Содержание

Три фазы что это такое

Что такое трехфазный ток

November 29, 2012

Современный образ жизни невозможно представить без электроэнергии и благ, которые с ней связаны. Отсутствие природного газа легко компенсируется твердотопливными источниками тепла, вода также доступна, а вот без электричества настает самый настоящий «конец света».

Подавляющее большинство современных электростанций генерируют трехфазный переменный ток. Среди его преимуществ особо следует отметить легкость получения и последующих преобразований, высокую надежность и простоту конструкции предназначенных для него асинхронных электродвигателей. Трехфазный ток – это наиболее распространенный во всем мире тип электроэнергии.

Система трехфазного электрического тока представляет собой совокупность трех цепей однофазного тока с одинаковой частотой и амплитудой, однако, смещенных относительно друг друга на 120 градусов (или, что одно и то же, 1/3 периода). Каждая из этих цепей называется фазой, соответственно, все три формируют трехфазный ток.

Теоретические основы довольно просты: металлическая рамка вращается в магнитном поле, пересекая линии напряженности. Чтобы в соответствии с законом электромагнитной индукции получить электрический ток, достаточно подключить к ее выводам нагрузку и создать цепь. Если же необходим трехфазный ток, то устройство усложняется: в механизме располагаются три идентичные рамки, сдвинутые одна относительно другой на 120 градусов. Итогом является генерация трех электродвижущих сил (ЭДС). В стандартных электростанциях скорость вращения неизменна.

На практике же реализация немного отлична от теории. Трехфазный ток создают специальные машины – генераторы. В них обмотки фазных цепей неподвижны (сравните с теорией) и определенным образом расположены на полюсах статора (неподвижная часть машины). А вращающееся магнитное поле создается ротором. Момент вращения ему сообщает энергия падающей воды в гидроэлектростанциях, паровой турбины в АЭС и пр.

Одна из особенностей цепей, использующих трехфазный ток, заключается в задействовании на стороне потребителя всего трех или четырех проводов – три фазных и нулевой. Этого удается добиться благодаря способу соединения обмоток генератора – звездой или треугольником.

Соединение звездой подразумевает, что концы всех трех обмоток сходятся в одной нулевой точке. Исходя из закона Кирхгофа, следует, что сумма всех токов в этой точке (узле) равняется нулю, поэтому никакого замыкания не происходит. Из нулевой точки выводится нулевой провод. Напряжение, замеренное между этим проводом и любым из трех линейных, в 1.73 раз меньше, чем значение напряжения между самими линейными проводами. В первом случае получается фазное напряжение, а во втором линейное.

Важной особенностью соединения звездой является необходимость избегать перекоса фаз, то есть, контролировать, чтобы протекающие в ветках токи были примерно равны. Та небольшая неизбежная разница приводит к появлению небольшого тока в нулевом проводе, но он невелик.

Совершенно иной тип соединения обмоток генератора – треугольником, позволяет упразднить нулевой провод. При ее реализации каждый конец обмотки соединяется с началом следующей, фактически, образуя треугольник, а напряжения снимаются с его вершин. При таком способе фазное и линейное напряжения равны. Также необходим контроль за равенством токов в ветвях, так как при игнорировании этого общее значение тока в замкнутой цепи может стать чрезмерным, вызывая нагрев генератора и выход его из строя.

Большинство электрических двигателей, предназначенных для трехфазной сети, предусматривают возможность выбора способа соединения обмоток на звезду или треугольник. Это позволяет выбирать рабочее напряжение. Так, при соединении обмоток нагрузки звездой расчетное напряжение будет в 1.73 раз меньше, чем при треугольнике.

Зачем нужен крошечный карман на джинсах? Все знают, что есть крошечный карман на джинсах, но мало кто задумывался, зачем он может быть нужен. Интересно, что первоначально он был местом для хр.

Наперекор всем стереотипам: девушка с редким генетическим расстройством покоряет мир моды Эту девушку зовут Мелани Гайдос, и она ворвалась в мир моды стремительно, эпатируя, воодушевляя и разрушая глупые стереотипы.

11 странных признаков, указывающих, что вы хороши в постели Вам тоже хочется верить в то, что вы доставляете своему романтическому партнеру удовольствие в постели? По крайней мере, вы не хотите краснеть и извин.

Что форма носа может сказать о вашей личности? Многие эксперты считают, что, посмотрев на нос, можно многое сказать о личности человека. Поэтому при первой встрече обратите внимание на нос незнаком.

15 симптомов рака, которые женщины чаще всего игнорируют Многие признаки рака похожи на симптомы других заболеваний или состояний, поэтому их часто игнорируют. Обращайте внимание на свое тело. Если вы замети.

7 частей тела, которые не следует трогать руками Думайте о своем теле, как о храме: вы можете его использовать, но есть некоторые священные места, которые нельзя трогать руками. Исследования показыва.

Трехфазный переменный ток

В настоящее время во всем мире получила наибольшее распространение трехфазная система переменного тока.

Трехфазной системой электрических цепей называют систему, состоящую из трех цепей, в которых действуют переменные, ЭДС одной и той же частоты, сдвинутые по фазе друг относительно друга на 1/3 периода ( φ =2 π /3). Каждую отдельную цепь такой системы коротко называют ее фазой, а систему трех сдвинутых по фазе переменных токов в таких цепях называют просто трехфазным током.

Почти все генераторы, установленные на наших электростанциях, являются генераторами трехфазного тока. По существу, каждый такой генератор представляет собой соединение в одной электрической машине трех генераторов переменного тока, сконструированных таким образом, что индуцированные в них ЭДС сдвинуты друг относительно друга на одну треть периода, как это показано на рис. 1.

Рис. 1. Графики зависимости от времени ЭДС, индуцированных в обмотках якоря генератора трехфазного тока

Как осуществляется подобный генератор легко понять из схемы на рис. 2.

Рис. 2. Три пары независимых проводов, присоединенных к трем якорям генератора трехфазного тока, питают осветительную сеть

Здесь имеются три самостоятельных якоря, расположенных на статоре электрической машины и смещенных на 1/3 окружности (120 о ). В центре электрической машины вращается общий для всех якорей индуктор, изображенный на схеме в виде постоянного магнита.

В каждой катушке индуцируется переменная ЭДС одной и той же частоты, но моменты прохождения этих ЭДС через нуль (или через максимум) в каждой из катушек окажутся сдвинутыми на 1/3 периода друг относительно друга, ибо индуктор проходит мимо каждой катушки на 1/3 периода позже, чем мимо предыдущей.

Каждая обмотка трехфазного генератора является самостоятельным генератором тока и источником электрической энергии. Присоединив провода к концам каждой из них, как это показано на рис. 2, мы получили бы три независимые цепи, каждая из которых могла бы питать те или иные электроприемники, например электрические лампы.

В этом случае для передачи всей энергии, которую поглощают электроприемники. требовалось бы шесть проводов. Можно однако, так соединить между собой обмотки генератора трехфазного тока, чтобы обойтись четырьмя и даже тремя проводами, т. е. значительно сэкономить проводку.

Первый из этих способов, называется соединением звездой (рис. 3).

Рис. 3. Четырехпроводная система проводки при соединении трехфазного генератора звездой. Нагрузки (группы электрических ламп I, II, III) питаются фазными напряжениями.

Будем называть зажимы обмоток 1, 2, 3 началами, а зажимы 1 ‘. 2 ‘. 3 ‘ — концами соответствующих фаз.

Соединение звезд заключается в том, что мы соединяем концы всех обмоток в одну точку генератора, которая называется нулевой точкой или нейтралью. и соединяем генератор с приемниками электроэнергии четырьмя проводами: тремя так называемыми линейными проводами. идущими от начала обмоток 1, 2, 3, и нулевым или нейтральным проводом. идущим от нулевой точки генератора. Такая система проводки называется четырехпроводной.

Напряжения между нулевой точкой и началом каждой фазы называют фазными напряжениями. а напряжения между началами обмоток, т, е. точками 1 и 2, 2 и 3, 3 и 1, называют линейными. Фазные напряжения обычно обозначают U1. U 2. U 3. или в общем виде U ф, а линейные напряжения — U12, U23. U 31. или в общем виде U л.

Между амплитудами или действующими значениями фазных и линейных напряжений при соединении обмоток генератора звездой существует соотношение U л = √ 3 U ф ≈ 1,73 U ф

Таким образом, например, если фазное напряжение генератора U ф = 220 В, то при соединении обмоток генератора звездой линейное напряжение U л — 380 В.

В случае равномерной нагрузки всех трех фаз генератора, т. е. при приблизительно одинаковых токах в каждой из них, ток в нулевом проводе равен нулю. Поэтому в этом случае можно нулевой провод упразднить и перейти к еще более экономной трехпроводной системе. Все нагрузки включаются при этом между соответствующими парами линейных проводов.

При несимметричной нагрузке ток в нулевом проводе не равен нулю, но, вообще говоря, он слабее, чем ток в линейных проводах. Поэтому нулевой провод может быть тоньше, чем линейные.

При эксплуатации трехфазного переменного тока стремятся сделать нагрузку различных фаз по возможности одинаковой. Поэтому, например, при устройстве осветительной сети большого дома при четырехпроводной системе вводят в каждую квартиру нулевой провод и один из линейных с таким расчетом, чтобы в среднем на каждую фазу приходилась примерно одинаковая нагрузка.

Другой способ соединения обмоток генератора, также допускающий трехпроводную проводку — это соединение треугольником, изображенное на рис. 4.

Рис. 4. Схема соединения обмоток трехфазного генератора треугольником

Здесь конец каждой обмотки соединен с началом следующей, так что они образуют замкнутый треугольник, а линейные провода присоединены к вершинам этого треугольника — точкам 1, 2 и 3. При соединении треугольником линейное напряжение генератора равно его фазному напряжению. U л = U ф.

Таким образом, переключение обмоток генератора со звезды на треугольник приводит к снижению линейного напряжения в √ 3 ≈ 1,73 раза. Соединение треугольником также допустимо лишь при одинаковой или почти одинаковой нагрузке фаз. Иначе ток в замкнутом контуре обмоток будет слишком силен, что опасно для генератора.

При применении трехфазного тока отдельные приемники (нагрузки), питающиеся от отдельных пар проводов, также могут быть соединены либо звездой, т. е. так, что один конец их присоединен к общей точке, а оставшиеся три свободных конца присоединяются к линейным проводам сети, либо треугольником, т. е. так, что все нагрузки соединяются последовательно и образуют общий контур, к точкам 1, 2, 3 которого присоединяются линейные провода сети.

На рис. 5 показано соединение нагрузок звездой при трехпроводной системе проводки, а на рис. 6 — при четырехпроводной системе проводки (в этом случае общая точка всех нагрузок соединяется с нулевым проводом).

На рис. 7 показана схема соединения нагрузок треугольником при трехпроводной системе проводки.

Рис. 5. Соединение нагрузок звездой при трехпроводной системе проводки

Рис. 6. Соединение нагрузок звездой при четырехпроводной системе проводок

Рис. 7. Соединение нагрузок треугольником при трехпроводной системе проводки

Практически важно иметь в виду следующее. При соединении нагрузок треугольником каждая нагрузка находится под линейным напряжением, а при соединении звездой — под напряжением, в √ 3 раз меньшим. Для случая четырехпроводной системы это ясно из рис. 6. Но то же имеет место в случае трехпроводной системы (рис. 5).

Между каждой парой линейных напряжений здесь включены последовательно две нагрузки, токи в которых сдвинуты по фазе на 2 π /3. Напряжение на каждой нагрузке равно соответствующему линейному напряжению, деленному на √ 3.

Таким образом, при переключении нагрузок со звезды на треугольник напряжения на каждой нагрузке, а следовательно, и ток в ней повышаются в √ 3 ≈ 1,73 раза. Если, например, линейное напряжение трехпроводной сети равнялось 380 В, то при соединении звездой (рис. 5) напряжение на каждой из нагрузок будет равно 220 В, а при включении треугольником (рис. 7) будет равно 380 В.

При подготовке статьи использовалась информация из учебника физики под редакцией Г. С. Ландсберга.

Статьи и схемы

Полезное для электрика

Что такое трехфазный ток

Трехфазная система переменного тока широко распространена и применяется во всем мире. При помощи трехфазной системы обеспечиваются оптимальные условия для передачи по проводам электроэнергии на большие расстояния, возможность для создания простых по устройству и удобных в эксплуатации электродвигателей.

Трехфазная система переменного тока

Называется система, состоящая из трех цепей с действующими электродвижущими силами (ЭДС) одинаковой частоты. Эти ЭДС сдвинуты относительно друг друга по фазе на одну треть. Каждая отдельная цепь в системе называется фазой. Вся система трех переменных токов, сдвинутых по фазе, и называется трехфазным током.

Практически все генераторы, которые установлены на электростанциях – это генераторы трехфазного тока. В конструкции соединены в одном агрегате три генератора переменного тока. Электродвижущие силы, индуцированные в них, как сказано ранее, сдвинуты на одну треть периода относительно друг друга.

Как же осуществляется работа генератора

В генераторе трехфазного тока есть три отдельных якоря, располагающихся на статоре устройства. Они имеют смещение на 1200 между собой. В центре устройства вращается индуктор, общий для трех якорей. Переменная ЭДС одинаковой частоты индуцируется в каждой катушке. Однако, моменты прохождения этих электродвижущих сил через нуль в каждой из этих катушек оказываются сдвинуты на 1/3 периода, так как индуктор проходит возле каждой катушки на 1/3 времени позднее, чем предыдущей.

Все обмотки являются самостоятельными генераторами тока и источниками электроэнергии. Если присоединить провода к концам каждой обмотки, то получаются три независимые цепи. В данном случае, чтобы передать всю электроэнергию потребуется шесть проводов. Однако при других соединениях обмоток между собой вполне можно обойтись 3-4 проводами, что дает большую экономию провода.

Соединение – звездой

Концы всех обмоток соединяются в одной точке генератора, так называемой нулевой точке. Затем производится соединение с потребителями, используя четыре провода: три – линейные провода, которые идут от начала обмоток 1, 2, 3, один – нулевой (нейтральный) провод, идущий от нулевой точки генератора. Такую систему называют еще четырехпроводной.

Соединение треугольником

В этом случае конец предыдущей обмотки соединяется с началом последующей, образуя, тем самым треугольник. Линейные провода соединяются с вершинами треугольника – точками 1, 2, 3. При таком подключении фазное и линейное напряжения совпадают. В сравнении с подключением звездой, подключение треугольником снижает линейное напряжение примерно в 1,73 раза. Оно допускается лишь при условии одинаковой нагрузки фаз, иначе сила тока в обмотках может увеличиться, что представляет опасность для генератора.

Отдельные потребители (нагрузки), которые питаются от раздельных пар проводов, точно так же могут соединяться или звездой или треугольником. В итоге получается ситуация, аналогичная генератору: при соединении треугольником – нагрузки находятся под линейным напряжением, при соединении звездой – напряжение в 1,73 раза меньше.

Источники: http://fb.ru/article/44318/chto-takoe-trehfaznyiy-tok, http://electricalschool.info/main/osnovy/583-trekhfaznyjj-peremennyjj-tok.html, http://electric-220.ru/news/chto_takoe_trekhfaznyj_tok/2012-04-11-109

electricremont.ru

Три фазы в частном доме: подключение, схема и назначение

Похожие публикации

Меня часто спрашивают: «Зачем ты подвёл к дому трёхфазную линию, у тебя, что какой-то особый электроинструмент?»  Нет, инструмент самый обычный на 220 вольт, правда, мощность порой достигает два киловатта. Ну и в самом деле зачем мне нужны три фазы в доме? Как их подключить без ошибок?

Теория и практика подключения

Сначала совсем немного общей информации. Подводящая линия по выбору может быть однофазной, когда только два провода, или трехфазной, когда четыре провода, три провода фазных и один провод нулевой. Так устроены генераторы, вырабатывающие электроэнергию, что у них только три катушки. Поэтому, если в технических условиях укажете мощность до 5 кВт, Вас запитают от одной катушки, запросите больше, то сразу от трёх катушек.

Как провести три фазы в частный дом? Если есть техническая возможность требуется запросить (заявить) о таком подключении. Правда, по пути от генератора до вас будет стоять трансформатор, уменьшающий высоковольтное напряжение до бытовой величины, поэтому вы получите не 380, а родные 220. Но у Вас будет целых три фазы 220 вольт! В последнем случае от щитка с автоматическими выключателями в доме, сразу пойдут три сетевые линии, имеющая каждая напряжение 220 вольт и мощность от 3,5 до 5 кВт в зависимости от установленного автомата.

Схемы подключения и проводки с учётом наличия трёх фаз могут быть различными, в зависимости от потребностей и наличия строений на участке, но общие принципы, конечно одинаковые. Далее мой персональный вариант:

Схема подключения на три фазы частного дома и хозяйственных построек на участке

Кстати, и в бане и в хозблоке автоматические выключатели (предохранители) тоже необходимы. Установленные на тот же ток, что и при центральном вводе, они в этих постройках, при неисправной нагрузке сработают быстрее, из-за потерь в подводящей линии.

Этой зимой я уже прочувствовал преимущество трёхфазной подводки, когда пёс Боб, наигравшись на первом снегу, укутанный в плед грелся у масляного радиатора в бытовке, дополнительно направив морду на нагретый воздух, идущий от тепловентилятора. Можно было не бояться, что предохранитель сработает от перегрузки при работе с электроинструментом большой мощностью, подключившись к временной розетке с другой фазой.

Зачем нужна временная розетка?

Ну, конечно, не из-за собаки. Когда уже стоят стены и окна, есть крыша над головой и настелен черный пол, но не хватает только внутренней отделки, вот тогда и настаёт время для временной розетки внутри дома. А каждый раз затаскивать удлинитель из бытовки крайне неудобно. Хотя розетка и называется временной, делать её надо как настоящую, по всем правилам техники безопасности с использованием автоматического выключателя.

Определяем фазу правильно: цвет и нумерация

Честно сказать особо не задумывался о фазах, когда в своё время делал проводку у себя на даче. Отец мой так же не обращал на это внимание, в те времена вся проводка была практически одинаковая, в потрескавшейся резиновой изоляции. Однако я когда решил заняться к электрификацией хозяйства и собрать щиток на три фазы, то волей не волей узнал не мало фактов об истории электричества в нашей стране.

Какого цвета фаза?

Дело в том, в Советском Союзе, фазные провода были желтого, красного или зелёного цветов. После исчезновения Союза с карты мира цвета поменялись на коричневый, чёрный и серый. Однако этот факт абсолютно не связан с цветами с символикой флагов. Дело в том, что в отношении маркировки проводов были приняты европейские стандарты. Последняя, перечисленная цветовая гамма является различимой для людей с дефектами зрения. Но что нас с Европой объединяло довольно долго, это то, что земля и нейтраль у нас всегда были одного цвета, — желто-зеленая земля и голубая (светло-синяя) нейтраль.

Запомнив последнее, что нейтральный провод голубой или синий (светло-синий), а заземляющий зелёный с желтой полосой, логически понимаем, что фаза будет любого другого оставшегося цвета, уверенно соединяем провода для следующих поколений, невзирая на будущие революции и сотрясения мира. Это и есть ответ на вопрос как подключить три фазы.

Но в других странах маркировка проводов другая. Как подумаешь об этом, сразу появляется зайти на броневик и громко крикнуть: «Электрики всех стан – объединяйтесь!»

Зачем нумеровать три фазы?

Для однофазной цепи, где одна фаза, нет смысла. А вот для трёхфазной линии передач пронумеруем, так сказать, на будущее по последовательности цветов подводящего к дому кабеля. Прижавшись к шестиметровой лестнице и подсоединяя орехами к воздушке выходящие из отверстия в стене дома провода, не забудьте прокричать:

«Первая фаза – коричневый провод! Вторая фаза – черный провод! Третья фаза – серый провод!»

В такой же последовательности необходимо подсоединить провода к строенному автоматическому выключателю. Не помешает жирный фломастер для нумерации.

Рядом с электрощитом обязательно надо повесить картину в рамке с полной электрической схемой, с нумерацией каждого защитного автомата, и цветовую гамму проводов. Думаю, что план эвакуации в этом случае не потребуется.

Да, я так и не ответил на вопрос, зачем нужна нумерация. Пока ещё не знаю. Вдруг сын купит электроприбор исключительно для трёхфазной цепи с инструкцией, где фазы указаны цифрами? Вот тогда не придётся повторно подниматься по семиметровой лестнице, полностью забыв к тому времени и цвета и цифры.

Как всё же соединять провода в распределительных коробках?

Вопрос действительно важный. Контакты — наиболее уязвимое место в любой электроцепи. И на сегодня решен вопрос как НЕ соединять.

Отбрасываем все резьбовые соединения. Тот, кто ездил на отечественных машинах, и каждый год протягивал резьбу, спорить со мной не будет. Под воздействием разных температур, болт и гайка будут менять свои линейные размеры, и соединение ослабнет, плюс ещё плохое покрытие, и как следствие — ржавчина. Конец контакта наступит быстро. Многие ещё помнят разогревшиеся и расплавленные штепсельные вилки и розетки.

Из прошлого века пока остаётся скрутка с последующей пайкой. А в новом веке пока на первом месте контакты с пружинами, например от фирмы WAGO. Монтаж проводки в этом случае может напоминать игру в конструктор ЛЕГО. Но помните, что многожильный провод для контакта всё равно придётся скручивать и паять. Если меня пригласят на шашлык, а пока он готовится, попросят помочь с электропроводкой, то я заранее набью все карманы пружинными клеммниками, чтобы побыстрее освободиться, иначе мясо съедят без меня. А себе всё равно буду делать скрутку.

P.S. Кому интересно досконально узнать о проводке в деревянной бане или доме (начиная с азов и заканчивая практикой) обязательно посмотрите мою статью  «Проводка в бане и парилке: правила и рекомендации»

Зачем свет и силовые розетки вести от разных автоматических выключателей (предохранителей)?

Здесь несколько вариантов ответа. Кому что понравиться… На выбор:

  1. Легче найти неисправность, когда в люстре замкнуло, если сработало по свету, или электрочайнику наступил конец, если сработало по розеткам.
  2. По освещению электропотребление меньше, особенно при использовании энергосберегающих ламп, следовательно, автоматическое устройство будет стоять на меньший ток и оно сработает быстрее, не успев перегреть провода. Это условие позволяет использовать осветительные провода с меньшим сечением (0,75 мм), опять же экономия. Да и обидно будет, когда время работы на компьютере пройдёт в пустую, после замыкания лампочки в люстре, в случае общего предохранителя.
  3. Свечи искать не придётся, в полной темноте не останемся.

Есть ли необходимость в устройстве защитного отключения (УЗО)?

Да есть, будем ставить УЗО и делать заземление, без последнего первое не работает. Розетки класса евро с заземляющими ламелями. Есть ребенок и собака. Техника безопасности должна стоять на первом месте. Сейчас обсуждается вопрос поставить общее УЗО на всё, или только на ванную комнату. Еще есть время: чай не совсем остыл:)

P.S. Три фазы в частном доме действительно стоящая вещь, позволяющая чувствовать себя более уверенно и спокойно. Не отказывайте себе в дополнительном удобстве…

Автор статьи В.Ю. Белк

hozayindoma.ru

Трёхфазный ток, преимущества трёхфазного тока при использовании

Преимущества трёхфазного тока очевидны только специалистам электрикам. Что такое трехфазный ток для обывателя представляется весьма смутно. Давайте развеем неопределенность.

Трехфазный переменный ток

Большинство людей, за исключением специалистов — электриков, имеют весьма смутное представление, что такое так называемый «трёхфазный» переменный ток, да и в понятиях, что такое сила тока, напряжение и электрический потенциал, а также мощность, — часто путаются.

Попытаемся простым языком дать начальные понятия об этом. Для этого обратимся к аналогиям. Начнём с простейшей – протекания постоянного тока в проводниках. Его можно сравнить с водным потоком в природе. Вода, как известно, всегда течёт от более высокой точки поверхности к более низкой. Всегда выбирает самый экономичный (наикратчайший) путь. Аналогия с протеканием тока – полнейшая. Причём количество воды протекающей в единицу времени через какое-то сечение потока будет аналогично силе тока в электрической цепи. Высота любой точки русла реки относительно нулевой точки – уровня моря – будет соответствовать электрическому потенциалу любой точки цепи. А разница в высоте любых двух точек реки будет соответствовать напряжению между двумя точками цепи.

Используя эту аналогию можно легко представить в уме законы протекания постоянного электрического тока в цепи. Чем выше напряжение – перепад высот, тем больше скорость потока, и, следовательно, количество воды протекающей по реке в единицу времени.

Водный поток, точно так же как электрический ток при своём движении испытывает сопротивление русла – по каменистому руслу вода будет протекать бурно, меняя направление, немного нагреваясь от этого (бурные потоки даже в сильные морозы не замерзают вследствие нагрева от сопротивления русла). В гладком канале или трубе вода потечёт быстро и в итоге в единицу времени канал пропустит гораздо больше воды, чем извилистое и каменистое русло. Сопротивление потоку воды полностью аналогично электрическому сопротивлению в цепи.

Теперь представим закрытую бутылку, в которой налито немного воды. Если мы начнём эту бутылку вращать вокруг поперечной оси, то вода в ней будет перетекать попеременно от горлышка к донышку и наоборот. Это представление – аналогия переменному току. Казалось бы, одна и та же вода перетекает туда-сюда и что? Тем не менее, этот переменный поток воды способен совершать работу.

Откуда вообще появилось понятие переменный ток? к содержанию

Да с тех самых пор, когда человечество, узнав, что перемещение магнита вблизи проводника вызывает электрический ток в проводнике. Именно движение магнита вызывает ток, если магнит положить рядом с проводом и не двигать – никакого тока в проводнике это не вызовет. Далее, мы хотим получить (генерировать) в проводнике ток, чтобы использовать его в дальнейшем для каких-либо целей. Для этого изготовим катушку из медного провода и начнём возле неё двигать магнит. Магнит можно передвигать возле катушки как угодно – двигать по прямой туда-сюда, но, чтобы не двигать магнит руками, создать такой механизм технически сложнее, чем просто начать его вращать около катушки, аналогично вращению бутылки с водой из предыдущего примера. Вот именно таким образом — по техническим причинам — мы и получили синусоидальный переменный ток, используемый ныне повсеместно. Синусоида – это развёрнутое во времени описание вращения.

В дальнейшем оказалось, что законы протекания переменного тока в цепи отличаются от протекания постоянного тока. Например, для протекания постоянного тока сопротивление катушки равно просто омическому сопротивлению проводов. А для переменного тока – сопротивление катушки из проводов значительно увеличивается из-за появления, так называемого индуктивного сопротивления. Постоянный ток через заряженный конденсатор не проходит, для него конденсатор – разрыв цепи. А переменный ток способен свободно протекать через конденсатор с некоторым сопротивлением. Далее выяснилось, что переменный ток может быть преобразован с помощью трансформаторов в переменный ток с другими напряжением или силой тока. Постоянный ток такой трансформации не поддаётся и, если мы включим любой трансформатор в сеть постоянного тока (что делать категорически нельзя), то он неизбежно сгорит, так как постоянному току будет сопротивляться только омическое сопротивление провода, которое делается как можно меньше, и через первичную обмотку потечёт большой ток в режиме короткого замыкания.

Заметим также, что электродвигатели могут быть созданы для работы и от постоянного тока, и от переменного тока. Но разница между ними такая – электродвигатели постоянного тока сложнее в изготовлении, но зато позволяют плавно изменять скорость вращения обычным регулирующим силу тока реостатом. А электродвигатели переменного тока гораздо проще и дешевле в изготовлении, но вращаются только с одной, обусловленной конструкцией скоростью. Поэтому в практике широко применяются и те, и другие. В зависимости от назначения. Для целей управления и регулирования применяются двигатели постоянного тока, а в качестве силовых установок – двигатели переменного тока.

Далее конструкторская мысль изобретателя генератора двигалась примерно в таком направлении – если удобнее всего для генерации тока использовать вращение магнита рядом с катушкой, то почему бы вместо одной катушки генератора не расположить вокруг вращающегося магнита несколько катушек (места-то вокруг вон сколько)?

Получится сразу же, как бы несколько генераторов, работающих от одного вращающегося магнита. Причём переменный ток в катушках будет отличаться по фазе – максимум тока в последующих катушках будет несколько запаздывать относительно предыдущих. То есть синусоиды тока, если их графически изобразить, будут, как бы между собой, сдвинуты. Это важное свойство – сдвиг фаз, о котором мы расскажем ниже.

Примерно так рассуждая, американский изобретатель Никола Тесла и изобрёл сначала переменный ток, а затем и трёхфазную систему генерации тока с шестью проводами. Он расположил три катушки вокруг магнита на равном расстоянии под углами 120 градусов, если за центр углов принять ось вращения магнита.

(Число катушек (фаз) вообще-то может быть любым, но для получения всех тех преимуществ, что даёт многофазная система генерации тока, минимально достаточно трёх).

Далее русский учёный электротехник Михаил Осипович Доливо-Добровольский развил изобретение Н. Тесла, впервые предложив трёх — и четырёхпроводную систему передачи трёхфазного переменного тока. Он предложил соединить один конец всех трёх обмоток генератора в одну точку и передавать электроэнергию всего по четырём проводам. (Экономия на дорогих цветных металлах существенная). Оказалось, что при симметричной нагрузке каждой фазы (равным сопротивлением) ток в этом общем проводе равняется нулю. Потому что при суммировании (алгебраическом, с учётом знаков) сдвинутых по фазе на 120 градусов токов они взаимно уничтожаются. Этот общий провод так и назвали – нулевой. Поскольку ток в нём возникает только при неравномерности нагрузок фаз и численно он небольшой, гораздо меньше фазных токов, то представилась возможность использовать в качестве «нулевого» провод меньшего сечения, чем для фазных проводов.

По этой же самой причине (сдвиг фаз на 120 градусов) трехфазные трансформаторы получились значительно менее материалоёмкими, так как в магнитопроводе трансформатора происходит взаимопоглощение магнитных потоков и его можно делать с меньшим сечением.

Сегодня трёхфазная система электроснабжения осуществляется четырьмя проводами, три из них называются фазными и обозначаются латинскими буквами: на генераторе — А, В и С, у потребителя — L1, L2 и L3. Нулевой провод так и обозначается – 0. 

Напряжение между нулевым проводом и любым из фазных проводов называется – фазным и составляет в сетях потребителей – 220 вольт.

Между фазными проводами тоже существует напряжение, причём значительно выше, чем фазное напряжение. Это напряжение называется линейным и составляет в цепях потребителей 380 вольт. Почему же оно больше фазного? Да всё это из-за сдвига фаз на 120 градусов. Поэтому, если на одном проводе, к примеру, в данный момент времени потенциал равен плюс 200 вольт, то на другом фазном проводе в этот же момент времени потенциал будет минус 180 вольт. Напряжение – это разность потенциалов, то есть оно будет + 200 – (-180)=+380 В.

Возникает вопрос, если по нулевому проводу ток не протекает, то нельзя ли его вообще убрать. Можно. И мы получим трёхпроводную систему электроснабжения. С соединением потребителей так называемым «треугольником» — между фазными проводами. Однако нужно заметить, что при неравномерной нагрузке в сторонах «треугольника» на генератор будут действовать разрушающие его нагрузки, поэтому данную систему можно применять при огромном количестве потребителей, когда неравномерности нагрузок нивелируются. Передача электроэнергии от больших электростанций при высоких фазных и линейных напряжениях (сотни тысяч вольт) так и осуществляются. Почему же применяется такое высокое напряжение. Ответ простой – чтобы уменьшить потери в проводах на нагрев. Так как нагрев проводов (потери энергии) пропорционален квадрату протекающего тока, то желательно чтобы протекающий ток был минимален. Ну а для передачи необходимой мощности при минимальном токе нужно повышать напряжение. Линии электропередач (ЛЭП) так и обозначаются, к примеру, ЛЭП – 500 – это линия электропередачи под напряжением 500 киловольт.

Кстати потери в проводах ЛЭП можно ещё более снизить, применяя передачу постоянного тока высокого напряжения (перестаёт действовать емкостная составляющая потерь, действующая между проводами), проводились даже такие эксперименты, но широкого распространения пока такая система не получила, видимо вследствие большей экономии в проводах при трёхфазной системе генерации.

Выводы: преимущества трёхфазной системы к содержанию

В заключение статьи подведём итоги, – какие же преимущества даёт трёхфазная система генерации и электроснабжения?

  1. Экономия на количестве проводов, необходимых для передачи электроэнергии. Учитывая немалые расстояния (сотни и тысячи километров) и то, что для проводов используют цветные металлы с малым удельным электрическим сопротивлением, экономия получается весьма существенной.
  2. Трёхфазные трансформаторы, при равной мощности с однофазными, имеют значительно меньшие размеры магнитопровода. Что позволяет получить существенную экономию.
  3. Очень важно, что трёхфазная система передачи электроэнергии создаёт при подключении потребителя к трём фазам как бы вращающееся электромагнитное поле. Опять-таки, вследствие сдвига фаз. Это свойство позволило создать чрезвычайно простые и надёжные трёхфазные электродвигатели, у которых нет коллектора, а ротор, по сути, представляет собой простую «болванку» в подшипниках, к которой не нужно подсоединять никакие провода. (На самом деле конструкция короткозамкнутого ротора имеет свои особенности и вовсе не болванка) Это так называемые трёхфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Очень широко распространённые сегодня в качестве силовых установок. Замечательное свойство таких двигателей – это возможность менять направление вращения ротора на обратное простым переключением двух любых фазных проводов.
  4. Возможность получения в трёхфазных сетях двух рабочих напряжений. Другими словами менять мощность электродвигателя или нагревательной установки путём простого переключения питающих проводов.
  5. Возможность значительного уменьшения мерцаний и стробоскопического эффекта светильников на люминисцентных лампах путём размещения в светильнике трёх ламп, питающихся от разных фаз.

Благодаря этим преимуществам трёхфазные системы электроснабжения получили широчайшее распространение в мире.

www.pergam.ru

Подключение электричества: три фазы или одна?

Подключение электричества: три фазы или одна?

Любой объект, будь то коттедж, дача или загородный дом не может обойтись без подключения электричества. Не освоенному  дачному участку, конечно, электричество «до фени», но как только принято решение о строительстве загородного дома проблема  подключения электричества становится насущной. Перед тем, как обратиться за разрешением на подключение электричества к загородному дому, следует определиться с необходимой мощностью и нюансами ее распределения между имеющимися или перспективными источниками потребления. Владелец загородного дома вынужден «чесать репу» и задумываться о том, как подключить электричество посредством трех фаз или одной?

Потребляемая мощность электричества в жилых домах непрерывно растет. Если сравнить современные бытовые электроприборы с электроприборами средины прошлого века,  то без вооруженного взгляда можно прийти к выводу, что потребляемая мощность электричества выросло в несколько раз. Причем из года в год наблюдается тенденция постоянного увеличения потребляемой мощности электричества на душу населения. Причина заключается в том, что в каждом доме появилась львиная доля бытовых потребителей электроэнергии (электрочайники, стиральные машины, электроутюги) ,  которые характеризуются повышенным спросом на подключение электричества и требуют соответственно потребляемую мощность большего объема.  Нормальное функционирование и жизнеобеспечение загородного дома не мыслится без таких  потребителей электроэнергии, как электронасосов, электрических котлов, сварочных аппаратов, электродвигателей, ТЭНов различного назначения и др. силовых агрегатов. Поэтому в загородных домах все чаще стали подключать три фазы электричества, отказываясь от  традиционной однофазной электросети.

В чем же преимущество трехфазной электросети от однофазной?

Многие владельцы загородных домов считают, что трехфазная электросеть допускает потреблять больше мощности, т.е. подключать больше потребителей. Однако это предположение не в полной мере соответствует действительности. В инструкции ФАС указано, что максимально разрешенная мощность для загородного дома составляет 15 кВт без привязки к трехфазной или однофазной электросети. Конкретная потребляемая мощность для того или иного загородного дома указывается отдельно в технических условиях на подключение электричества. Как правило,  потребляемая мощность определяется возможностями трансформаторной подстанции (ТП) электросети и предполагаемым числом точек подключения электричества. В этом случае соответствующие органы могут установить  единую потребляемую мощность, например, те же 5 кВт, как для трехфазной электросети, так и для однофазной. Таким образом, в потребляемой мощности здесь выигрыш практически отсутствует.

В то же время не следует забывать, что при одинаковой потребляемой мощности для ввода  трехфазной электросети в загородный дом можно использовать силовой кабель с жилами меньшей площади сечения. Причина кроется в том, что потребляемая мощность, а, следовательно, и ток распределяются по трем фазам. Тогда в меньшей степени нагружается каждый фазный провод и номинал вводного автоматического выключателя в трехфазной электросети, будет тоже соответственно меньшим. Вместе с  тем, возрастает в два раза число жил вводного силового кабеля: с двух до четырех, вместо одно(двух) полюсного вводного автоматического выключателя потребуется трех(четырех) полюсный, а для учета электроэнергии – трехфазный электросчетчик. Вследствие этого увеличиваются габариты электрощитка (ЩРН) и соответственно стоимость материалов и комплектующих узлов.

 

В дополнение ко всему следует отметить, что, как правило, все наиболее распространенные бытовые потребители электроэнергии рассчитаны для работы в однофазной электросети переменного тока.

Однако недостатки трехфазной электросети меркнут перед ее преимуществами.  Для любого владельца загородного дома «фора» трехфазной электросети проявляется с первых же  минут. С одной стороны, известно, что асинхронные электродвигатели в трехфазной электросети работают с лучшими энергетическими и механическими параметрами. Следовательно, реализуется возможность непосредственного подключения электричества к таким  трехфазным потребителям электроэнергии, как электрические котлы, асинхронные электроприводы и др .  С другой стороны, мощные потребители электроэнергии – те же котлы, электроплиты, обогреватели, сварочные аппараты и т.д.  не вызывают «перекоса фаз», так как нагрузка таких потребителей электроэнергии равномерно распределяется между тремя фазами электросети.

Проблема «перекоса фаз» довольно-таки щекотливая, поэтому есть смысл рассмотреть ее более детально. Перекос фаз проявляется в трехфазных четырех(пяти)- проводных электросетях с глухозаземленной нейтралью и напряжением до 1 000 В.  Как правило, низковольтная трехфазная электросеть напряжением 400 В (0,4 кВ)  содержит источники электроэнергии, обмотки которых соединены  «звездой» с выведенным нулем.

Идеальную модель, отображающую взаимосвязь и взаимное расположение фазных и линейных напряжений можно изобразить в виде равностороннего треугольника с вершинами «А», «B», «С» и центром «0». Разности потенциалов между точками — АВ, ВС и CA  являются линейными напряжениями (380 В), а разности потенциалов между точками — 0A, 0B и 0С являются фазными напряжениями (220 В). В идеальном случае фазные напряжения равны между собой U 0A = U 0B = U  и сдвинуты друг относительно друга на угол 120°, т. е. L  A0B = L B0C= L C0A=120°.  При симметричной нагрузке для соединения обмоток звездой справедливо такое соотношение между линейными и фазными токами и напряжениями:

а  мощность трёхфазной сети равна:

Из формулы видно, что мощность трехфазной электросети сети отличается от мощности однофазной не в три раза, как вначале предполагалось, а всего лишь примерно в 1, 73 раза.

Представленная выше на рисунке модель электросети является идеальной и перекос фазных напряжений в ней отсутствует.  Но по той причине, что к трансформаторной  подстанции электросети подключается множество потребителей электроэнергии, в том числе и однофазных, то в каждый случайный момент времени можно ожидать, что  нагрузки в разных фазах будут заметно отличаться. Причем если даже однофазные нагрузки по величине одинаковы, то их подключение к электросети  или отключение не может происходить синхронно. Возникает ситуация, когда  Z A  >  Z B  >  Z C  ≠  0, где «Z» – это полное сопротивление нагрузки, и, соответственно, «Z A» — это полное сопротивление нагрузки на фазе А, «Z B» — это полное сопротивление нагрузки на фазе B, «Z C» — это полное сопротивление нагрузки на фазе C.  Если взглянуть на приведенный ниже равносторонний треугольник, то  графически это будет выглядеть следующим образом:  точка 0 в центре треугольника, из которой исходят векторы идеальных фазных напряжений величиной 220 В:  E 0A, E  0B и E   — смещается относительно центра треугольника.

Щелкните по картинке и наглядно убедитесь к чему приводит перекос фаз.

Пусть будет это точка 0′. Смещаются и сами векторы фазных напряжений на произвольный угол друг относительно друга. Смещенные векторы фазных напряжений E 0’A, E 0’B и  E 0’С не равны между собой, т.е. E 0’A ≠ E 0’B ≠ E 0’С. Таким образом,  напряжения в каждой фазе никогда не будут иметь одинаковый сдвиг и значение. Отсюда различие фазных нагрузок по величине и характеру создает условия для возникновения перекоса фазных напряжений.

При симметричной нагрузке в трёхфазной электросети подключение потребителя электроэнергии к линейному напряжению возможно даже при отсутствии нейтрального провода. Однако, при подключении  потребителя электроэнергии к фазному напряжению, когда нагрузка на фазы не является строго симметричной, наличие нейтрального провода обязательно. В случае обрыва  или значительного увеличения его  сопротивления (плохой контакт)  также происходит так называемый «перекос фаз».  В конечном итоге подключенный потребитель электроэнергии, рассчитанный на фазное напряжение, может оказаться под произвольным напряжением в диапазоне от нуля до линейного (конкретное значение зависит от распределения нагрузки по фазам в момент обрыва нулевого провода).

Повышенное напряжение  зачастую является причиной выхода из строя бытовой радиоэлектронной техники, а также может привести к пожару.  Пониженное напряжение также не всегда благоприятно влияет на радиоэлектронную технику и может послужить причиной выхода ее из строя. К этому больше всего подвержены электродвигатели холодильников. Поэтому дорогостоящие аппараты (электрические котлы, компьютеры,  холодильники,  стиральные машины, телевизоры и др.) следует подключать к электричеству в загородном доме через стабилизаторы напряжения. Для этих целей в трехфазной электросети можно выделить даже отдельную фазу.

В однофазной электросети перекос фаз часто становится причиной того, что потребители электроэнергии, подключенные к «неудачной фазе», вынуждены мириться со слишком низким напряжением в электросети, что в большей степени касается проблемы  подключения электричества к загородному дому. Обладателей трехфазной электросети такие вопросы «колышут» меньше всего, поскольку у них есть возможность подключения (переключения)  особо важных и капризных однофазных потребителей электроэнергии к той фазе, напряжение которой меньше всего подвержено просадке из-за перекоса фаз.

Подключение электричества к загородному дому с помощью трех фаз не снимает полностью проблему перекоса фаз, так как в общей электросети,  как указывалось ранее,  достаточно много разных потребителей электроэнергии. Однако в своей внутренней электросети, т.е. после прибора учета электроэнергии, необходимо распределить нагрузку однофазных потребителей электроэнергии максимально равномерно. Далее, при подключении электричества к загородному дому не следует упускать из вида то, что напряжение трехфазной электросети составляет 380 В, которое ощутимо выше привычных 220 В. Поэтому при работе и эксплуатации трехфазной электросети требуется повышенное внимание уделять электробезопасности. Если подходить с позиций норм пожарной безопасности, то трехфазная электросеть также более опасна по той причине, что ток короткого замыкания будет намного выше.

На заметку. Нередко в ТТХ однофазных электрических аппаратов  указываются два значения питающего напряжения, в частности для некоторых типов сварочных трансформаторов —  220 В и 380 В, т.е. фазное напряжение и линейное соответственно. Учитывая большую потребляемую мощность подобными изделиями, рекомендуется с целью уменьшения перекоса фаз подключать их к линейному напряжению 380 В, т.е. к двум фазам. При выборе фаз следует исходить из того, чтобы фаза, от которой осуществляется питание бытовой радиоэлектронной техники, чувствительной к перепадам напряжения, не была задействована.

Подводя итог сказанному,  следует еще раз акцентировать внимание на основных недостатках и преимуществах подключения трехфазной электросети к загородному дому.

Итак, к основным недостаткам трехфазной электросети можно отнести:

  • Необходимость получения разрешения и технических условий от районной Электросети (РЭС), что связано с определенной волокитой для владельца загородного дома. В дачном кооперативе этот процесс менее болезненный, так как его согласование обычно проходит на уровне Правления.
  • Опасность поражения электрическим током и пожарная опасность существуют при любом раскладе, но эти опасности обостряются при эксплуатации трехфазной электросети. Поэтому, помимо автоматического выключателя, устанавливаемого обычно перед электросчетчиком на вводе электричества в дом, необходимо предусмотреть четырех полюсный  автоматический выключатель типа УЗО или дифференциального автомата с небольшим током утечки

 

  • Необходимость установки модульных ограничителей перенапряжения в ЩРН, поскольку не исключен обрыв индивидуального рабочего нуля во внутренней трехфазной электросети, последствия которого чреваты перенапряжением в одной наименее нагруженной фазе.
  • Увеличение габаритов ЩРН.  Но по сути дела это не столь заметно, так как современные электронные счетчики и автоматические выключатели как для трехфазной электросети, так и для однофазной отличаются от своих предшественников компактностью и небольшими размерами.

Основные преимущества трехфазной электросети:

  • Возможность непосредственного подключения электричества к трехфазным мощным потребителям электроэнергии.
  • Перераспределение потребляемой мощности  между фазами, сводя перекос фаз к минимуму.
  • Снижение номиналов по току автоматических выключателей и площади сечения жил силового кабеля.
  • Возможность увеличения в некоторых случаях максимально разрешенной потребляемой мощности электроэнергии при лояльном отношении районной Электросети.

Таким образом, практика подключения электричества с использованием трехфазной электросети себя оправдывает, если жилая площадь загородного дома более 100 кв. м. В этом случае однофазных потребителей электроэнергии может быть очень много и нагрузку во внутренней электросети можно распределить с соблюдением максимальной симметрии. Также трехфазная электросеть удобна тем владельцам загородных домов, который планируют подключение электричества для мощных трехфазных потребителей электроэнергии.  В остальных случаях подключение трехфазной электросети может оказаться излишним и стать причиной очередной головной боли владельца загородного дома.

В заключение для тех, кто любит мастерить своим руками будет полезен  «Сборник технической литературы».

barabyn.ru

Что такое трехфазный ток

Трехфазная система переменного тока широко распространена и применяется во всем мире. При помощи трехфазной системы обеспечиваются оптимальные условия для передачи по проводам электроэнергии на большие расстояния, возможность для создания простых по устройству и удобных в эксплуатации электродвигателей.

Трехфазная система переменного тока

Называется система, состоящая из трех цепей с действующими электродвижущими силами (ЭДС) одинаковой частоты. Эти ЭДС сдвинуты относительно друг друга по фазе на одну треть. Каждая отдельная цепь в системе называется фазой. Вся система трех переменных токов, сдвинутых по фазе, и называется трехфазным током.

Практически все генераторы, которые установлены на электростанциях – это генераторы трехфазного тока. В конструкции соединены в одном агрегате три генератора переменного тока. Электродвижущие силы, индуцированные в них, как сказано ранее, сдвинуты на одну треть периода относительно друг друга.

Как же осуществляется работа генератора

В генераторе трехфазного тока есть три отдельных якоря, располагающихся на статоре устройства. Они имеют смещение на 1200 между собой. В центре устройства вращается индуктор, общий для трех якорей. Переменная ЭДС одинаковой частоты индуцируется в каждой катушке. Однако, моменты прохождения этих электродвижущих сил через нуль в каждой из этих катушек оказываются сдвинуты на 1/3 периода, так как индуктор проходит возле каждой катушки на 1/3 времени позднее, чем предыдущей.

Все обмотки являются самостоятельными генераторами тока и источниками электроэнергии. Если присоединить провода к концам каждой обмотки, то получаются три независимые цепи. В данном случае, чтобы передать всю электроэнергию потребуется шесть проводов. Однако при других соединениях обмоток между собой вполне можно обойтись 3-4 проводами, что дает большую экономию провода.

Соединение – звездой

Концы всех обмоток соединяются в одной точке генератора, так называемой нулевой точке. Затем производится соединение с потребителями, используя четыре провода: три – линейные провода, которые идут от начала обмоток 1, 2, 3, один – нулевой (нейтральный) провод, идущий от нулевой точки генератора. Такую систему называют еще четырехпроводной.

Соединение треугольником

В этом случае конец предыдущей обмотки соединяется с началом последующей, образуя, тем самым треугольник. Линейные провода соединяются с вершинами треугольника – точками 1, 2, 3. При таком подключении фазное и линейное напряжения совпадают. В сравнении с подключением звездой, подключение треугольником снижает линейное напряжение примерно в 1,73 раза. Оно допускается лишь при условии одинаковой нагрузки фаз, иначе сила тока в обмотках может увеличиться, что представляет опасность для генератора.

Отдельные потребители (нагрузки), которые питаются от раздельных пар проводов, точно так же могут соединяться или звездой или треугольником. В итоге получается ситуация, аналогичная генератору: при соединении треугольником – нагрузки находятся под линейным напряжением, при соединении звездой – напряжение в 1,73 раза меньше.

electric-220.ru

Трёхфазный переменный ток

Трёхфазный переменный ток

Подробности
Категория: Электротехника

Трехфазная система переменного тока

Электростанции вырабатывают трехфазный переменный ток. Генератор трехфазного тока представляет собой как бы три объединенных вместе генератора переменного тока, работающих так, чтобы сила тока (и напряжение) изменялась у них не одновременно, а с отставанием на 1/3 периода. Это осуществляется за счет смещения катушек генераторов на 120° одна относительно другой (рис. справа).


Каждая часть обмотки генератора называется
фазой. Поэтому генераторы, которые имеют обмотку, состоящую из трех частей, называют трехфазными.

Следует отметить, что термин «фаза» в электротехнике имеет два значения: 1) как величина, которая совместно с амплитудой определяет состояние колебательного процесса в данный момент времени; 2) в смысле наименования части электрической цепи переменного тока (например, часть обмотки электрической машины).

Некоторое наглядное представление о возникновении трехфазного тока дает установка, изображенная на рис. слева.
Три катушки от школьного разборного трансформатора с сердечниками размещаются по окружности под углом 120° по отношению друг к другу. Каждая катушка соединена с демонстрационным гальванометром. В центре окружности на оси укрепляется прямой магнит. Если вращать магнит, то в каждой из трех цепей «катушка — гальванометр» возникает переменный ток. При медленном вращении магнита можно заметить, что наибольшее и наименьшее значения токов и их направления будут в каждый момент во всех трех цепях различными.

Таким образом, трехфазный ток представляет совместное действие трех переменных токов одинаковой частоты, но сдвинутых по фазе на 1/3 периода относительно друг друга.
Каждая обмотка генератора может соединяться со своим потребителем, образуя несвязанную трехфазную систему. Выигрыша от такого соединения нет никакого по отношению к трем отдельным генераторам переменного тока, так как передача электрической энергии осуществляется с помощью шести проводов (рис. справа).

На практике получили два других способа соединения обмоток трехфазного генератора. Первый способ соединения получил название звезды (рис. слева, а), а второй — треугольника (рис. б).

При соединении звездой концы (или начала) всех трех фаз соединяются в один общий узел, а от начал (или концов) идут провода к потребителям. Эти провода называются линейными проводами. Общую точку, в которой соединяются концы фаз генератора (или потребителя), называют нулевой точкой, или нейтралью. Провод, соединяющий нулевые точки генератора и потребителя, называют нулевым проводом. Нулевой провод применяется в том случае, если в сети создается неравномерная нагрузка на фазы. Он позволяет уравнять напряжения в фазах потребителя.


Нулевой провод, как правило, применяется в осветительных сетях. Даже при наличии одинакового количества ламп равной мощности во всех трех фазах равномерная нагрузка не сохраняется, так как лампы могут включаться, выключаться не одновременно во всех фазах, могут перегорать, и тогда равномерность нагрузки фаз будет нарушена. Поэтому для осветительной сети применяется соединение в звезду, которая имеет четыре провода (рис. справа) вместо шести при несвязанной трехфазной системе. 

При соединении в звезду различают два вида напряжения: фазное и линейное. Напряжение между каждым линейным и нулевым проводом равно напряжению между зажимами соответствующей фазы генератора и называется фазным (Uф), а напряжение между двумя линейными проводами — линейным напряжением (Uл).

Между фазными и линейными напряжениями можно установить соотношение:

Uл = √3 . Uф ≈ 1,73 . Uф ,

если рассмотреть треугольник напряжения (рис. слева).

 

 

Действительно, 

Ил= ^ч-Т^-г-Т^-сойШ^ Сф-л/2 + 2-со5б0° = л/3 -Ц,

На практике широкое распространение получили трехфазные цепи с нейтральными проводами при напряжениях UЛ = 380 В; UФ  = 220 В.

Поскольку в нулевом проводе при симметричной нагрузке сила тока равна нулю, то ток в линейном проводе равен току в фазе.
При неравномерной нагрузке фаз по нулевому проводу проходит уравнительный ток относительно малой величины. Поэтому сечение этого провода должно быть значительно меньше, чем у линейного провода. В этом можно убедиться, если включить четыре амперметра в линейные и нулевой провода. В качестве нагрузки удобно использовать обычные электрические лампочки (рис. справа).

При одинаковой нагрузке в фазах ток в нулевом проводе равен нулю и надобность в этом проводе отпадает (например, равномерную нагрузку создают электродвигатели). В этом случае производят соединение в «треугольник», которое представляет собой последовательное соединение друг с другом начал и концов катушек генератора. Нулевой провод в этом случае отсутствует.
При соединении обмоток генератора и потребителей «треугольником» фазные и линейные напряжения равны между собой,
т.е. UЛ = UФ, а линейный ток в √3 раз больше фазного тока  IЛ = √3.IФ

Соединение треугольником применяется как при осветительной, так и при силовой нагрузке. Например, в школьной мастерской станки можно включать в звезду или треугольник. Выбор того или иного способа соединения определяется величиной напряжения сети и номинальным напряжением приемников электрической энергии.
Принципиально можно соединять треугольником и фазы генератора, но обычно этого не делают. Дело в том, что для создания заданного линейного напряжения каждая фаза генератора при соединении треугольником должна быть рассчитана на напряжение, в раз большее, чем в случае соединения звездой. Более высокое напряжение в фазе генератора требует увеличения числа витков и усиленной изоляции для обмоточного провода, что увеличивает размеры и стоимость машин. Поэтому фазы трехфазных генераторов почти всегда соединяют звездой. Двигатели же иногда в момент пуска включают звездой, а затем переключают на треугольник.

technologys.info

Одна фаза или три?

 Владимир Еремеев
Электротехника

Постараемся ответить на это весьма актуальный вопрос. Проблемы трехфазного или однофазного подключения постоянно преследуют владельцев дач, загородных домов, коттеджей. Некоторые из них
имеют решение, некоторые – нет.

Итак, какое подключение лучше, трехфазное или однофазное? Однозначного ответа на этот вопрос нет. Любое подключение имеет плюсы и минусы.

Однофазное подключение

Имеет бесспорный плюс — дешевизну входных защитных элементов электрощитка и кабелей. Учтем также, что качество поставляемой электроэнергии по-прежнему низкое, а в случае воздушного ввода лучше
иметь систему молниезащиты. Всё это требует применения дорогой дополнительной защиты электроустановки по входу. В однофазном варианте эта защита в три раза дешевле.

Еще один плюс — при питании от одной фазы вводной ограничивающий автомат имеет большой номинал (ток срабатывания), что позволяет использовать в хозяйстве мощные потребители – сауны,
электросварочные аппараты и т.п.

Однако, у однофазного подключения есть один существенный минус. Это – возможное падение напряжения в сети.

Например, в некоторых подмосковных поселках, напряжение практически не поднимается выше 180 Вольт. Обычный уровень – 160 Вольт.

При таком низком напряжении энергосберегающие лампы работают плохо или вообще не работают. Холодильники, стиральные машины и другое оборудование, имеющее в своем составе электродвигатели,
быстро выходит из строя – из-за перегрева сгорают обмотки двигателя. Электроника часто вообще не включается…

Куда девается напряжение? Это достаточно просто. Не только вы один хотите включить электросварку. Сосед, подключенный к той же фазе, что и вы, тоже хочет включить сварку. И еще один сосед, еще…

Так образуется неравномерность напряжения по фазам. Одна фаза перегружена, другая работает нормально, третья – что-то среднее. При однофазном подключении всего поселка, такая ситуация
встречается сплошь и рядом.

Решение проблемы – применение стабилизатора напряжения и более толстых вводных кабелей. Причем, от стабилизатора лучше питать электроприборы, требовательные к напряжению питания.
Это позволит сэкономить на стабилизаторе, ведь чем он мощнее – тем дороже.

Трехфазное подключение

Используется обычно, когда единовременная выделенная мощность приближается к 10 кВт.

Трехфазное подключение требует трехфазных защитных элементов на вводе и в сумме чуть дороже однофазного. Кроме того, оно более надежно.

Трехфазная сеть имеет один, весьма существенный минус – вы не можете подключить к этой сети мощную однофазную нагрузку. Дело в том, что ток срабатывания вводного ограничивающего автомата
оказывается в три раза ниже по сравнению с однофазным включением. Мощность распределяется по фазам равномерно, т.е. при выделенной мощности 10 кВт на каждую фазу приходится лишь 3,3 кВт.
Соответственно, на вводе установлен автомат на 16А. К такому уже не подключить электросварку на 4,5кВт!

Что же делать? Проблема решается с помощью мощного трехфазного трансформатора, который преобразует трехфазную сеть в однофазную, причем так, что качество напряжения оказывается выше нежели
при однофазном подключении. Значительное падение напряжения на одной внешней фазе не приводит к столь значительному падению напряжения во внутренней питающей сети. Кроме того, такой трансформатор
дешевле стабилизатора напряжения равной мощности.

Как видите, ситуация неоднозначная. В большинстве случаев, вы не можете выбирать фазность питающей электросети. Это прерогатива Управляющей компании. И все же, по возможности постарайтесь
добиться трехфазного подключения и выделенной мощности больше 10кВт.

Владимир Еремеев

<< Назад

www.tehnodes.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о