Układ trzech prądów sinusoidalnych, które zmieniają się w czasie i mają przesunięcie fazowe, nazywany jest trójfazowym prądem przemiennym. Za pomocą tego systemu powstają wygodne i ekonomiczne silniki elektryczne, energia elektryczna jest przesyłana na duże odległości, zmniejsza się zużycie materiałów transformatorów i kabli zasilających. Działanie wszystkich dużych elektrowni i odbiorców energii elektrycznej oparte jest na prądzie trójfazowym.
Zadowolony
- Odniesienie historyczne
- Urządzenie generatora
- Połączenie uzwojeń maszyny elektrycznej
- Zalety systemów trójfazowych
Odniesienie historyczne
Prąd trójfazowy jest szczególny przypadek prądu wielofazowego. Po raz pierwszy prąd dwufazowy uzyskał słynny wynalazca Nikola Tesla. Wielki wkład w powstanie układów trójfazowych wniósł rosyjski naukowiec M. O. Dolivo-Dobrowolski. Zastosował trój- i czteroprzewodowe układy transmisyjne prądu przemiennego i zbudował na ich podstawie silnik asynchroniczny.
Główną cechą jego wynalazku był wirnik klatkowy klatkowy, który jest nadal używany w asynchronicznych silnikach elektrycznych. Kolejnym osiągnięciem wynalazcy była zbudowana przez niego linia energetyczna z wykorzystaniem generatora i trójfazowych przekładników prądu przemiennego. Linia liczyła 170 km, co było ogromnym krokiem naprzód pod koniec XIX wieku.
Urządzenie generatora
Rozważany jest system trójfazowy konstrukcja składająca się z trzech obwodów elektrycznych, w którym generowane są siły elektromotoryczne (EMF) o tej samej częstotliwości, przesunięte względem siebie o 120 °. Jako generator używana jest synchroniczna maszyna elektryczna dużej mocy. Zamienia energię mechaniczną rotacji na energię elektryczną. W żłobkach stojana są umieszczone trzy uzwojenia, w których indukowana jest siła elektromotoryczna o równej amplitudzie i różniącej się fazą o 1/3 okresu.
Każde uzwojenie (faza) jest niezależnym źródłem energii elektrycznej. Wirnik, wykonany w postaci magnesu trwałego, napędzany jest silnikiem elektrycznym. Pole magnetyczne obracającego się wirnika indukuje siłę elektromotoryczną w uzwojeniach stojana. Jeśli podłączysz przewody do końców każdego uzwojenia, otrzymasz trzy niezależne sieci. W systemie będzie sześć przewodów i nie ma wzmocnienia w przypadku trzech oddzielnych generatorów.
W nowoczesnych sieciach trójfazowych zwykle stosuje się trzy lub cztery przewody, w zależności od schematu połączeń.
Połączenie uzwojeń maszyny elektrycznej
Uzwojenia i obciążenia generatora połączone we wzorce gwiazdy lub trójkąta. Po połączeniu z gwiazdą wspólny punkt zerowy powstaje z końców uzwojeń połączonych ze sobą, a przewody liniowe są połączone z początkiem uzwojeń. Punkty neutralne lub zerowe generatora i obciążenia są połączone przewodem neutralnym. Napięcie powstające między przewodem liniowym a zerem nazywa się fazą, a między dwoma przewodami liniowymi - linią.
Przewód neutralny jest przeznaczony do wyrównania napięcia na wszystkich fazach przy niezrównoważonym obciążeniu. Prąd płynący w tym przewodzie jest mniejszy niż w przewodach liniowych, co pozwala na wybór przewodu o mniejszym przekroju. Zależności dla prądów i napięć liniowych i fazowych przy połączeniu gwiazdą mają postać: Il = Iph, Ul = √3 Uph ≈ 1,73 Uph.
Kiedy obwód jest wykonywany, trójkątny koniec każdego uzwojenia jest połączony z początkiem następnego. Obwód ten wykorzystuje trzy przewody prowadzące od generatora do obciążenia. Stosunek prądów do napięć liniowych i fazowych wynosi: Ul = Uph, Il = √3 Iph.
Uzwojenia generatora są często połączone w gwiazdę. W przypadku połączenia w trójkąt każda faza musi być obciążona 1,73 razy większym napięciem niż połączenie w gwiazdę. Pociąga to za sobą wzrost izolacji uzwojeń, wzrost liczby zwojów i wzrost kosztów maszyn.
W sieciach dystrybucyjnych, w których jest wielu odbiorców jednofazowych, niemożliwe jest zapewnienie symetrycznego obciążenia faz. Takie sieci są wykonywane czteroprzewodowo z przewodem neutralnym.
Przewody należące do różnych faz i przewody neutralne mają różne kolory. Odbywa się to w celu zapewnienia bezpieczeństwa podczas prac elektrycznych oraz wygody podczas naprawy i instalacji sieci elektrycznych. W Rosji przewód neutralny jest zwykle niebieski, pierwsza faza jest żółta, druga zielona, a trzecia czerwona.
Wybór sposobu połączenia dla konsumenta zależy od następujących cech:
- napięcie znamionowe odbiorców energii elektrycznej;
- charakter ładunku;
- dostarczane napięcie trójfazowe.
W praktycznym zastosowaniu sieci trójfazowych należy pamiętać, że w połączeniu z gwiazdą na obciążenia mają wpływ: napięcie fazowe, a w połączeniu z trójkątem - napięcie sieciowe, które jest 1,73 razy większe niż faza.
Zalety systemów trójfazowych
Systemy te znajdują zastosowanie w przemyśle, transporcie, do zasilania pomieszczeń mieszkalnych. Taki szerokie zastosowanie ze względu na duże zalety, które ten system daje w porównaniu z jednofazowym systemem zasilania:
- Wymagana jest mniejsza liczba przewodów, co skutkuje większymi oszczędnościami podczas przesyłania energii na duże odległości.
- Transformatory trójfazowe mają mniejszy obwód magnetyczny w porównaniu do transformatorów jednofazowych o tej samej mocy.
- Podczas pracy powstaje wirujące pole magnetyczne, które jest niezbędne do pracy silników asynchronicznych.
- Możliwość zastosowania dwóch napięć roboczych.
- Bilans symetrycznych układów trójfazowych.
Rozprzestrzenianie się systemów trójfazowych pomogło rozwiązać wiele problemów związanych z zasilaniem, rozwojem zdolności przesyłowych i usprawnieniem procesów technologicznych. Zastosowanie trójfazowych transformatorów, generatorów i silników elektrycznych znacznie uprościło i obniżyło koszt procesu wytwarzania energii oraz zwiększyło jej dostępność dla odbiorców.
