Aihe numero 4. Kolmivaiheiset piirit

4.1. Monivaiheisten sähköpiirien muodostamisen periaatteet

Kolmivaiheinen piiri on yhdistelmä kolmivaiheista EMF-järjestelmää, kolmivaiheista kuormaa ja liitäntäjohdot.

Kolmivaiheinen symmetrinen EMF-järjestelmä ymmärretään joukoksi kolmea sinimuotoista EMF:ää, joilla on sama taajuus ja amplitudi ja jotka on siirretty vaiheessa 120 °. Hetkillisten arvojen kaavio ja EMF:n vektorikaavio symmetriselle kuormitukselle on esitetty kuvassa. 4.1.a), b).

Kolmivaihejärjestelmä sai eniten käytännön käyttöä seuraavien etujen ansiosta:

· energian siirto pitkiä matkoja 3-vaihevirralla on taloudellisinta;

järjestelmän elementit ovat yksinkertaisimpia tuotannossa, taloudellisia ja toimintavarmoja;

hetkellinen teho samalla kuormituksella generaattorin vaiheissa on muuttumaton.

b) voimajohdot; Kolmivaiheinen generaattori koostuu kiinteästä staattorista ja pyörivästä roottorista (kuva 4.2.). Kiinteät käämit sijoitetaan staattorin rakoihin, siinä pyörii magneettikenttä, jonka muodostaa pyörivä roottori, jossa on kierretty kela, jonka läpi virtaa vaihtovirta. Generaattori on synkroninen, jos roottorin kulmanopeus on yhtä suuri kuin pyörimisen kulmataajuus magneettikenttä staattori. Pieni rako staattorin ja roottorin välillä mahdollistaa merkittävän magneettivuon saavuttamisen roottorin käämin pienellä EMF:llä.

Kun kuorma on kytketty staattorikäämiin, generaattori toimittaa sähköenergiaa kuormaan.

4.2. Kolmivaiheisten piirien kytkentämenetelmät

Generaattorin käämien kytkemiseksi kuormaan on olemassa erilaisia järjestelmiä. Kukin generaattorin käämi on mahdollista kytkeä kuormaan kahdella johdolla, mikä vaatisi kuusi johtoa. Kolmivaiheisen generaattorin käämien ja kuorman säästämiseksi ne on kytketty "tähtitähti" ("kolmio") -kaavion mukaan. Tässä tapauksessa generaattorin ja kuorman välisten kytkentäjohtojen lukumäärä pienenee kuudesta kolmeen tai neljään.

Kun kytketään "tähti", kolmen käämin päät yhdistetään yhdeksi pisteeksi (kuva 4.3.), jota kutsutaan nollaksi (0). Generaattorin käämien alku, joka on merkitty kirjaimilla A, B, C, on kytketty kuormaan.

Kun generaattorin käämit yhdistetään kolmiolla (kuva 4.4.b), ensimmäisen käämin pää on kytketty toisen alkuun, toisen loppu - kolmannen alkuun, kolmannen loppuun - ensimmäisen alkuun. EMF:n geometrinen summa suljetussa kolmiossa on nolla. Siksi, jos ABC-liittimiin ei ole kytketty kuormaa, generaattorin käämien läpi ei kulje virtaa.

a) b)

Symmetrinen kolmivaiheinen EMF-järjestelmä voidaan kuvata: 1) graafisesti (kuva 4.1.); 2) vektorikaaviot (kuva 4.2.); 3) trigonometriset funktiot

kompleksiluvut

Kolmivaiheiselle symmetriselle järjestelmälle (kuva 4.1., 4.2.) yhtälöt ovat voimassa

Tärkeimmät kytkentätavat ovat "tähti - tähti" nollajohdolla (kuva 4.5.), tai ilman nollajohdinta (nolla) ja "kolmio - kolmio" (kuva 4.6.). Liitännät ovat myös mahdollisia: "delta - tähti" ja "tähti - delta".

Nollapisteitä yhdistävä johto O generaattori ja O/ kuorma, kun se on kytketty tähdellä, kutsutaan nolla- tai nollajohtimeksi ja nollajohtimessa olevaa virtaa kutsutaan nollavirraksi. Nollavirran positiivinen suunta otetaan O / to O.

Generaattorin pisteitä A, B, C ja kuormaa yhdistäviä johtimia kutsutaan lineaarisiksi johtimiksi ja niiden läpi kulkevia virtoja lineaariseksi. I A, I B, I C. Niiden positiivinen suunta otetaan generaattorilta kuormaan. Lineaaristen virtojen moduulit osoittavat I l.

Lineaaristen johtimien välistä jännitettä kutsutaan lineaariksi ja sitä merkitään kahdella indeksillä, esim. U AB(pisteiden A ja B välissä). Lineaarinen jännitemoduuli tarkoittaa U l.

Jokaista generaattorin kolmesta käämistä kutsutaan generaattorin vaiheeksi, kutakin kolmesta kuormasta kutsutaan kuorman vaiheeksi ja niiden läpi kulkevat virrat ovat generaattorin ja kuorman vaihevirtoja. I f; ja jännite U f niitä kutsutaan vaiheiksi.

Linja- ja vaihejännitteiden välinen suhde on seuraava. Kun generaattori on kytketty tähteen, verkkojännite U L = UAB modulo V on suurempi kuin generaattorin vaihejännite U f .

Riisi. 3.7.

Tämä seuraa kuvasta. 4.7., jossa U l on tasakylkisen kolmion kanta, jonka terävät kulmat ovat 30°. .

Linjavirta I l kun generaattori on kytketty tähdellä, se on yhtä suuri kuin generaattorin vaihevirta .

Kun generaattori kytketään "kolmioon", kuten kuvasta näkyy. 4.6. verkkojännite on yhtä suuri kuin generaattorin vaihejännite ,

ja linjan virta I l kertaa vaihevirta .

Kun kuorma kytketään kolmioon, virtojen positiiviset suunnat valitaan myötäpäivään. Ensimmäinen indeksi vastaa pistettä, josta virta virtaa, toinen - pistettä, johon se virtaa. Lineaariset virrat eivät ole yhtä suuria kuin kuormitusvaihevirrat ja ne määritetään niiden kautta ensimmäisen Kirchhoffin lain mukaan , , .

Vektoridiagrammista (kuva 4.7.) Kosinilauseen mukaan ,

samoin

Riisi. 3.8.

, , tai yleinen tapaus.

3.3. Kolmivaiheisten piirien laskenta, kun ne on kytketty tähdellä

Virtojen laskemiseksi on määritettävä kytkentäkaavio, vastuksen arvo ja tyyppi sekä energialähteen jännite. Laskelmat tehdään yleensä monimutkaisille arvoille.

Symmetrinen kuorma tähti-tähtiliitoksessa nollajohdolla on esitetty kuvassa. 4.8.

Jos nollajohdin symmetrisen vastaanottimen piirissä ( ) on erittäin pieni vastus (Z 0 \u003d 0), niin pisteen O / potentiaali on käytännössä yhtä suuri kuin pisteen O potentiaali, ja pisteet sulautuvat yhdeksi. Piiriin muodostetaan kolme erillistä piiriä, joista kunkin virtojen kompleksiarvot määritetään kuten yksivaiheisessa piirissä ; ;

missä Ė A, Ė B, Ė C- vaihejännitteet generaattorin liittimissä.

Kirchhoffin ensimmäisen lain mukaan nollajohdon virta on 4 langallinen järjestelmä yhtä suuri kuin vaihevirtojen geometrinen summa .

Yleensä kompleksinen jännite nollapisteiden välillä 0 – 0` nollajohdolla

Univormulla symmetrinen kuorma nykyinen I 0 = 0, ja nollajohdin voidaan irrottaa piiristä muuttamatta sen toimintatapaa. 3-johdinjärjestelmälle, ts. ei sisällä nollajohdinta (Z N = ∞), termi 1/Z N puuttuu nimittäjästä.

Vastaanottimen vaiheiden jännitettä määritettäessä, jos lähteen vastusta ei oteta huomioon, se voidaan korvata

Siirtyminen suureiden tehollisiin arvoihin siinä tapauksessa, että kuormitukset kaikissa vaiheissa ovat yhtä suuret ja niillä on aktiivinen luonne ,

missä on lineaarisen jännitteen arvo, virrat vastaavasti ottavat arvot , , .

Kolmivaiheisen piirin kokonaisteho aktiivisella kuormalla on

Epäsymmetrisellä kuormalla ja nollajohtimen puuttuessa generaattorin O nollapisteiden ja vastaanottimen O / väliin ilmestyy jännite, jonka seurauksena vastaanottimen vaihejännitteet osoittautuvat erilaisiksi. Laskettu vaihe- ja lineaarijännitteiden välinen suhde rikkoutuu tässä tapauksessa. Nollapisteiden välisen jännitteen sekä vastaanottimen vaihejännitteiden määrittämiseksi oletetaan, että sähköpiirissä on nollajohto, jonka resistanssi on . Sitten lähteen ja vastaanottimen nollapisteiden välinen jännite

missä g A , g B , g C , g N- vaihe- ja nollajohtojen johtavuus,

Riisi. 3.9.3.10.

nuo. epäsymmetriselle järjestelmälle määritettäessä nimittäjä ottaa huomioon nollajohtimen johtavuuden gN..

Kuvassa 4.9. on esitetty vektorikaavio ilman nollajohtoa, jossa , , ovat lähteen vaihejännitteiden vektorit ja , , ovat lähteen lineaarijännitteiden vektorit sekä vastaanottimen lineaariset jännitteet. Piirrä jännitysvektori ja vastaanottimen vaihejännitevektorit , käytämme niiden yllä saatuja arvoja.

Vaihe- ja lineaarivektorien välinen yhteys , ja , , , määräytyy lausekkeilla , , .

Vektorikaavio on rakennettu vaiheiden aktiiviselle epätasapainoiselle kuormitukselle ( ).

Kun vaiheaktiivisten vastusten arvo muuttuu, jännite voi vaihdella laajalla alueella. Tämän mukaisesti kaavion piste N voi olla eri paikoissa ja vastaanottimen vaihejännitteet voivat poiketa toisistaan melko merkittävästi.

Nykyiset pääjärjestelmät, jotka tällä hetkellä hyväksytään kaikkialla, ovat kolmivaiheisia, joilla on useita etuja yksivaiheisiin verrattuna.

Kolmivaihevirta on kolmen yksivaiheisen virran järjestelmä, jonka muodostavat kolme sähkömotorista voimaa, joilla on samat amplitudit ja taajuudet, mutta jotka on siirretty toisiaan suhteessa toiseen vaiheittain 120⁰ tai ajallisesti kolmanneksella jaksosta.

Tällaisen kolmivaihejärjestelmän jokainen yksittäinen piiri on lyhennetty vaiheeksi.

Siten kolmivaiheisen virtageneraattorin staattorissa on kolme käämiä (kutsutaan generaattorin vaiheiksi), jotka on siirretty 120⁰ suhteessa toisiinsa. Kolmivaihevirtageneraattorin roottori on rakenteeltaan sama kuin generaattorin roottori yksivaiheinen virta.

Roottorin pyöriessä kaikissa käämeissä syntyy saman taajuuden ja amplitudin sähkömotorisia voimia, mutta vain ne eivät saavuta maksimiaan samanaikaisesti. Olettaen, että suurin sähkömotorinen voima syntyy sillä hetkellä, kun roottorin keskipiste kulkee käämin alun alta, on helppo nähdä, että samansuuntainen suurin sähkömotorinen voima toisessa käämissä tulee roottorin pyörimisen jälkeen 120⁰ , ja kolmannessa - sen jälkeen, kun kierto on 240⁰ suhteessa ensimmäiseen.

Kytkemällä generaattorin jokainen vaihe ulkoiseen piiriin, saadaan kolme yksivaiheista virtapiiriä, joissa ei ole yhtään sähköliitännät, ja virrat kussakin yksittäisessä piirissä, joilla on sama vastus, ovat amplitudiltaan yhtä suuret, mutta myös vaihesiirrot toisiinsa nähden 120⁰.

Tällaisen generaattorin kytkemiseksi ulkoiseen piiriin tarvitaan kuusi johtoa. Ulkoiseen piiriin menevien johtojen määrän vähentämiseksi on tarpeen kytkeä vastaanottimien ja generaattorin käämit toisiinsa muodostaen sähköisesti kytketyn kolmivaiheisen järjestelmän. Tällainen yhteys voidaan tehdä kahdella eri tavalla: kolmiolla ja tähdellä.

Molemmat liitännät mahdollistavat materiaalin säästämisen siirrettäessä samaa tehoa kolmesta autonomisesta kolmivaihegeneraattorista.

Kolmivaiheiset piirit mahdollistivat yksinkertaisen ja helppokäyttöisen sähkömoottorin luomisen, jota kutsuttiin asynkroniseksi. Sen laite perustuu pyörivän magneettikentän käyttöön. Yksinkertaisimmassa tapauksessa tällainen magneettikenttä voidaan saada pyörittämällä hevosenkenkämagneettia.

Jos suljettu johdin asetetaan pyörivään kenttään kiinnitettynä akselille, magneettikenttä pyörimisensä aikana, ylittäen johtimen ääriviivan sivut, indusoituu niissä sähkömotorinen voima induktio, joka syntyy tässä suljetussa piirissä. Tämä virta, kun se on vuorovaikutuksessa pyörivän magneetin magneettikentän kanssa, saa kelan pyörimään. Kelan pyörimissuunta määritetään vasemman käden säännöllä.

Kolmivaiheiset sähkömoottorit koostuu kahdesta osasta: pyörivästä osasta - roottorista ja kiinteästä osasta - staattorista.

Pyörimistä ei synny moottorissa magneettinapojen mekaanisella pyörityksellä, vaan kolmivaiheisen vaihtovirran virtauksella kiinteiden staattorikäämien ympärillä.

Kolmivaihepiirit on kehittänyt yksi 1800-luvun ja 1900-luvun alun merkittävistä sähköinsinööreistä. - Venäläinen insinööri M. O. Dolivo-Dobrovolsky (1862-1919). Tämä järjestelmä avasi laajimmat mahdollisuudet teolliseen käyttöön. sähköenergiaa. Niistä tärkeimmät:

säästöt aseman kuluttajaan yhdistävän linjan johtimissa;
mahdollisuus saada pyörivä magneettikenttä, jota käytetään kolmivaihemoottoreissa.

Kolmivaiheisten piirien kytkentäkaaviot

Kolmivaiheinen symmetrinen EMF-järjestelmä ymmärretään joukoksi kolmea sinimuotoista EMF:ää, joilla on sama taajuus ja amplitudi ja jotka on siirretty vaiheessa 1200.

Niiden hetkellisten arvojen kaavio on esitetty kuvassa. 7.1., vektorikaavio - kuvassa. 7.2.

Kolmivaiheinen emf-järjestelmä. saatu käyttämällä kolmivaiheista generaattoria, jonka staattorin urissa kolme käämiä on sähköisesti eristetty toisistaan - vaihe generaattorin käämit. Käämien tasot siirtyvät avaruudessa 1200. Generaattorin roottorin pyöriessä käämeissä indusoituu sinimuotoisia emfs. amplitudiltaan sama, mutta vaihesiirtymä 1200.
Kolmen emf:n erottamiseksi. kolmivaiheiset generaattorit toisistaan, ne on merkitty vastaavasti. Jos yksi e.m.f. merkitsee ja johtaa numerolla 1200 -
Käytössä kytkentäkaavio kolmivaiheinen generaattori kuvattu kolmena kääminä, jotka sijaitsevat 1200 kulmassa toisiinsa nähden.

Kun se on yhdistetty "tähdellä", kolmen käämin samannimiset liittimet (esimerkiksi päät) yhdistetään yhdeksi solmuksi, jota kutsutaan generaattorin nollapisteeksi ja jota merkitään kirjaimella 0 (kuva 1). 7.3). Generaattorin käämien alku on merkitty kirjaimilla A, B, C.
Kun generaattorin käämit kytketään "kolmiolla", generaattorin ensimmäisen käämin pää on kytketty toisen alkuun, toisen loppu - kolmannen alkuun, kolmannen loppu - ensimmäisen alku (kuva 7.4).

EMF:n geometrinen summa kolmiossa on nolla. Siksi, jos liittimiin A, B, C ei ole kytketty kuormaa, generaattorin käämien läpi ei kulje virtaa.
Kolmivaiheisen EMF-järjestelmän ja kolmivaiheisen kuorman (tai kuormien ja kytkentäjohtojen) yhdistelmää kutsutaan kolmivaiheinen piiri.
Kolmivaiheisen piirin yksittäisten osien läpi kulkevat virrat siirtyvät vaiheittain suhteessa toisiinsa. Alla vaihe Kolmivaiheinen piiri ymmärretään piirin osaksi, jonka läpi kulkee sama virta. Siten vaihe on tarkasteltavasta asiasta riippuen joko kolmivaiheisen piirin osa tai sinimuotoisesti muuttuvan suuren argumentti. Generaattorin kolme käämiä on kytkettävä kuormaan. Olla olemassa eri tavoilla käämiliitännät. Epätaloudellisin tapa olisi kytkeä generaattorin kukin käämi kuormaan kahdella johdolla, mikä vaatisi kuusi liitäntäjohtoa. Rahan säästämiseksi kolmivaiheisen generaattorin käämit kytketään "tähdeksi" tai "kolmioksi", minkä seurauksena generaattorin ja kuorman välisten kytkentäjohtojen määrä vähenee kuudesta kolmeen tai neljä.
Harkitse tapoja kytkeä kolmivaiheinen generaattori kolmivaiheiseen kuormaan.
Kytkentäkaavio "tähti" - "tähti" nollajohdolla on esitetty kuvassa. 7.5
Solmua, joka muodostaa kolmivaiheisen kuorman kolme päätä, kun se on yhdistetty "tähdellä", kutsutaan kuorman nollapisteeksi ja merkitään 0".

Johtoa, joka yhdistää generaattorin nollapisteet ja kuorman, kutsutaan nollaksi (nolla). Nollajohtimen virtaa merkitään I0:lla, virran positiivinen suunta solmusta 0" solmuun 0. Johtoja, jotka yhdistävät generaattorin liittimet A, B, C kuormaan, kutsutaan lineaarijohtimiksi. Lineaaristen johtojen kautta kutsutaan lineaarisiksi, niitä merkitään IA, IB, IC. Sovitaan positiivisesta suunnasta, että ne ottavat suunnan generaattorista kuormaan.Lineaarivirtamoduuleita kutsutaan usein IL:ksi ilman lisäindeksiä.Tämä nimitys käytetään usein, kun linjavirrat modulo ovat samat. Linjajohtojen välistä jännitettä kutsutaan verkkojännitteeksi ja sitä merkitään kahdella indeksillä, esimerkiksi UAB. Lineaarisen jännitemoduulin nimi on UL.
Jokaista generaattorin kolmesta käämistä kutsutaan generaattorivaiheeksi. Kutakin kolmesta kuormasta kutsutaan kuormitusvaiheeksi. Niiden läpi kulkevia virtoja kutsutaan vaihevirroiksi IF, ja niissä olevia jännitteitä kutsutaan vaihe- tai vaihejännitteiksi UФ.
Kuvan 7.6 piiriä kutsutaan "tähti - tähti" ilman nollajohdinta; kuvassa 7.7. - "tähti - kolmio"; kuvassa 7.8 - "kolmio - kolmio", kuvassa. 7.9. - "kolmio - tähti".

Liitäntöjen järjestyksestä riippuen erotetaan seuraavat: piirikytkennät:

1. Sarjaliitäntä.

2. Rinnakkaisliitäntä.

3. Yhteys "polygonin" muodossa.

4. Yhteys "tähden" muodossa.

Analysoidaan näiden tyyppisten ketjuliitosten ominaisuuksia.

Erottuva ominaisuus sarjaliitäntä ketjut on, että sillä ei ole välisolmuja. Lisäksi tällaisen yhteyden kaikissa elementeissä kulkee sama virta. Selvyyden vuoksi olemme näyttäneet esimerkin tällaisesta liitännästä alla olevassa kuvassa.

Sarjakytkennän tulos on elementtien välisen jännitteen summaus. Joten esimerkiksi yllä olevassa kuvassa esitetyn kaavion mukaisesti:

On huomattava, että jännite on suunnattu vastakkain virran suuntaan, koska lähteen nuolen suunnan mukaisesti sen positiivinen napa on oikealla ja negatiivinen napa vasemmalla. Jännitteen suunta on vakio plussasta miinukseen.

Jännitteiden ohella myös vastukset tämän tyyppisissä liitännöissä kasvavat. Tämä on kätevää osoittaa selkeästi käyttämällä esimerkkiä sarjakytkennästä piirissä. tasavirta, missä

Pääominaisuus rinnakkaisliitäntä on, että sama jännite syötetään kaikkiin rinnakkain kytkettyihin haaroihin. Alla olevassa kuvassa on esimerkki rinnakkaisliitännästä.

Piirien rinnakkaiskytkennässä sen haarojen jännitteet lasketaan yhteen. Tämä näkyy yllä olevassa kaavioesimerkissä.

Haarojen rinnakkaiskytkennässä vastaava resistanssi löydetään etsimällä piirin ekvivalenttijohtavuus. Piirien ekvivalenttinen johtokyky on yhtä suuri kuin haarojen johtavuuden summa. Johtavuus on vastuksen käänteisluku. Johtavuuden yksikkö on Siemens (cm). Ymmärtämisen helpottamiseksi annamme esimerkin DC-piirin rinnakkaisliitännästä.

Monikulmioketjuliitäntä on useita tyyppejä. Yksinkertaisin niistä on kolmio. Näet sen kuvasta 26.

Tässä kuvassa on vain yksi piirien sarjakytkentä. Tämä on vastus R1 ja EMF E1. Samalla voidaan erottaa useita "kolmio"-tyyppisiä liitoksia. Resistanssit R2, R4, R5 muodostavat siis "kolmion" sivut, joiden kärkipisteet A, B, D. Resistanssit R3, R4, R6 muodostavat "kolmion" sivut kärkien B, C, D kanssa. haarat R1 ja E1 sekä haarat R2, R3 ovat myös kolmion sivuja. Sen kärjet ovat A, B, C. Kolmioliitoksesta voidaan muodostaa tähtiyhteys.

Kuvan 26 samasta kaaviosta voidaan erottaa tähtikytkennät. Resistanssit R2, R3, R4 ovat siis "tähtisäteitä", jotka konvergoivat solmussa B. Tähtisäteet R4, R5, R6 konvergoivat solmussa D. Näin ollen "tähti"-piirien kytkentä voidaan muuntaa vastaavaksi. delta-yhteys.

Monivaiheisten järjestelmien kehitystä on ohjattu historiallisesti. Tämän alan tutkimusta aiheuttivat tuotannon kehittämisen vaatimukset ja monivaiheisten järjestelmien kehittämisen onnistumista helpottivat sähköisten ja magneettisten ilmiöiden fysiikan löydöt.

Tärkein edellytys monivaiheisten sähköjärjestelmien kehittämiselle oli pyörivän magneettikentän ilmiön löytäminen (G. Ferraris ja N. Tesla, 1888). Ensimmäiset sähkömoottorit olivat kaksivaiheisia, mutta niiden suorituskyky oli heikko. Kolmivaiheinen järjestelmä osoittautui järkevimmäksi ja lupaavimmaksi, jonka tärkeimpiä etuja käsitellään alla. Suuren panoksen kolmivaiheisten järjestelmien kehittämiseen antoi erinomainen venäläinen sähköinsinööri M.O.

Kolmivaiheisen jännitteen lähde on kolmivaihegeneraattori, jonka staattoriin (ks. kuva 1) on sijoitettu kolmivaiheinen käämitys. Tämän käämin vaiheet on järjestetty siten, että niiden magneettiset akselit siirtyvät avaruudessa suhteessa toisiinsa el. iloinen. Kuvassa Kuviossa 1 kukin staattorin vaihe on perinteisesti esitetty yhtenä kierroksena. Käämien alku on yleensä merkitty isoilla kirjaimilla kirjaimet A, B, C, ja päät kirjoitetaan vastaavasti isoilla kirjaimilla x, y, z. EMF kiinteisiin staattorikäämeihin indusoituu niiden kierrosten ylittämisen seurauksena pyörivän roottorin virityskäämin virran synnyttämän magneettikentän vaikutuksesta (kuvassa 1 roottori on perinteisesti kuvattu kestomagneettina, jota käytetään käytännössä suhteellisen pienillä tehoilla). Kun roottori pyörii tasaisella nopeudella, staattorin vaiheiden käämeissä indusoituu ajoittain vaihtuvia sinimuotoisia EMF-signaaleja, joilla on sama taajuus ja amplitudi, mutta ne eroavat toisistaan vaiheen avaruussiirtymän vuoksi. (katso kuva 2).

Kolmivaihejärjestelmät ovat tällä hetkellä yleisimmin käytettyjä. Kaikki suuret voimalaitokset ja kuluttajat toimivat kolmivaihevirralla, johon liittyy useita kolmivaiheisten piirien etuja yksivaiheisiin verrattuna, joista tärkeimmät ovat:

Kustannustehokas sähkön siirto pitkiä matkoja;

Luotettavin ja taloudellisin, joka täyttää teollisen sähkökäytön vaatimukset, on asynkroninen moottori, jossa on oravahäkkiroottori;

Mahdollisuus saada pyörivä magneettikenttä kiinteillä käämeillä, joissa toimivat synkroniset ja induktiomoottorit, sekä joukko muita sähkölaitteita;

Symmetristen kolmivaiheisten järjestelmien tasapaino.

Pohtimaan tärkeintä tasapainoiset ominaisuudet Kolmivaihejärjestelmä, joka todistetaan alla, esittelemme monivaiheisen järjestelmän symmetrian käsitteen.

EMF-järjestelmää (jännitteet, virrat jne.) kutsutaan symmetrinen jos se koostuu m yhtä suuresta modulo EMF-vektorista (jännitteet, virrat jne.), jotka on siirretty vaiheittain suhteessa toisiinsa samalla kulmalla. Erityisesti vektorikaavio symmetriselle EMF-järjestelmälle, joka vastaa kolmivaiheista sinimuotoista järjestelmää kuviossa 10. 2 on esitetty kuvassa. 3.


Kuva 3	Kuva 4

Epäsymmetrisistä järjestelmistä kaksivaiheinen järjestelmä, jossa on 90 asteen vaihesiirto, on käytännön kiinnostavin (ks. kuva 4).

Kaikki symmetriset kolmi- ja m-vaihejärjestelmät (m>3) sekä kaksivaiheinen järjestelmä ovat tasapainoinen. Tämä tarkoittaa, että vaikka yksittäisissä vaiheissa hetkellinen teho sykkii (katso kuva 5, a), muuttaen ei vain suuruutta, vaan yleensä myös etumerkkiä yhden jakson aikana, kaikkien vaiheiden hetkellinen kokonaisteho pysyy vakiona koko ajan. sinimuotoisen EMF:n jakso (katso kuva 5,b).

Tasapainolla on äärimmäisen käytännön merkitystä. Jos hetkellinen kokonaisteho sykkiisi, silloin turbiinin ja generaattorin väliseen akseliin vaikuttaisi sykkivä vääntömomentti. Tällainen muuttuva mekaaninen kuormitus vaikuttaisi haitallisesti voimalaitokseen ja lyhentäisi sen käyttöikää. Samat näkökohdat koskevat monivaihemoottoreita.

Jos symmetria rikkoutuu (kaksivaiheista Tesla-järjestelmää ei sen spesifisyydestä johtuen oteta huomioon), myös tasapaino rikkoutuu. Siksi energia-alalla he valvovat tiukasti, että generaattorin kuormitus pysyy symmetrisenä.

Kolmivaiheisten järjestelmien kytkentäkaaviot

Kolmivaiheisessa generaattorissa (muuntajassa) on kolme lähtökäämitystä, jotka ovat identtisiä kierrosten lukumäärällä, mutta kehittävät EMF:ää, vaihesiirrettynä 1200:lla. Voidaan käyttää järjestelmää, jossa generaattorikäämin vaiheet eivät olisi galvaanisesti kytkettyjä toisiinsa . Tämä ns irrotettu järjestelmä. Tässä tapauksessa generaattorin jokainen vaihe on kytkettävä vastaanottimeen kahdella johdolla, ts. tulee kuusijohtiminen johto, mikä on epätaloudellista. Tältä osin tällaisia järjestelmiä ei ole saanut laaja sovellus käytännössä.

Johtojen määrän vähentämiseksi linjassa generaattorin vaiheet on kytketty galvaanisesti toisiinsa. On olemassa kahdenlaisia yhteyksiä: tähdeksi ja kolmioon. Kun taas yhdistettynä tähteen, järjestelmä voi olla kolme- ja nelijohtoinen.

tähtiliitäntä

Kuvassa Kuva 6 esittää kolmivaiheista järjestelmää kytkettäessä generaattorin ja kuorman vaiheet tähdeksi. Tässä johdot AA', BB' ja CC' ovat linjajohtoja.

Lineaarinen kutsutaan johdoksi, joka yhdistää generaattorin ja vastaanottimen käämin vaiheiden alun. Pistettä, jossa vaiheiden päät on kytketty yhteiseen solmuun, kutsutaan neutraali(Kuvassa 6 N ja N' ovat generaattorin ja vastaavasti kuorman neutraalipisteet).

Johtoa, joka yhdistää generaattorin ja vastaanottimen nollapisteet, kutsutaan neutraali(esitetty katkoviivalla kuvassa 6). Kolmivaiheista järjestelmää kutsutaan, kun se on kytketty tähtiin ilman nollajohtoa kolmijohtoinen, nollajohdolla nelijohtoinen.

Kaikki vaiheisiin liittyvät suureet kutsutaan vaihemuuttujat, linjalle lineaarinen. Kuten kuvion kaaviosta voidaan nähdä. 6, kun se on kytketty tähteen, linjavirrat ja ovat yhtä suuria kuin vastaavat vaihevirrat. Jos nollajohto on, nollajohtimessa oleva virta . Jos vaihevirtajärjestelmä on symmetrinen, niin . Siksi, jos virtojen symmetria taattaisiin, nollajohtoa ei tarvita. Kuten alla näytetään, nollajohdin ylläpitää kuorman jännitteiden symmetriaa, kun itse kuorma on epätasapainossa.

(sen alkuvaihe on nolla), lasketaan lineaaristen jännitteiden vaihesiirrot tämän akselin suhteen ja niiden moduulit määritetään kohdan (4) mukaisesti. Joten lineaarisilla jännitteillä ja kolmiossa virta kulkee oikosulku. Siksi kolmion osalta on välttämätöntä noudattaa tiukasti vaiheiden kytkentäjärjestystä: yhden vaiheen alku on kytketty toisen loppuun.

Generaattorin ja vastaanottimen vaiheiden kytkentäkaavio kolmiossa on esitetty kuvassa. 9.

Ilmeisesti, kun se on yhdistetty kolmioon linjajännitteet yhtä suuri kuin vastaava vaihe. Ensimmäisen Kirchhoffin lain mukaan vastaanottimen lineaari- ja vaihevirtojen välinen suhde määräytyy suhteiden mukaan.

Vastaavasti lineaariset virrat voidaan ilmaista termeillä vaihevirrat generaattori.

Kuvassa Kuvio 10 esittää vektorikaaviota lineaari- ja vaihevirtojen symmetrisestä järjestelmästä. Sen analyysi osoittaa, että virtojen symmetrialla

(5)

Lopuksi todetaan, että tarkasteltujen tähti-tähti- ja kolmio-kolmio-yhteyksien lisäksi tähti-kolmio- ja kolmio-tähti-kaavioita käytetään myös käytännössä.

Kirjallisuus

Perusasiat piiriteoria: Proc. yliopistoille /G.V.Zeveke, P.A.Ionkin, A.V.Netushil, S.V.Strakhov. – 5. painos, tarkistettu. -M.: Energoatomizdat, 1989. -528s.
Bessonov L.A. Teoreettinen perusta Sähkötekniikka: Sähköpiirit. Proc. yliopistojen sähkö-, energia- ja instrumenttivalmistusalan opiskelijoille. – 7. painos, tarkistettu. ja ylimääräisiä –M.: Korkeampi. koulu, 1978. -528s.