หัวข้อที่ 4 วงจรสามเฟส

4.1. หลักการสร้างวงจรไฟฟ้าหลายเฟส

วงจรสามเฟสเป็นการรวมกันของระบบ EMF สามเฟส โหลดสามเฟสและ สายต่อ.

ระบบ EMF สมมาตรแบบสามเฟสเป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นชุดของ EMF แบบไซน์สามตัวที่มีความถี่และแอมพลิจูดเท่ากัน โดยเปลี่ยนเฟสเป็น 120 ° กราฟของค่าทันทีและไดอะแกรมเวกเตอร์ของ EMF สำหรับการโหลดแบบสมมาตรแสดงในรูปที่ 4.1.a), b)

ระบบสามเฟสได้รับมากที่สุด การใช้งานจริงด้วยคุณประโยชน์ดังต่อไปนี้:

· การส่งพลังงานในระยะทางไกลด้วยกระแส 3 เฟส ประหยัดที่สุด

องค์ประกอบของระบบนั้นง่ายที่สุดในการผลิต ประหยัด และเชื่อถือได้ในการใช้งาน

กำลังไฟฟ้าทันทีที่โหลดเท่ากันในเฟสของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะไม่เปลี่ยนแปลง

b) สายส่ง; เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามเฟสประกอบด้วยสเตเตอร์คงที่และโรเตอร์หมุนได้ (รูปที่ 4.2.) ขดลวดคงที่ถูกวางไว้ในช่องของสเตเตอร์ซึ่งมีสนามแม่เหล็กหมุนอยู่ภายในซึ่งสร้างขึ้นโดยโรเตอร์หมุนที่มีขดลวดพันแผลซึ่งไหลผ่าน กระแสสลับ. เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเป็นแบบซิงโครนัสหากความเร็วเชิงมุมของโรเตอร์เท่ากับความถี่เชิงมุมของการหมุน สนามแม่เหล็กสเตเตอร์ ช่องว่างเล็ก ๆ ระหว่างสเตเตอร์และโรเตอร์ทำให้สามารถรับฟลักซ์แม่เหล็กที่มีนัยสำคัญด้วย EMF ขนาดเล็กของขดลวดโรเตอร์

เมื่อโหลดเชื่อมต่อกับขดลวดสเตเตอร์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะส่งพลังงานไฟฟ้าไปยังโหลด

4.2. วิธีการเชื่อมต่อวงจรสามเฟส

มีรูปแบบต่างๆสำหรับการเชื่อมต่อขดลวดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากับโหลด เป็นไปได้ที่จะเชื่อมต่อแต่ละขดลวดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากับโหลดด้วยสายไฟสองเส้น ซึ่งต้องใช้สายไฟหกเส้น เพื่อประหยัดขดลวดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามเฟสและโหลด พวกเขาเชื่อมต่อตามรูปแบบ "ดาว-ดาว" ("สามเหลี่ยม") ในกรณีนี้จำนวนสายเชื่อมต่อจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไปยังโหลดจะลดลงจากหกเป็นสามหรือสี่

เมื่อเชื่อมต่อ "ดาว" ปลายของขดลวดทั้งสามจะรวมกันเป็นจุดเดียว (รูปที่ 4.3.) ซึ่งเรียกว่าศูนย์ (0) จุดเริ่มต้นของขดลวดกำเนิดที่ระบุด้วยตัวอักษร A, B, C เชื่อมต่อกับโหลด

เมื่อเชื่อมต่อขดลวดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากับรูปสามเหลี่ยม (รูปที่ 4.4.b) จุดสิ้นสุดของขดลวดแรกจะเชื่อมต่อกับจุดเริ่มต้นของวินาที จุดสิ้นสุดของวินาที - ถึงจุดเริ่มต้นของที่สาม จุดสิ้นสุดที่สาม - ถึงจุดเริ่มต้นของครั้งแรก ผลรวมทางเรขาคณิตของ EMF ในรูปสามเหลี่ยมปิดเป็นศูนย์ ดังนั้นหากไม่มีโหลดเชื่อมต่อกับขั้ว ABC จะไม่มีกระแสไหลผ่านขดลวดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

ก) ข)

ระบบ EMF แบบสมมาตรสามเฟสสามารถอธิบายได้: 1) แบบกราฟิก (รูปที่ 4.1.); 2) ไดอะแกรมเวกเตอร์ (รูปที่ 4.2.); 3) ฟังก์ชันตรีโกณมิติ

ตัวเลขเชิงซ้อน

สำหรับระบบสมมาตรสามเฟส (รูปที่ 4.1., 4.2.) สมการจะถูกต้อง

วิธีการเชื่อมต่อหลักคือ "สตาร์ - สตาร์" ด้วยลวดที่เป็นกลาง (รูปที่ 4.5.) หรือไม่มีลวดที่เป็นกลาง (เป็นกลาง) N และ "สามเหลี่ยม - สามเหลี่ยม" (รูปที่ 4.6.) การเชื่อมต่อยังเป็นไปได้: "เดลต้า - สตาร์" และ "สตาร์ - เดลต้า"

สายเชื่อมต่อจุดศูนย์ อู๋เครื่องกำเนิดไฟฟ้าและ อู๋/ โหลดเมื่อเชื่อมต่อกับดาวเรียกว่าลวดเป็นกลางหรือเป็นกลางและกระแสในลวดเป็นกลางเรียกว่ากระแสศูนย์ ทิศทางบวกของกระแสศูนย์ถูกนำมาจาก โอ /ถึง อู๋.

สายไฟเชื่อมต่อจุด A, B, C ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและโหลดเรียกว่าเส้นตรงและกระแสที่ไหลผ่านเรียกว่าเส้นตรง I A , I B , ฉัน C. ทิศทางบวกสำหรับพวกเขาถูกนำมาจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไปยังโหลด โมดูลของกระแสเชิงเส้นหมายถึง ฉันล.

แรงดันไฟฟ้าระหว่างเส้นตรงเรียกว่าเส้นตรงและแสดงด้วยดัชนีสองตัวเช่น ยู AB(ระหว่างจุด A และ B) โมดูลัสแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้นแสดงว่า คุณ ล.

ขดลวดทั้งสามของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแต่ละอันเรียกว่าเฟสของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า โหลดทั้งสามตัวเรียกว่าเฟสของโหลด และกระแสที่ไหลผ่านคือเฟสกระแสของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและโหลด ถ้า; และแรงดันไฟฟ้า คุณ fพวกเขาเรียกว่าเฟส

ความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันสายและเฟสมีดังนี้ เมื่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเชื่อมต่อกับดาว แรงดันไฟฟ้าของสาย U L = UABโมดูโล V มากกว่าแรงดันเฟสของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า คุณ f .

ข้าว. 3.7.

ต่อจากรูปที่ 4.7. ซึ่ง U lเป็นฐานของสามเหลี่ยมหน้าจั่วที่มีมุมแหลม 30° .

สายปัจจุบัน ฉัน lเมื่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเชื่อมต่อด้วยดาวจะเท่ากับกระแสเฟสของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า .

เมื่อเชื่อมต่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเข้ากับ "สามเหลี่ยม" ดังที่เห็นได้จากรูปที่ 4.6. แรงดันไฟเท่ากับแรงดันเฟสของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ,

และสายปัจจุบัน ฉัน lคูณกับเฟสปัจจุบัน .

เมื่อเชื่อมต่อโหลดในรูปสามเหลี่ยม ทิศทางบวกของกระแสจะถูกเลือกตามเข็มนาฬิกา ดัชนีแรกสอดคล้องกับจุดที่กระแสไหล ดัชนีที่สอง - ไปยังจุดที่กระแสไหล กระแสเชิงเส้นไม่เท่ากับกระแสเฟสโหลดและถูกกำหนดโดยพวกเขาตามกฎหมาย Kirchhoff แรก , , .

จากแผนภาพเวกเตอร์ (รูปที่ 4.7.) ตามทฤษฎีบทโคไซน์ ,

เช่นเดียวกัน

ข้าว. 3.8.

, ,หรือ กรณีทั่วไป.

3.3. การคำนวณวงจรสามเฟสเมื่อเชื่อมต่อกับดาว

ในการคำนวณกระแส ต้องระบุแผนภาพวงจร ค่าและประเภทของความต้านทาน และแรงดันไฟฟ้าของแหล่งพลังงาน การคำนวณมักจะดำเนินการสำหรับค่าที่ซับซ้อน

โหลดสมมาตรในการเชื่อมต่อแบบสตาร์สตาร์ด้วยลวดเป็นกลางแสดงในรูปที่ 4.8.

ถ้าสายกลางในวงจรของเครื่องรับสมมาตร ( ) มีความต้านทานต่ำมาก (Z 0 \u003d 0) ดังนั้นศักยภาพของจุด O / จะเท่ากับศักยภาพของจุด O และจุดจะรวมกันเป็นหนึ่งเดียว วงจรแยกกันสามวงจรถูกสร้างขึ้นในวงจรซึ่งค่าที่ซับซ้อนของกระแสในแต่ละวงจรจะถูกกำหนดเช่นเดียวกับวงจรเฟสเดียว ; ;

ที่ไหน Ė A, Ė B, Ė C- แรงดันเฟสที่ขั้วเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

ตามกฎข้อที่หนึ่งของ Kirchhoff กระแสในเส้นลวดเป็นกลางของ 4 ระบบสายเท่ากับผลรวมเรขาคณิตของกระแสเฟส .

โดยทั่วไป แรงดันเชิงซ้อนระหว่างจุดศูนย์ 0 – 0` ด้วยลวดเป็นกลาง

.

พร้อมชุดยูนิฟอร์ม โหลดสมมาตรหมุนเวียน ผม 0 =0,และสามารถถอดสายกลางออกจากวงจรได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนโหมดการทำงาน สำหรับระบบ 3 สาย ได้แก่ ไม่มีเส้นลวดเป็นกลาง (Z N = ∞) คำว่า 1/ Z N จะไม่อยู่ในตัวส่วน

เมื่อกำหนดแรงดันไฟฟ้าของเฟสตัวรับหากไม่คำนึงถึงความต้านทานของแหล่งกำเนิดก็สามารถแทนที่ด้วย

เปลี่ยนเป็นค่าประสิทธิผลของปริมาณในกรณีที่โหลดในทุกเฟสเท่ากันและมีแอกทีฟแอคทีฟ ,

ค่าของแรงดันเชิงเส้นอยู่ที่ไหน กระแสตามลำดับ ใช้ค่า , , .

กำลังทั้งหมดของวงจรสามเฟสที่มีโหลดแอ็คทีฟคือ

.

ด้วยโหลดแบบอสมมาตรและไม่มีลวดเป็นกลาง แรงดันไฟฟ้าจะปรากฏขึ้นระหว่างจุดศูนย์ของเครื่องกำเนิด O และตัวรับ O / อันเป็นผลมาจากแรงดันเฟสของเครื่องรับจะแตกต่างกัน ในกรณีนี้อัตราส่วนที่คำนวณได้ระหว่างเฟสและแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้นถูกละเมิด ในการกำหนดแรงดันไฟฟ้าระหว่างจุดศูนย์และแรงดันเฟสของเครื่องรับ ให้ถือว่ามีลวดเป็นกลาง (ศูนย์) ในวงจรไฟฟ้าซึ่งมีความต้านทานเท่ากับ . จากนั้นแรงดันระหว่างจุดศูนย์ของแหล่งกำเนิดและตัวรับ

ที่ไหน ก. A , ก. B , ก. C , ก. น- การนำไฟฟ้าของเฟสและสายกลาง

ข้าว. 3.9.3.10.

เหล่านั้น. สำหรับระบบอสมมาตรเมื่อกำหนด ตัวส่วนคำนึงถึงการนำไฟฟ้าของลวดเป็นกลาง จีเอ็น..

ในรูป 4.9. ไดอะแกรมเวกเตอร์ที่ไม่มีสายกลางจะแสดงขึ้น ซึ่ง , , เป็นเวกเตอร์ของแรงดันเฟสของแหล่งกำเนิด และ , , เป็นเวกเตอร์ของแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้นของแหล่งกำเนิด เช่นเดียวกับแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้นของเครื่องรับ เพื่อพล็อตเวกเตอร์ความเครียด และเวกเตอร์แรงดันเฟสผู้รับ , , เราใช้ค่าที่ได้รับข้างต้น

การเชื่อมต่อระหว่างเฟสกับเวกเตอร์เชิงเส้น , , และ , , , ถูกกำหนดโดยนิพจน์ , , .

ไดอะแกรมเวกเตอร์ถูกสร้างขึ้นสำหรับการโหลดที่ไม่สมดุลของเฟส ( ).

เมื่อค่าความต้านทานของเฟสเปลี่ยนแปลง แรงดันไฟฟ้าอาจแตกต่างกันไปในช่วงกว้าง ดังนั้น จุด N บนไดอะแกรมสามารถครอบครองตำแหน่งที่แตกต่างกัน และแรงดันเฟสของเครื่องรับอาจแตกต่างกันค่อนข้างมาก

ระบบกระแสหลักซึ่งปัจจุบันยอมรับได้ทุกที่เป็นสามเฟสซึ่งมีข้อดีหลายประการเหนือระบบเฟสเดียว

กระแสสามเฟสคือระบบของกระแสเฟสเดียวสามกระแสที่สร้างขึ้นโดยแรงเคลื่อนไฟฟ้าสามแรงที่มีแอมพลิจูดและความถี่เท่ากัน แต่เปลี่ยนค่าหนึ่งเมื่อเทียบกับอีกเฟสหนึ่งในเฟส 120⁰ หรือในเวลาหนึ่งในสามของคาบ

แต่ละวงจรของระบบสามเฟสนั้นถูกย่อเป็นเฟส

ดังนั้น สเตเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟสจึงมีสามขดลวด (เรียกว่าเฟสของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า) ชดเชย 120⁰ ที่สัมพันธ์กัน โรเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟสมีโครงสร้างเหมือนกับโรเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า กระแสเฟสเดียว.

ในระหว่างการหมุนของโรเตอร์ในขดลวดทั้งหมด แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่มีความถี่และแอมพลิจูดเท่ากันจะถูกสร้างขึ้น แต่จะไม่ถึงจุดสูงสุดพร้อมกันเท่านั้น เมื่อพิจารณาว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าสูงสุดถูกสร้างขึ้นในขณะที่จุดศูนย์กลางของโรเตอร์เคลื่อนผ่านใต้จุดเริ่มต้นของขดลวด จะเห็นได้ง่ายว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าสูงสุดของทิศทางเดียวกันในขดลวดที่สองจะมาหลังจากที่โรเตอร์หมุน 120⁰ และในครั้งที่สาม - หลังจากการหมุน 240⁰ เทียบกับครั้งแรก

โดยการเชื่อมต่อแต่ละเฟสของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากับวงจรภายนอก เราจะได้วงจรกระแสเฟสเดียวสามวงจรที่ไม่มีเลย การเชื่อมต่อไฟฟ้าและกระแสในแต่ละวงจรที่มีความต้านทานเท่ากันจะมีแอมพลิจูดเท่ากัน แต่ยังเปลี่ยนเฟสสัมพันธ์กัน 120⁰

ในการเชื่อมต่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากับวงจรภายนอกจำเป็นต้องใช้สายไฟหกเส้น เพื่อลดจำนวนสายไฟที่ไปยังวงจรภายนอกจำเป็นต้องเชื่อมต่อขดลวดของเครื่องรับและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเข้าด้วยกันเพื่อสร้างระบบสามเฟสที่เชื่อมต่อด้วยไฟฟ้า การเชื่อมต่อดังกล่าวสามารถทำได้สองวิธี: สามเหลี่ยมและดาว

การเชื่อมต่อทั้งสองทำให้สามารถประหยัดวัสดุได้เมื่อส่งกำลังเดียวกันจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามเฟสอัตโนมัติสามเครื่อง

วงจรสามเฟสทำให้สามารถสร้างมอเตอร์ไฟฟ้าที่เรียบง่ายและใช้งานง่าย ซึ่งเรียกว่าอะซิงโครนัส อุปกรณ์นี้มีพื้นฐานมาจากการใช้สนามแม่เหล็กหมุน ในกรณีที่ง่ายที่สุด สนามแม่เหล็กดังกล่าวสามารถหาได้โดยการหมุนแม่เหล็กเกือกม้า

หากวางตัวนำปิดในสนามหมุนซึ่งจับจ้องอยู่ที่แกนจากนั้นสนามแม่เหล็กในระหว่างการหมุนจะเหนี่ยวนำให้ข้ามด้านข้างของรูปร่างตัวนำ แรงเคลื่อนไฟฟ้าการเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในวงจรปิดนี้ กระแสนี้เมื่อทำปฏิกิริยากับสนามแม่เหล็กของแม่เหล็กหมุนจะทำให้ขดลวดหมุน ทิศทางการหมุนของขดลวดถูกกำหนดโดยใช้กฎมือซ้าย

มอเตอร์ไฟฟ้าสามเฟสประกอบด้วยสองส่วน: ส่วนหมุน - โรเตอร์และส่วนคงที่ - สเตเตอร์

มอเตอร์หมุนได้ถูกสร้างขึ้นในมอเตอร์ไม่ใช่โดยการหมุนทางกลของขั้วแม่เหล็ก แต่โดยการไหลของกระแสสลับสามเฟสรอบขดลวดสเตเตอร์ที่อยู่กับที่

วงจรสามเฟสได้รับการพัฒนาโดยวิศวกรไฟฟ้าที่โดดเด่นคนหนึ่งของศตวรรษที่ 19 และต้นศตวรรษที่ 20 - วิศวกรชาวรัสเซีย M.O. Dolivo-Dobrovolsky (1862-1919) ระบบนี้เปิดโอกาสการใช้งานในอุตสาหกรรมให้กว้างที่สุด พลังงานไฟฟ้า. ที่สำคัญที่สุดของพวกเขา:

• ประหยัดในสายของสายที่เชื่อมต่อสถานีกับผู้บริโภค
• ความเป็นไปได้ที่จะได้รับสนามแม่เหล็กหมุนที่ใช้ในมอเตอร์สามเฟส

ไดอะแกรมการเชื่อมต่อสำหรับวงจรสามเฟส

ระบบ EMF สมมาตรแบบสามเฟสเป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นชุดของ EMF แบบไซน์สามตัวที่มีความถี่และแอมพลิจูดเท่ากัน โดยเปลี่ยนเฟสเป็น 1200

กราฟของค่าทันทีจะแสดงในรูปที่ 7.1., แผนภาพเวกเตอร์ - ในรูป 7.2.

ระบบแรงเคลื่อนไฟฟ้าสามเฟส ได้โดยใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามเฟสในร่องของสเตเตอร์ซึ่งขดลวดสามเส้นแยกจากกันทางไฟฟ้า - เฟสขดลวดกำเนิด ระนาบของขดลวดจะถูกแทนที่ในอวกาศโดย 1200 เมื่อโรเตอร์เครื่องกำเนิดไฟฟ้าหมุน แรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบไซน์จะถูกเหนี่ยวนำในขดลวด แอมพลิจูดเท่ากัน แต่เปลี่ยนเฟสเป็น 1200
เพื่อแยกความแตกต่างสาม emfs เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามเฟสจากกันและกันจะถูกกำหนดตามลำดับ ถ้าหนึ่ง e.m.f. หมายถึง และนำโดย 1200 -
บน แผนภาพการเดินสายไฟ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามเฟสปรากฎเป็นขดลวดสามเส้นที่ทำมุม 1200 ต่อกัน

เมื่อเชื่อมต่อด้วย "ดาว" ขั้วต่อที่มีชื่อเดียวกัน (เช่น ปลาย) ของขดลวดทั้งสามจะรวมกันเป็นโหนดเดียว ซึ่งเรียกว่าจุดศูนย์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และเขียนแทนด้วยตัวอักษร 0 (รูปที่ 7.3) จุดเริ่มต้นของขดลวดกำเนิดจะแสดงด้วยตัวอักษร A, B, C
เมื่อเชื่อมต่อขดลวดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากับ "สามเหลี่ยม" จุดสิ้นสุดของขดลวดแรกของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะเชื่อมต่อกับจุดเริ่มต้นของวินาที จุดสิ้นสุดของวินาที - ถึงจุดเริ่มต้นของที่สาม จุดสิ้นสุดที่สาม - ถึง จุดเริ่มต้นของครั้งแรก (รูปที่ 7.4)


ผลรวมเรขาคณิตของแรงเคลื่อนไฟฟ้า ในรูปสามเหลี่ยมเป็นศูนย์ ดังนั้นหากไม่มีการเชื่อมต่อโหลดกับขั้ว A, B, C จะไม่มีกระแสไหลผ่านขดลวดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
การรวมกันของระบบ EMF สามเฟสและโหลดสามเฟส (หรือโหลดและสายเชื่อมต่อ) เรียกว่า วงจรสามเฟส.
กระแสที่ไหลผ่านแต่ละส่วนของวงจรสามเฟสจะเลื่อนสัมพันธ์กันในเฟส ภายใต้ เฟสวงจรสามเฟสเป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นส่วนหนึ่งของวงจรที่มีกระแสไหลผ่านเหมือนกัน ดังนั้น ขึ้นอยู่กับปัญหาที่กำลังพิจารณา เฟสเป็นส่วนหนึ่งของวงจรสามเฟสหรืออาร์กิวเมนต์ของปริมาณการเปลี่ยนแปลงไซน์ ขดลวดทั้งสามของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะต้องเชื่อมต่อกับโหลด มีอยู่ วิธีต่างๆการเชื่อมต่อที่คดเคี้ยว วิธีที่ไม่ประหยัดที่สุดคือการเชื่อมต่อแต่ละขดลวดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากับโหลดด้วยสายไฟสองเส้น ซึ่งต้องใช้สายเชื่อมต่อหกเส้น เพื่อประหยัดเงิน ขดลวดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามเฟสจะเชื่อมต่อกับ "ดาว" หรือ "สามเหลี่ยม" ซึ่งเป็นผลมาจากจำนวนสายเชื่อมต่อจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไปยังโหลดลดลงจากหกเป็นสามหรือเป็น สี่.
พิจารณาวิธีเชื่อมต่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามเฟสกับโหลดสามเฟส
แผนภาพการเชื่อมต่อ "ดาว" - "ดาว" ด้วยลวดเป็นกลางแสดงในรูปที่ 7.5.
โหนดที่สร้างปลายทั้งสามของโหลดสามเฟสเมื่อเชื่อมต่อด้วย "ดาว" เรียกว่าจุดศูนย์ของโหลดและแสดงเป็น 0 "



ลวดที่เชื่อมต่อจุดศูนย์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและโหลดเรียกว่าศูนย์ (เป็นกลาง) กระแสของลวดเป็นกลางแสดงด้วย I0 ทิศทางบวกของกระแสคือจากโหนด 0 "ถึงโหนด 0 สายไฟที่เชื่อมต่อขั้ว A, B, C ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีโหลดเรียกว่าเส้นตรง กระแสที่ไหล ผ่านเส้นลวดเรียกว่าเส้นตรงเรียกว่า IA, IB, IC ตกลงกันสำหรับทิศทางบวกสำหรับพวกเขาที่จะใช้ทิศทางจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไปยังโหลดโมดูลปัจจุบันเชิงเส้นมักถูกกำหนด IL โดยไม่ต้องระบุดัชนีเพิ่มเติมการกำหนดนี้ มักใช้เมื่อ เส้นกระแสโมดูโล่ก็เหมือนกัน แรงดันไฟฟ้าระหว่างสายไฟเรียกว่า แรงดันไฟในสาย และแสดงด้วยดัชนีสองตัว เช่น UAB โมดูลแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้นถูกกำหนดให้เป็น UL
ขดลวดทั้งสามของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแต่ละอันเรียกว่าเฟสเครื่องกำเนิด โหลดทั้งสามตัวเรียกว่าเฟสโหลด กระแสที่ไหลผ่านนั้นเรียกว่ากระแสเฟส IF และแรงดันไฟฟ้าที่ไหลผ่านนั้นเรียกว่าแรงดันเฟสหรือเฟส UФ
วงจรในรูปที่ 7.6 เรียกว่า "star - star" โดยไม่มีลวดเป็นกลาง ในรูปที่ 7.7 - "ดาว - สามเหลี่ยม"; ในรูป 7.8. - "สามเหลี่ยม - สามเหลี่ยม" ในรูปที่ 7.9. - "สามเหลี่ยม - ดาว".

ขึ้นอยู่กับลำดับของการเชื่อมต่อ ประเภทของการเชื่อมต่อวงจร:

1. การเชื่อมต่อแบบอนุกรม

2. การเชื่อมต่อแบบขนาน

3. การเชื่อมต่อในรูปแบบของ "รูปหลายเหลี่ยม"

4. การเชื่อมต่อในรูปแบบของ "ดาว"

ให้เราวิเคราะห์คุณสมบัติของการเชื่อมต่อลูกโซ่ประเภทนี้

ลักษณะเด่น การเชื่อมต่อแบบอนุกรมโซ่คือไม่มีโหนดกลาง นอกจากนี้กระแสเดียวกันจะไหลในทุกองค์ประกอบของการเชื่อมต่อดังกล่าว เพื่อความชัดเจน เราได้แสดงตัวอย่างการเชื่อมต่อดังกล่าวในรูปด้านล่าง

ผลลัพธ์ของการเชื่อมต่อแบบอนุกรมคือผลรวมของแรงดันไฟฟ้าข้ามองค์ประกอบ ตัวอย่างเช่น ตามรูปแบบที่แสดงในรูปด้านบน:

ควรสังเกตว่าแรงดันไฟฟ้าอยู่ตรงข้ามกับทิศทางของกระแสเนื่องจากตามทิศทางของลูกศรของแหล่งกำเนิดขั้วบวกอยู่ทางด้านขวาและขั้วลบอยู่ทางด้านซ้าย แรงดันไฟฟ้ามีทิศทางคงที่จากบวกถึงลบ

เช่นเดียวกับแรงดันไฟฟ้า ความต้านทานของการเชื่อมต่อประเภทนี้จะเพิ่มขึ้น สะดวกในการแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนโดยใช้ตัวอย่างการเชื่อมต่อแบบอนุกรมในวงจร กระแสตรง, ที่ไหน

ลักษณะเด่น การเชื่อมต่อแบบขนาน คือใช้แรงดันไฟฟ้าเท่ากันทุกกิ่งที่ต่อขนานกัน รูปด้านล่างแสดงตัวอย่างการเชื่อมต่อแบบขนาน

ในกรณีของการเชื่อมต่อแบบขนานของวงจร แรงดันไฟฟ้าในกิ่งของวงจรจะถูกรวมเข้าด้วยกัน สามารถเห็นได้ในตัวอย่างไดอะแกรมด้านบน

ความต้านทานที่เท่ากันในการเชื่อมต่อแบบขนานของกิ่งก้านนั้นหาได้จากการค้นหาค่าการนำไฟฟ้าที่เท่ากันของวงจร ความนำไฟฟ้าที่เท่ากันของวงจรเท่ากับผลรวมของการนำไฟฟ้าของกิ่ง การนำไฟฟ้าเป็นส่วนกลับของความต้านทาน หน่วยการนำไฟฟ้าคือซีเมนส์ (ซม.) เพื่อความสะดวกในการทำความเข้าใจ เราจะยกตัวอย่างของการเชื่อมต่อแบบขนานในวงจร DC

การเชื่อมต่อลูกโซ่รูปหลายเหลี่ยมมีหลายประเภท ที่ง่ายที่สุดของพวกเขาคือสามเหลี่ยม ดูได้จากภาพที่ 26

ในรูปนี้มีการเชื่อมต่อแบบอนุกรมเดียวเท่านั้น นี่คือแนวต้าน R1 และ EMF E1 ในเวลาเดียวกัน สามารถแยกแยะการเชื่อมต่อประเภท "สามเหลี่ยม" ได้หลายแบบ ดังนั้น ความต้านทาน R2, R4, R5 จะสร้างด้านข้างของ "สามเหลี่ยม" ที่มีจุดยอด A, B, D ความต้านทาน R3, R4, R6 สร้างด้านข้างของ "สามเหลี่ยม" ที่มีจุดยอด B, C, D กิ่ง R1 และ E1 และกิ่ง R2, R3 เป็นด้านข้างของสามเหลี่ยมเช่นกัน จุดยอดของมันคือ A, B, C การเชื่อมต่อแบบดาวสามารถเกิดขึ้นได้จากจุดเชื่อมต่อรูปสามเหลี่ยม

ในแผนภาพเดียวกันของรูปที่ 26 การเชื่อมต่อของดาวสามารถแยกแยะได้ ดังนั้นความต้านทาน R2, R3, R4 เป็นรังสี "ดาว" ที่มาบรรจบกันที่โหนด B รังสีของดาว R4, R5, R6 มาบรรจบกันที่โหนด D ดังนั้นการเชื่อมต่อของวงจร "ดาว" สามารถแปลงเป็นค่าเทียบเท่า การเชื่อมต่อเดลต้า.

การพัฒนาระบบหลายเฟสได้รับการขับเคลื่อนในอดีต การวิจัยในพื้นที่นี้เกิดจากข้อกำหนดในการพัฒนาการผลิต และความสำเร็จในการพัฒนาระบบหลายเฟสได้รับการอำนวยความสะดวกโดยการค้นพบทางฟิสิกส์ของปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็ก

ข้อกำหนดเบื้องต้นที่สำคัญที่สุดสำหรับการพัฒนาระบบไฟฟ้าแบบหลายเฟสคือการค้นพบปรากฏการณ์ของสนามแม่เหล็กหมุน (G. Ferraris และ N. Tesla, 1888) มอเตอร์ไฟฟ้าตัวแรกเป็นแบบสองเฟส แต่มีประสิทธิภาพต่ำ ระบบสามเฟสกลายเป็นระบบที่มีเหตุผลและมีแนวโน้มมากที่สุด ข้อดีหลักจะกล่าวถึงด้านล่าง การมีส่วนร่วมอย่างมากในการพัฒนาระบบสามเฟสนั้นทำโดยวิศวกรไฟฟ้าชาวรัสเซียผู้มีชื่อเสียง M.O.

แหล่งที่มาของแรงดันไฟฟ้าสามเฟสคือเครื่องกำเนิดสามเฟสซึ่งวางอยู่บนสเตเตอร์ (ดูรูปที่ 1) ขดลวดสามเฟส. เฟสของขดลวดนี้ถูกจัดเรียงในลักษณะที่แกนแม่เหล็กของพวกมันถูกเลื่อนในอวกาศที่สัมพันธ์กันโดยเอล ยินดี. ในรูป 1 แต่ละเฟสของสเตเตอร์จะแสดงตามอัตภาพเป็นเทิร์นเดียว จุดเริ่มต้นของขดลวดมักจะแสดงด้วยตัวพิมพ์ใหญ่ ตัวอักษร A, B, Cและส่วนท้ายจะเป็นตัวพิมพ์ใหญ่ x, y, z EMF ในขดลวดสเตเตอร์แบบตายตัวถูกเหนี่ยวนำโดยผลจากการหมุนของสนามแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสของขดลวดกระตุ้นของโรเตอร์ที่หมุนอยู่ (ในรูปที่ 1 โรเตอร์จะแสดงตามอัตภาพว่าเป็นแม่เหล็กถาวรซึ่งใช้ในทางปฏิบัติ กำลังค่อนข้างต่ำ) เมื่อโรเตอร์หมุนด้วยความเร็วสม่ำเสมอ EMF แบบไซน์ที่มีความถี่และแอมพลิจูดเท่ากันจะเหนี่ยวนำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเป็นระยะๆ ในขดลวดของเฟสสเตเตอร์ แต่จะแตกต่างกันเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงเชิงพื้นที่จากกันและกันในเฟสทีละ rad (ดูรูปที่ 2).

ปัจจุบันระบบสามเฟสใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุด โรงไฟฟ้าขนาดใหญ่และผู้บริโภคทั้งหมดทำงานโดยใช้กระแสไฟสามเฟส ซึ่งสัมพันธ์กับข้อดีหลายประการของวงจรสามเฟสเหนือวงจรเฟสเดียว ซึ่งที่สำคัญที่สุดคือ:

การส่งไฟฟ้าที่คุ้มค่าในระยะทางไกล

มอเตอร์แบบอะซิงโครนัสที่มีโรเตอร์แบบกรงกระรอกมีความน่าเชื่อถือและประหยัดที่สุดซึ่งตรงตามข้อกำหนดของไดรฟ์ไฟฟ้าอุตสาหกรรม

ความเป็นไปได้ที่จะได้รับสนามแม่เหล็กหมุนโดยใช้ขดลวดคงที่ซึ่งการทำงานของซิงโครนัสและ มอเตอร์เหนี่ยวนำและอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นๆ อีกจำนวนหนึ่ง

ความสมดุลของระบบสามเฟสสมมาตร

ให้ถือว่าสำคัญที่สุด คุณสมบัติสมดุลระบบสามเฟสซึ่งจะมีการพิสูจน์ด้านล่าง เราจะแนะนำแนวคิดเรื่องสมมาตรของระบบหลายเฟส

ระบบ EMF (แรงดัน กระแส ฯลฯ) เรียกว่า สมมาตรถ้ามันประกอบด้วยเวกเตอร์ EMF โมดูโลเท่ากัน (แรงดัน กระแส ฯลฯ) ที่เลื่อนในเฟสสัมพันธ์กันในมุมเดียวกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง แผนภาพเวกเตอร์สำหรับระบบ EMF สมมาตรที่สอดคล้องกับระบบไซนัสสามเฟสในรูปที่ 2 แสดงในรูปที่ 3.

รูปที่ 3	รูปที่ 4

ในระบบอสมมาตร ระบบสองเฟสที่มีการเลื่อนเฟส 90 องศาเป็นสิ่งที่น่าสนใจในทางปฏิบัติมากที่สุด (ดูรูปที่ 4)

ระบบสามเฟสและเฟสสมมาตรทั้งหมด (m>3) รวมถึงระบบสองเฟสคือ สมดุลซึ่งหมายความว่าแม้ว่าในแต่ละเฟสพลังงานชั่วขณะจะเต้นเป็นจังหวะ (ดูรูปที่ 5, a) การเปลี่ยนแปลงในช่วงเวลาหนึ่งไม่เพียงแต่ค่าเท่านั้น แต่ในกรณีทั่วไปยังมีเครื่องหมายด้วย กำลังไฟฟ้าชั่วขณะทั้งหมดของทุกเฟสยังคงที่ตลอดช่วงทั้งหมด ระยะเวลาของ EMF ไซน์ (ดูรูปที่ 5,b)

ความสมดุลมีความสำคัญในทางปฏิบัติสูงสุด หากกำลังทั้งหมดในชั่วพริบตาจะเต้นเป็นจังหวะ แรงบิดแบบเป็นจังหวะจะกระทำบนเพลาระหว่างกังหันกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ภาระทางกลที่แปรผันดังกล่าวจะส่งผลเสียต่อโรงไฟฟ้าทำให้อายุการใช้งานลดลง ข้อควรพิจารณาเช่นเดียวกันกับมอเตอร์แบบหลายเฟส

หากสมมาตรเสีย (ไม่คำนึงถึงระบบเทสลาสองเฟสเนื่องจากความจำเพาะ) ความสมดุลก็จะแตกด้วย ดังนั้นในภาคพลังงานจึงตรวจสอบอย่างเคร่งครัดว่าโหลดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ายังคงสมมาตร

ไดอะแกรมการเชื่อมต่อสำหรับระบบสามเฟส

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามเฟส (หม้อแปลงไฟฟ้า) มีสามขดลวดเอาท์พุต เหมือนกันในจำนวนรอบ แต่การพัฒนา EMF เลื่อนเฟสไป 1200 ระบบสามารถนำมาใช้โดยที่เฟสของขดลวดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะไม่เชื่อมต่อกันด้วยไฟฟ้า . สิ่งนี้เรียกว่า ระบบตัดการเชื่อมต่อในกรณีนี้ แต่ละเฟสของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะต้องเชื่อมต่อกับเครื่องรับด้วยสายไฟสองเส้น นั่นคือ จะมีสายหกเส้นซึ่งไม่ประหยัด ทั้งนี้ระบบดังกล่าวยังไม่ได้รับ ประยุกต์กว้างในทางปฏิบัติ

เพื่อลดจำนวนสายไฟในสาย เฟสของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะเชื่อมต่อกันด้วยไฟฟ้า การเชื่อมต่อมีสองประเภท: กลายเป็นดาวและ เป็นรูปสามเหลี่ยมในทางกลับกัน เมื่อเชื่อมต่อกับดาว ระบบสามารถ สาม-และ สี่สาย

การเชื่อมต่อดาว

ในรูป 6 แสดงระบบสามเฟสเมื่อเชื่อมต่อเฟสของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและโหลดเป็นดาว ที่นี่สายไฟ AA', BB' และ CC' เป็นสายไฟ

เชิงเส้นเรียกว่า ลวดเชื่อม จุดเริ่มต้นของเฟสของขดลวดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและตัวรับ จุดที่ปลายของเฟสเชื่อมต่อกับโหนดทั่วไปเรียกว่า เป็นกลาง(ในรูปที่ 6, N และ N' คือจุดที่เป็นกลางของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและโหลด ตามลำดับ)

ลวดเชื่อมต่อจุดเป็นกลางของเครื่องกำเนิดและตัวรับเรียกว่า เป็นกลาง(แสดงเป็นเส้นประในรูปที่ 6) ระบบสามเฟสเมื่อเชื่อมต่อกับดาวที่ไม่มีลวดเป็นกลางเรียกว่า สามสาย,ด้วยลวดเป็นกลาง สี่สาย

ปริมาณทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับเฟสเรียกว่า ตัวแปรเฟสต่อสาย เชิงเส้นดังจะเห็นได้จากแผนภาพในรูปที่ 6 เมื่อเชื่อมต่อกับดาว เส้นจะไหลและมีค่าเท่ากับกระแสเฟสที่สอดคล้องกัน หากมีลวดเป็นกลาง กระแสในลวดเป็นกลาง . หากระบบของกระแสเฟสมีความสมมาตรแล้ว . ดังนั้นหากรับประกันความสมมาตรของกระแสน้ำก็ไม่จำเป็นต้องใช้ลวดเป็นกลาง ดังที่แสดงด้านล่าง ลวดเป็นกลางจะรักษาความสมมาตรของแรงดันไฟฟ้าบนโหลดเมื่อโหลดไม่สมดุล

(เฟสเริ่มต้นเป็นศูนย์) เรานับการเลื่อนเฟสของแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้นตามแกนนี้ และโมดูลจะถูกกำหนดตาม (4) ดังนั้นสำหรับแรงดันเชิงเส้นและในกระแสสามเหลี่ยมจะไหล ไฟฟ้าลัดวงจร. ดังนั้นสำหรับรูปสามเหลี่ยมจึงจำเป็นต้องสังเกตลำดับของการเชื่อมต่อเฟสอย่างเคร่งครัด: จุดเริ่มต้นของเฟสหนึ่งเชื่อมต่อกับจุดสิ้นสุดของอีกเฟสหนึ่ง

แผนภาพการเชื่อมต่อของเฟสเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและตัวรับสัญญาณในรูปสามเหลี่ยมแสดงในรูปที่ 9.

แน่นอน เมื่อต่อเป็นรูปสามเหลี่ยม แรงดันไฟฟ้าสายเท่ากับเฟสที่สอดคล้องกัน ตามกฎหมาย Kirchhoff ฉบับที่ 1 ความสัมพันธ์ระหว่างกระแสเชิงเส้นและกระแสเฟสของตัวรับถูกกำหนดโดยความสัมพันธ์

ในทำนองเดียวกัน กระแสเชิงเส้นสามารถแสดงในรูปของ กระแสเฟสเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

ในรูป 10 แสดงไดอะแกรมเวกเตอร์ของระบบสมมาตรของกระแสเชิงเส้นและเฟส การวิเคราะห์แสดงให้เห็นว่าด้วยความสมมาตรของกระแสน้ำ

.

(5)

โดยสรุป เราสังเกตว่านอกเหนือจากการพิจารณาการเชื่อมต่อแบบสตาร์-สตาร์และสามเหลี่ยม-เดลต้าแล้ว ในทางปฏิบัติยังใช้แผนภาพรูปดาว-สามเหลี่ยมและสามเหลี่ยม-ดาว

วรรณกรรม

1. พื้นฐานทฤษฎีวงจร: Proc. สำหรับมหาวิทยาลัย /G.V.Zeveke, P.A.Ionkin, A.V.Netushil, S.V.Strakhov – ครั้งที่ 5, แก้ไข. -M.: Energoatomizdat, 1989. -528s.
2. เบสซอนอฟ แอล.เอ. พื้นฐานทางทฤษฎีวิศวกรรมไฟฟ้า: วงจรไฟฟ้า. Proc. สำหรับนักศึกษาสาขาวิชาไฟฟ้า พลังงาน และเครื่องมือพิเศษของมหาวิทยาลัย – ครั้งที่ 7, แก้ไข. และเพิ่มเติม –M.: สูงกว่า. โรงเรียน พ.ศ. 2521 -528