Generatorgerät: dreiphasiger Wechselstrom, lineare und phasenförmige Ströme und Spannungen

Ein System aus drei sinusförmigen Strömen, die sich zeitlich ändern und eine Phasenverschiebung aufweisen, wird als Drehstrom bezeichnet. Mit Hilfe dieses Systems werden komfortable und wirtschaftliche Elektromotoren geschaffen, Strom über weite Strecken übertragen, der Materialverbrauch von Transformatoren und Stromkabeln reduziert. Der Betrieb aller Großkraftwerke und Stromverbraucher basiert auf Drehstrom.

Historische Referenz

Drehstrom ist Sonderfall Mehrphasenstrom. Zum ersten Mal wurde vom berühmten Erfinder Nikola Tesla ein Zweiphasenstrom erhalten. Einen großen Beitrag zur Bildung von Dreiphasensystemen leistete der russische Wissenschaftler M. Ö. Dolivo-Dobrovolsky. Er verwendete Drei- und Vierleiter-Wechselstromübertragungssysteme und baute auf dieser Basis einen Asynchronmotor.

Hauptmerkmal seiner Erfindung war der Kurzschlussläufer, der noch heute in asynchronen Elektromotoren verwendet wird. Eine weitere Errungenschaft des Erfinders war eine von ihm gebaute Stromleitung mit einem Generator und dreiphasigen Wechselstromtransformatoren. Die Strecke war 170 km lang, was für das Ende des 19. Jahrhunderts ein großer Fortschritt war.

Generatorgerät

Betrachtet wird ein dreiphasiges System Struktur bestehend aus drei Stromkreisen, bei der elektromotorische Kräfte (EMF) gleicher Frequenz erzeugt werden, um 120° gegeneinander verschoben. Als Generator wird eine Synchronelektromaschine mit hoher Leistung verwendet. Es wandelt mechanische Rotationsenergie in elektrische Energie um. In den Statornuten befinden sich drei Wicklungen, in denen EMF induziert werden, mit gleicher Amplitude und unterschiedlicher Phase um 1/3 der Periode.

Jede Wicklung (Phase) ist eine unabhängige elektrische Energiequelle. Der als Permanentmagnet ausgeführte Rotor wird von einem Elektromotor angetrieben. Das Magnetfeld eines rotierenden Rotors induziert eine EMF in den Statorwicklungen. Wenn Sie Drähte an die Enden jeder Wicklung anschließen, erhalten Sie drei unabhängige Netzwerke. Es gibt sechs Drähte im System und es gibt keine Verstärkung über drei separate Generatoren.

In modernen Drehstromnetzen werden je nach Anschlussplan meist drei oder vier Drähte verwendet.

Anschluss von Wicklungen einer elektrischen Maschine

Generatorwicklungen und -lasten in Stern- oder Dreieckschaltung verbunden. Bei Verbindung mit einem Stern wird aus den miteinander verbundenen Enden der Wicklungen ein gemeinsamer Nullpunkt gebildet, und am Anfang der Wicklungen sind lineare Drähte angeschlossen. Die Neutral- oder Nullpunkte des Generators und der Last sind durch einen Neutralleiter verbunden. Die Spannung, die zwischen dem Leitungsdraht und Null erzeugt wird, wird als Phase bezeichnet und zwischen zwei Leitungsdrähten - Leitung.

Der Neutralleiter dient zum Spannungsausgleich auf allen Phasen mit unsymmetrischer Last. Die Stärke des in diesem Draht fließenden Stroms ist geringer als bei linearen Drähten, was es ermöglicht, einen Leiter mit einem kleineren Querschnitt zu wählen. Abhängigkeiten für lineare und phasenförmige Ströme und Spannungen bei Sternverbindung haben die Form: Il = Iph, Ul = √3 Uph ≈ 1,73 Uph.

Wenn die Schaltung ausgeführt wird, wird das Dreiecksende jeder Wicklung mit dem Anfang der nächsten verbunden. Diese Schaltung verwendet drei Drähte, die vom Generator zur Last führen. Das Verhältnis zwischen Strömen und Spannungen, linear und Phase, ist gleich: Ul = Uph, Il = √3 Iph.

Die Generatorwicklungen sind oft sternförmig geschaltet. Bei Dreieckschaltung muss jede Phase für das 1,73-fache der Spannung einer Sternschaltung ausgelegt sein. Dies bringt eine Erhöhung der Isolation der Wicklungen, eine Erhöhung der Windungszahl und eine Erhöhung der Maschinenkosten mit sich.

In Verteilnetzen mit vielen einphasigen Verbrauchern kann eine symmetrische Belastung der Phasen nicht gewährleistet werden. Solche Netze werden vieradrig mit Neutralleiter ausgeführt.

Leiter verschiedener Phasen und Neutralleiter haben unterschiedliche Farben. Dies geschieht, um die Sicherheit bei Elektroarbeiten und den Komfort bei der Reparatur und Installation von Elektronetzen zu gewährleisten. In Russland ist der Neutralleiter normalerweise blau, die erste Phase gelb, die zweite grün und die dritte rot.

Auswahl einer Verbindungsmethode für den Verbraucher hängt von folgenden Eigenschaften ab:

• Nennspannung von Verbrauchern elektrischer Energie;
• die Art der Ladung;
• gelieferte Drehstromspannung.

Bei der praktischen Anwendung von 3-Phasennetzen ist zu beachten, dass bei Sternschaltung die Lasten beeinflusst werden durch Phasenspannung, und bei Anschluss an eine Dreieck-Leitungsspannung, die 1,73-mal größer ist als Phase.

Vorteile von Drehstromsystemen

Diese Systeme werden in der Industrie, im Verkehr, zur Stromversorgung von Wohngebäuden eingesetzt. Eine solche weite Verbreitung durch große Vorteile, die dieses System im Vergleich zu einem einphasigen Stromversorgungssystem bietet:

• Es werden weniger Drähte benötigt, was zu größeren Einsparungen bei der Übertragung von Energie über lange Distanzen führt.
• Drehstromtransformatoren haben im Vergleich zu Einphasentransformatoren gleicher Leistung einen kleineren Magnetkreis.
• Im Betrieb entsteht ein rotierendes Magnetfeld, das für den Betrieb von Asynchronmotoren notwendig ist.
• Möglichkeit der Verwendung von zwei Betriebsspannungen.
• Balance symmetrischer Drehstromsysteme.

Die Verbreitung von Drehstromsystemen hat dazu beigetragen, viele Probleme der Stromversorgung, der Entwicklung von Übertragungskapazitäten und der Verbesserung technologischer Prozesse zu lösen. Der Einsatz von Drehstromtransformatoren, Generatoren und Elektromotoren hat die Energieerzeugung stark vereinfacht und kostengünstiger gemacht und die Verfügbarkeit für die Verbraucher erhöht.