זרם חילופין תלת פאזי

כיום, זוהי מערכת זרם חילופין תלת פאזי הנפוצה ביותר ברחבי העולם.

מעגל חשמלי תלת פאזי נקרא מערכת המורכבת משלושה מעגלים שבהם פועלים זרמים מתחלפים, EMF באותו תדר, מחוץ לפאזה זה עם זה ב-1/3 מהתקופה (φ=2π/ 3). כל מעגל בודד של מערכת כזו נקרא בקצרה הפאזה שלו, והמערכת של שלושה זרמי חילופין המוזזים במעגלים כאלה נקראת פשוט זרם תלת פאזי.

כמעט כל הגנרטורים המותקנים בתחנות הכוח שלנו הם מחוללי זרם תלת פאזי... בעצם כל גנרטור כזה הוא חיבור במכונה חשמלית אחת של שלושה אלטרנטורים, שתוכננו בצורה כזו שהמושרה בהם EMF הוזזו זה לזה בשליש מהתקופה כפי שמוצג באיור. 1.

אורז. 1. גרפים של תלות הזמן של EMF המושרה בפיתולי האבזור של מחולל זרם תלת פאזי

איך מיישמים גנרטור כזה קל להבין מהמעגל שבאיור. 2.

אורז. 2. שלושה זוגות של חוטים עצמאיים המחוברים לשלושה אבזור של מחולל זרם תלת פאזי מזין את רשת התאורה

ישנם שלושה אבזור עצמאי הממוקם על הסטטור של מכונה חשמלית ומוקזזים ב-1/3 של מעגל (120O). משרן משותף לכל האבזור מסתובב במרכז המכונה החשמלית המוצגת בתרשים בטופס מגנט קבוע.

בכל סליל נגרמת EMF לסירוגין אותו תדר, אבל הזמנים שבהם ה-emfs האלה עוברים דרך אפס (או דרך מקסימום) בכל אחד מהסלילים יוסטו ב-1/3 מתקופה ביחס זה לזה מכיוון שהמשרן עובר דרך כל סליל 1/3 פרק זמן מאוחר יותר מהקודם.

כל פיתול של גנרטור תלת פאזי הוא מחולל זרם עצמאי ומקור אנרגיה חשמלית. על ידי חיבור החוטים לקצוות של כל אחד מהם כפי שמוצג באיור. 2, נקבל שלושה מעגלים עצמאיים, שכל אחד מהם יכול להפעיל מקלטים חשמליים מסוימים, למשל מנורות חשמליות.

במקרה זה, להעביר את כל האנרגיה שנספגת מקלטי חשמל, יידרשו שישה חוטים. עם זאת, אפשר לחבר את הפיתולים של מחולל זרם תלת פאזי בצורה כזו שהם מטפלים בארבעה או אפילו שלושה חוטים, כלומר, חוסכים באופן משמעותי בחיווט.

הראשונה מבין הדרכים הללו נקראת חיבור כוכבים (איור 3).

אורז. 3. מערכת חיווט ארבעה חוטים בעת חיבור גנרטור תלת פאזי עם כוכב. עומסים (קבוצות של מנורות חשמליות I, II, III) מסופקים עם מתחי פאזה.

נכנה את המסופים של הסלילים 1, 2, 3 ההתחלה, ולטרמינלים 1′, 2′, 3′ הקצוות של השלבים המתאימים.

החיבור של הכוכבים הוא שאנחנו מחברים את הקצוות של כל הפיתולים לנקודה אחת של הגנרטור, הנקראת נקודת אפס או ניטרלי, ומחברים את הגנרטור למקלטי החשמל עם ארבעה חוטים: שלושה מה שנקרא ליניארי. חוטים המגיעים מתחילת פיתולים 1, 2, 3 וחוט ניטרלי או ניטרלי המגיע מנקודת האפס של הגנרטור. מערכת חיווט זו נקראת ארבעה חוטים.

המתחים בין נקודת האפס למקור של כל פאזה נקראים מתחי פאזה, והמתחים בין מוצא הפיתולים, כלומר נקודות 1 ו-2, 2 ו-3, 3 ו-1, נקראים קו... פאזה מתחים מתכוונים בדרך כלל ל-U1, U2, U3, או בצורה כללית Uf ומתח קו - U12, U23, U31, או בצורה כללית Ul.

בין אמפליטודות או ערכים ממוצעים מתח פאזה וקו כאשר מחברים את פיתולי הגנרטור עם כוכב, יש יחס Ul = √3Uf ≈ 1.73Ue

אז, למשל, אם מתח הפאזה של הגנרטור הוא Uf = 220 V, אז כאשר מחברים את פיתולי הגנרטור בכוכב, מתח הקו Ul - 380 V.

במקרה של העמסה אחידה של שלושת השלבים של הגנרטור, כלומר עם זרמים שווים בערך בכל אחד מהם, הזרם בחוט הנייטרלי הוא אפס... לכן, במקרה זה, ניתן להסיר את החוט הנייטרלי ו לעבור למערכת תלת-חוטית חסכונית עוד יותר. במקרה זה, כל העומסים מחוברים בין הזוגות המתאימים של מוליכים קו.

בעומס לא מאוזן, הזרם במוליך הנייטרלי אינו אפס, אך באופן כללי הוא פחות מהזרם במוליכי הקו. לכן, החוט הנייטרלי יכול להיות דק יותר מחוט הקו.

בעת הפעלת זרם חילופין תלת פאזי, הם שואפים להפוך את העומס על השלבים השונים לשווה ככל האפשר.לכן, למשל, כאשר מסדרים את רשת התאורה של בית גדול עם מערכת ארבעה חוטים, חוט ניטרלי ואחד מהלינארים מוכנסים לכל דירה באופן שבממוצע לכל שלב יש בערך אותו הדבר. לִטעוֹן.

דרך נוספת לחיבור פיתולי הגנרטור, המאפשרת גם חיווט תלת-חוטי, היא חיבור הדלתא המוצג באיור. 4.

אורז. 4. דיאגרמת חיבור של הפיתולים של גנרטור תלת פאזי עם משולש

כאן, קצה כל סליל מחובר לתחילתו של הבא, כך שהם יוצרים משולש סגור, וחוטי הקו מחוברים לקודקודים של משולש זה - נקודות 1, 2 ו- 3. כאשר מחוברים עם משולש, מתח הקו של הגנרטור שווה למתח הפאזה שלו: Ul = Ue.

לכן, החלפת פיתולי הגנרטור מכוכב לדלתא מובילה לירידה במתח הרשת ב- √3 ≈ 1.73 פעמים... גם חיבור דלתא מותר רק עם אותו עומס פאזה או כמעט זהה. אחרת, הזרם בלולאה הסגורה של הפיתולים יהיה חזק מדי, וזה מסוכן עבור הגנרטור.

בעת שימוש בזרם תלת פאזי, ניתן לחבר גם מקלטים (עומסים) נפרדים המוזנים על ידי זוגות נפרדים של חוטים בכוכב, כלומר, כך שקצה אחד שלהם מחובר לנקודה משותפת, ושלושת הקצוות החופשיים האחרים הם מחוברים לחוטי הקו של הרשת או עם משולש, כלומר כך שכל העומסים מחוברים בסדרה ויוצרים מעגל משותף, לנקודות 1, 2, 3 מהן מחוברים החוטים הליניאריים של הרשת.

באיור. 5 מציג את חיבור הכוכבים של עומסים עם מערכת חיווט תלת-חוטית, ובאיור.6 - עם מערכת חיווט ארבעה חוטים (במקרה זה, הנקודה המשותפת של כל העומסים מחוברת לחוט הנייטרלי).

באיור. 7 מציג דיאגרמת חיבור עומס דלתא עבור מערכת חיווט תלת-חוטית.

אורז. 5. חיבור כוכבים של עומסים עם מערכת חיווט תלת-חוטית

אורז. 6. חיבור כוכבים של עומסים עם מערכת חיווט ארבעה חוטים

אורז. 7. חיבור עומסים דלתא עם מערכת חיווט תלת-חוטית

בפועל, חשוב לקחת בחשבון את הדברים הבאים. כאשר עומסים מחוברים לדלתא, כל עומס נמצא מתחת למתח קו, וכאשר הוא מחובר לכוכב, מתחת למתח פי 3 פחות. במקרה של מערכת ארבעה חוטים, זה ברור מאיור. 6. אבל אותו הדבר עם מערכת תלת-חוטית (איור 5).

בין כל זוג מתחי קו כאן, מחוברים שני עומסים בסדרה, הזרמים בהם מוזזים פאזה ב-2π/ 3. המתח בכל עומס שווה למתח הרשת המתאים חלקי √3.

לפיכך, בעת החלפת עומסים מכוכב לדלתא, המתחים בכל עומס, ולכן הזרם בו, גדלים פי √3 ≈ 1.73 פעמים. אם, למשל, מתח הקו של רשת תלת-חוטית הוא 380 וולט, אזי כשהיא מחוברת בכוכב (איור 5) המתח של כל אחד מהעומסים יהיה שווה ל-220 וולט, וכאשר היא מחוברת עם א. משולש (איור 7) זה יהיה שווה ל-380 V.

בהכנת המאמר נעשה שימוש במידע מתוך ספר לימוד בפיזיקה בעריכת G.S. Landsberg.