Generátorové zariadenie: trojfázový striedavý prúd, lineárne a fázové prúdy a napätia

Systém troch sínusových prúdov, ktoré sa časom menia a majú fázový posun, sa nazýva trojfázový striedavý prúd. Pomocou tohto systému vznikajú pohodlné a ekonomické elektromotory, elektrina sa prenáša na veľké vzdialenosti, znižuje sa spotreba materiálu transformátorov a napájacích káblov. Prevádzka všetkých veľkých elektrární a spotrebiteľov elektriny je založená na trojfázovom prúde.

Historický odkaz

Trojfázový prúd je špeciálny prípad viacfázového prúdu. Prvýkrát získal dvojfázový prúd slávny vynálezca Nikola Tesla. Veľký prínos k vytvoreniu trojfázových systémov urobil ruský vedec M. O. Dolivo-Dobrovolsky. Použil troj- a štvorvodičové striedavé prevodové systémy a na jeho základe postavil asynchrónny motor.

Hlavným znakom jeho vynálezu bol rotor s veveričkovou klietkou, ktorý sa dodnes používa v asynchrónnych elektromotoroch. Ďalším úspechom vynálezcu bolo elektrické vedenie, ktoré postavil pomocou generátora a trojfázových transformátorov striedavého prúdu. Linka mala dĺžku 170 km, čo bol na koniec 19. storočia obrovský krok vpred.

Generátorové zariadenie

Uvažuje sa o trojfázovom systéme štruktúra pozostávajúca z troch elektrických obvodov, v ktorom vznikajú elektromotorické sily (EMF) rovnakej frekvencie, vzájomne posunuté o 120°. Ako generátor sa používa vysokovýkonný synchrónny elektrický stroj. Premieňa mechanickú energiu otáčania na elektrickú energiu. V statorových štrbinách sú umiestnené tri vinutia, v ktorých sa indukuje EMF, ktoré majú rovnakú amplitúdu a líšia sa fázou o 1/3 periódy.

Každé vinutie (fáza) je nezávislým zdrojom elektrickej energie. Rotor vyrobený vo forme permanentného magnetu je poháňaný elektromotorom. Magnetické pole rotujúceho rotora indukuje EMF vo vinutí statora. Ak pripojíte vodiče na konce každého vinutia, získate tri nezávislé siete. V systéme bude šesť vodičov a oproti trom samostatným generátorom nie je žiadny zisk.

V moderných trojfázových sieťach sa zvyčajne používajú tri alebo štyri vodiče v závislosti od schémy zapojenia.

Pripojenie vinutí elektrického stroja

Vinutia a záťaže generátora zapojené do hviezdy alebo trojuholníka. Pri pripojení k hviezde sa vytvorí spoločný nulový bod z koncov navzájom spojených vinutí a na začiatok vinutia sú pripojené lineárne vodiče. Neutrálne alebo nulové body generátora a záťaže sú spojené neutrálnym vodičom. Napätie vytvorené medzi linkovým vodičom a nulou sa nazýva fáza a medzi dvoma linkovými vodičmi - linka.

Nulový vodič je určený na vyrovnanie napätia na všetkých fázach s nevyváženým zaťažením. Sila prúdu pretekajúceho v tomto drôte je menšia ako v lineárnych drôtoch, čo umožňuje zvoliť vodič s menším prierezom. Závislosti pre lineárne a fázové prúdy a napätia pri spojení hviezdou majú tvar: Il = Iph, Ul = √3 Uph ≈ 1,73 Uph.

Keď je obvod vykonaný, trojuholníkový koniec každého vinutia je pripojený k začiatku nasledujúceho. Tento obvod využíva tri vodiče vedúce od generátora k záťaži. Pomer medzi prúdmi a napätiami, lineárnymi a fázovými, sa rovná: Ul = Uph, Il = √3 Iph.

Vinutia generátora sú často zapojené do hviezdy. Pri zapojení do trojuholníka musí byť každá fáza dimenzovaná na 1,73-násobok napätia hviezdicového pripojenia. To znamená zvýšenie izolácie vinutia, zvýšenie počtu závitov a zvýšenie nákladov na stroje.

V distribučných sieťach, kde je veľa jednofázových spotrebiteľov, nie je možné zabezpečiť symetrické zaťaženie fáz. Takéto siete sa vykonávajú štvorvodičovo s neutrálnym vodičom.

Vodiče patriace do rôznych fáz a neutrálne vodiče majú rôzne farby. Deje sa tak s cieľom zabezpečiť bezpečnosť pri elektrických prácach a pre pohodlie pri opravách a inštalácii elektrických sietí. V Rusku je neutrálny vodič zvyčajne modrý, prvá fáza je žltá, druhá je zelená a tretia je červená.

Výber spôsobu pripojenia pre spotrebiteľa závisí od nasledujúcich charakteristík:

• menovité napätie spotrebiteľov elektrickej energie;
• povaha nákladu;
• dodávané trojfázové napätie.

Pri praktickej aplikácii 3-fázových sietí je dôležité mať na pamäti, že pri pripojení do hviezdy sú záťaže ovplyvnené fázovým napätím, a pri pripojení s delta - napätím vedenia, ktoré je 1,73-krát viac ako fáza.

Výhody trojfázových systémov

Tieto systémy sa používajú v priemysle, doprave, na napájanie obytných priestorov. Takéto široké využitie vďaka veľkým výhodám, ktoré tento systém poskytuje v porovnaní s jednofázovým napájacím systémom:

• Je potrebných menej káblov, čo vedie k väčším úsporám pri prenose energie na veľké vzdialenosti.
• Trojfázové transformátory majú menší magnetický obvod v porovnaní s jednofázovými transformátormi rovnakého výkonu.
• Počas prevádzky sa vytvára točivé magnetické pole, ktoré je nevyhnutné pre činnosť asynchrónnych motorov.
• Možnosť použitia dvoch prevádzkových napätí.
• Rovnováha symetrických trojfázových systémov.

Šírenie trojfázových systémov pomohlo vyriešiť mnohé problémy s napájaním, rozvojom prenosových kapacít a zlepšením technologických procesov. Použitie trojfázových transformátorov, generátorov a elektromotorov výrazne zjednodušilo a znížilo náklady na výrobu energie a zvýšilo jej dostupnosť pre spotrebiteľov.