generátor se používá vysoce výkonný synchronní elektrický stroj. Přeměňuje mechanickou energii rotace na elektrickou energii. Ve statorových štěrbinách jsou umístěny tři vinutí, ve kterých je indukováno EMF, stejné amplitudy a lišící se fází o 1/3 periody.

Každé vinutí (fáze) je nezávislým zdrojem elektrické energie. Rotor vyrobený ve formě permanentního magnetu je poháněn elektromotorem. Magnetické pole rotujícího rotoru indukuje EMF ve vinutí statoru. Pokud připojíte vodiče na konce každého vinutí, získáte tři nezávislé sítě. V systému bude šest vodičů a oproti třem samostatným generátorům není žádný zisk.

V moderních třífázových sítích se obvykle používají tři nebo čtyři vodiče v závislosti na schématu připojení.

Připojení vinutí elektrického stroje

Vinutí a zátěže generátoru zapojeny do hvězdy nebo trojúhelníku. Při připojení do hvězdy se z konců vinutí spojených navzájem vytvoří společný nulový bod a na začátek vinutí se připojí lineární vodiče. Neutrální nebo nulové body generátoru a zátěže jsou spojeny neutrálním vodičem. Napětí vytvořené mezi linkovým vodičem a nulou se nazývá fáze a mezi dvěma linkovými vodiči - linka.

Nulový vodič je navržen tak, aby vyrovnal napětí na všech fázích s nevyváženou zátěží. Síla proudu tekoucího v tomto vodiči je menší než u lineárních vodičů, což umožňuje zvolit vodič s menším průřezem. Závislosti pro lineární a fázové proudy a napětí při spojení hvězdou mají tvar: Il = Iph, Ul = √3 Uph ≈ 1,73 Uph.

Když je obvod proveden, trojúhelníkový konec každého vinutí je připojen k začátku dalšího. Tento obvod využívá tři vodiče vedoucí od generátoru k zátěži. Poměr mezi proudy a napětími, lineárními a fázovými, je roven: Ul = Uph, Il = √3 Iph.

Vinutí generátoru jsou často zapojena do hvězdy. U zapojení do trojúhelníku musí být každá fáze dimenzována na 1,73 násobek napětí hvězdicového zapojení. To má za následek zvýšení izolace vinutí, zvýšení počtu závitů a zvýšení nákladů na stroje.

V distribučních sítích, kde je mnoho jednofázových spotřebitelů, je nemožné zajistit symetrické zatížení fází. Takové sítě jsou provedeny čtyřvodičové s nulovým vodičem.

Vodiče patřící do různých fází a nulové vodiče mají různé barvy. To se provádí za účelem zajištění bezpečnosti při elektrických pracích a pro pohodlí při opravách a instalaci elektrických sítí. V Rusku je nulový vodič obvykle modrý, první fáze je žlutá, druhá je zelená a třetí je červená.

Výběr způsobu připojení pro spotřebitele závisí na následujících vlastnostech:

• jmenovité napětí spotřebitelů elektrické energie;
• povaha nákladu;
• dodávané třífázové napětí.

Při praktické aplikaci 3-fázových sítí je důležité pamatovat na to, že při připojení do hvězdy jsou zátěže ovlivněny fázové napětí, a při připojení s trojúhelníkovým napětím, které je 1,73 krát větší než fáze.

Výhody třífázových systémů

Tyto systémy se používají v průmyslu, v dopravě, pro napájení obytných prostor. Takový široké použití díky velkým výhodám, které tento systém poskytuje ve srovnání s jednofázovým napájecím systémem:

• Je potřeba méně vodičů, což vede k větším úsporám při přenosu energie na dlouhé vzdálenosti.
• Třífázové transformátory mají ve srovnání s jednofázovými transformátory stejného výkonu menší magnetický obvod.
• Při provozu se vytváří točivé magnetické pole, které je nezbytné pro činnost asynchronních motorů.
• Možnost použití dvou provozních napětí.
• Bilance symetrických třífázových soustav.

Šíření třífázových systémů pomohlo vyřešit řadu problémů se zásobováním energií, rozvojem přenosových kapacit a zlepšováním technologických procesů. Použití třífázových transformátorů, generátorů a elektromotorů značně zjednodušilo a snížilo náklady na výrobu energie a zvýšilo její dostupnost pro spotřebitele.