شبکه سه فاز: محاسبه برق، نمودار اتصال. جریان سه فاز

مزایای جریان سه فاز فقط برای متخصصان برق آشکار است. اینکه جریان سه فاز چیست برای افراد عادی بسیار مبهم است. بیایید عدم قطعیت را برطرف کنیم.

جریان متناوب سه فاز

اکثر مردم، به استثنای متخصصان برق، تصور بسیار مبهمی از جریان متناوب به اصطلاح "سه فاز" دارند و اغلب در مفاهیم قدرت جریان، ولتاژ و پتانسیل الکتریکی اشتباه گرفته می شوند. و همچنین قدرت

بیایید سعی کنیم درک اولیه از این موضوع را به زبان ساده ارائه کنیم. برای انجام این کار، اجازه دهید به تشبیهات بپردازیم. بیایید با ساده ترین شروع کنیم - جریان جریان مستقیم در هادی ها. می توان آن را با جریان آب در طبیعت مقایسه کرد. همانطور که می دانیم آب همیشه از یک نقطه بالاتر روی سطح به یک نقطه پایین تر جریان دارد. همیشه اقتصادی ترین (کوتاه ترین) مسیر را انتخاب می کند. قیاس با جریان جریان کامل است. علاوه بر این، مقدار آبی که در واحد زمان از یک بخش معینی از جریان عبور می کند، مشابه قدرت جریان در مدار الکتریکی خواهد بود. ارتفاع هر نقطه از بستر رودخانه نسبت به نقطه صفر - سطح دریا - با پتانسیل الکتریکی هر نقطه از زنجیره مطابقت خواهد داشت. و اختلاف ارتفاع هر دو نقطه در رودخانه با ولتاژ بین دو نقطه مدار مطابقت دارد.

با استفاده از این قیاس به راحتی می توانید قوانین جریان الکتریکی مستقیم در یک مدار را در ذهن خود تصور کنید. هر چه ولتاژ - اختلاف ارتفاع بیشتر باشد، سرعت جریان و در نتیجه میزان آب جاری در طول رودخانه در واحد زمان بیشتر می شود.

جریان آب، درست مانند جریان الکتریکی، مقاومت بستر رودخانه را در طول حرکت خود تجربه می کند - در امتداد بستر رودخانه سنگی، آب به شدت جریان می یابد، تغییر جهت می دهد، کمی گرم می شود (جریان های طوفانی، حتی در یخبندان های شدید، به دلیل یخ نمی بندند. گرمایش از مقاومت بستر رودخانه). در یک کانال یا لوله صاف، آب به سرعت جریان می یابد و در نتیجه در یک واحد زمان، کانال آب بسیار بیشتری نسبت به کانال سیم پیچ و صخره ای عبور می کند. مقاومت در برابر جریان آب دقیقاً مانند مقاومت الکتریکی در مدار است.

حالا یک بطری دربسته با مقداری آب در آن تصور کنید. اگر شروع به چرخاندن این بطری حول یک محور عرضی کنیم، آب موجود در آن به طور متناوب از گردن به پایین و بالعکس جریان می یابد. این ایده قیاسی با جریان متناوب است. به نظر می رسد که همان آب به جلو و عقب می رود، پس چه؟ با این حال، این جریان متناوب آب قادر به انجام کار است.

مفهوم جریان متناوب از کجا آمده است؟

بله، از زمانی که بشریت آموخت که حرکت آهنربا در نزدیکی هادی باعث ایجاد جریان الکتریکی در هادی می شود. این حرکت آهنربا است که باعث ایجاد جریان می شود، اگر آهنربا در کنار سیم قرار گیرد و حرکت نکند، جریانی در هادی ایجاد نمی کند. در مرحله بعد، می خواهیم جریانی را در هادی دریافت (تولید) کنیم تا در آینده از آن برای اهدافی استفاده کنیم. برای انجام این کار، یک سیم پیچ از سیم مسی می سازیم و شروع به حرکت آهنربا در نزدیکی آن می کنیم. آهنربا را می توان به دلخواه نزدیک سیم پیچ حرکت داد - آن را در یک خط مستقیم به جلو و عقب حرکت دهید، اما برای اینکه آهنربا را با دستان خود حرکت ندهید، ایجاد چنین مکانیزمی از نظر فنی دشوارتر از شروع چرخش آن در نزدیکی است. سیم پیچ، شبیه به چرخش یک بطری آب از مثال قبلی. از این طریق - به دلایل فنی - بود که جریان متناوب سینوسی را به دست آوردیم که اکنون در همه جا استفاده می شود. موج سینوسی توصیفی از چرخش است که با زمان گسترش یافته است.

بعدها مشخص شد که قوانین جریان متناوب در مدار با جریان مستقیم متفاوت است. به عنوان مثال، برای جریان مستقیم، مقاومت سیم پیچ به سادگی برابر با مقاومت اهمی سیم ها است. و برای جریان متناوب، مقاومت سیم پیچ سیم به دلیل ظاهر شدن به اصطلاح راکتانس القایی به طور قابل توجهی افزایش می یابد. جریان مستقیم از یک خازن شارژ شده عبور نمی کند، برای آن خازن یک مدار باز است. و جریان متناوب قادر است آزادانه از یک خازن با مقداری مقاومت عبور کند. همچنین مشخص شد که جریان متناوب را می توان با استفاده از ترانسفورماتورها به جریان متناوب سایر ولتاژها یا جریان ها تبدیل کرد. جریان مستقیم خود را به چنین تبدیلی نمی‌دهد و اگر هر ترانسفورماتور را به یک شبکه جریان مستقیم روشن کنیم (که انجام آن کاملاً غیرممکن است) ناگزیر می‌سوزد، زیرا جریان مستقیم فقط با مقاومت اهمی مقاومت می‌کند. از سیم، که تا حد امکان کوچک ساخته شده است، و از طریق سیم پیچ اولیه جریان زیادی در حالت اتصال کوتاه جریان می یابد.

همچنین توجه داشته باشید که موتورهای الکتریکی را می توان به گونه ای طراحی کرد که هم با جریان مستقیم و هم با جریان متناوب کار کنند. اما تفاوت بین آنها در این است - ساخت موتورهای الکتریکی DC دشوارتر است، اما آنها به شما امکان می دهند سرعت چرخش را با یک رئوستات معمولی که قدرت جریان را تنظیم می کند، به آرامی تغییر دهید. و موتورهای الکتریکی AC ساخت بسیار ساده‌تر و ارزان‌تر هستند، اما آنها تنها با یک سرعت می‌چرخند که بر اساس طراحی مشخص می‌شود. بنابراین، هر دو در عمل به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. بسته به هدف. برای اهداف کنترل و تنظیم، از موتورهای DC و موتورهای AC به عنوان نیروگاه استفاده می شود.

علاوه بر این، ایده طراحی مخترع ژنراتور تقریباً در این جهت حرکت کرد - اگر استفاده از چرخش آهنربا در کنار سیم پیچ برای تولید جریان راحت تر است، پس چرا به جای آن چندین سیم پیچ را در اطراف آهنربای چرخان قرار ندهید. از یک سیم پیچ ژنراتور (فضای زیادی در اطراف وجود دارد)؟

شما فوراً چیزی را دریافت خواهید کرد که شبیه چندین ژنراتور است که توسط یک آهنربای چرخان تغذیه می شوند. علاوه بر این، جریان متناوب در سیم پیچ ها در فاز متفاوت خواهد بود - حداکثر جریان در سیم پیچ های بعدی تا حدودی نسبت به موارد قبلی به تاخیر می افتد. یعنی سینوسی های فعلی، اگر به صورت گرافیکی به تصویر کشیده شوند، به نظر می رسد که بین خودشان جابجا شده اند. این ویژگی مهم تغییر فاز است که در ادامه به آن خواهیم پرداخت.

مخترع آمریکایی نیکولا تسلا با استدلال تقریباً به این ترتیب ابتدا جریان متناوب و سپس سیستم تولید جریان سه فاز با شش سیم را اختراع کرد. اگر محور چرخش آهنربا به عنوان مرکز زاویه ها در نظر گرفته شود، او سه سیم پیچ را در فواصل مساوی در زوایای 120 درجه به دور آهنربا قرار داد.

(تعداد سیم پیچ ها (فازها) در واقع می تواند هر کدام باشد، اما برای به دست آوردن تمام مزایایی که یک سیستم تولید جریان چند فازی فراهم می کند، حداقل سه عدد کافی است).

در مرحله بعد، مهندس برق روسی میخائیل اوسیپوویچ دولیوو-دوبروولسکی اختراع N. Tesla را توسعه داد و ابتدا یک سیستم سه و چهار سیم برای انتقال جریان متناوب سه فاز را پیشنهاد کرد. او پیشنهاد کرد که یک سر هر سه سیم پیچ ژنراتور به یک نقطه متصل شود و الکتریسیته تنها از طریق چهار سیم منتقل شود. (صرفه جویی در فلزات غیرآهنی گران قیمت قابل توجه است). معلوم شد که با بار متقارن هر فاز (مقاومت برابر)، جریان در این سیم مشترک صفر است. زیرا هنگام جمع کردن (جبری، با در نظر گرفتن علائم) جریان هایی که 120 درجه در فاز تغییر می کنند، یکدیگر را خنثی می کنند. این سیم معمولی خنثی نامیده می شد. از آنجایی که جریان در آن تنها زمانی ایجاد می شود که بارهای فازها ناهموار باشد و از نظر عددی کوچک باشد، بسیار کمتر از جریان های فاز، می توان از سیم با مقطع کوچکتر به عنوان سیم "صفر" استفاده کرد. سیم ها.

به همین دلیل (تغییر فاز به میزان 120 درجه) مشخص شد که فازهای سه فاز بسیار کمتر مواد فشرده هستند، زیرا جذب متقابل شارهای مغناطیسی در هسته مغناطیسی ترانسفورماتور اتفاق می افتد و می توان آن را با یک متقاطع کوچکتر ساخت. بخش.

امروزه یک سیستم منبع تغذیه سه فاز توسط چهار سیم انجام می شود که سه تای آنها فاز نامیده می شوند و با حروف لاتین مشخص می شوند: در ژنراتور - A، B و C، در مصرف کننده - L1، L2 و L3. سیم خنثی 0 تعیین شده است.

ولتاژ بین سیم نول و هر یک از سیم های فاز فاز نامیده می شود و در شبکه های مصرف کننده 220 ولت است.

همچنین ولتاژی بین سیم های فاز و بسیار بیشتر از ولتاژ فاز وجود دارد. این ولتاژ خطی نامیده می شود و در مدارهای مصرفی 380 ولت است. چرا بزرگتر از فاز است؟ بله، همه اینها به دلیل تغییر فاز 120 درجه است. بنابراین، اگر در یک سیم، برای مثال، در یک لحظه معین از زمان پتانسیل به علاوه 200 ولت باشد، در سیم فاز دیگر در همان لحظه در زمان پتانسیل منفی 180 ولت خواهد بود. ولتاژ اختلاف پتانسیل است، یعنی + 200 - (-180) = +380 ولت خواهد بود.

این سوال مطرح می شود: اگر جریانی از سیم خنثی عبور نکند، آیا می توان آن را به طور کلی حذف کرد.می توان. و ما یک سیستم منبع تغذیه سه سیم دریافت خواهیم کرد. با اتصال مصرف کنندگان در به اصطلاح "مثلث" - بین سیم های فاز. با این حال، لازم به ذکر است که با بار ناهموار در اضلاع "مثلث" ژنراتور تحت بارهای مخرب قرار می گیرد، بنابراین می توان از این سیستم با تعداد زیادی از مصرف کنندگان استفاده کرد، زمانی که بارهای ناهموار تراز می شوند. به این ترتیب برق از نیروگاه های بزرگ در ولتاژهای فاز و خط بالا (صدها هزار ولت) منتقل می شود. چرا از چنین ولتاژ بالایی استفاده می شود؟ پاسخ ساده است - کاهش تلفات گرمایشی در سیم ها. از آنجایی که گرم شدن سیم ها (اتلاف انرژی) متناسب با مجذور جریان جاری است، مطلوب است که جریان جریان حداقل باشد. خوب، برای انتقال توان مورد نیاز در حداقل جریان، باید ولتاژ را افزایش دهید. (خطوط برق) به این ترتیب تعیین می شوند، به عنوان مثال، خط برق - 500 یک خط انتقال برق با ولتاژ 500 کیلو ولت است.

به هر حال، تلفات در سیم های خطوط برق را می توان با استفاده از انتقال جریان مستقیم با ولتاژ بالا کاهش داد (جزء خازنی تلفات بین سیم ها از کار می افتد)، حتی چنین آزمایشاتی نیز انجام شده است، اما چنین سیستمی انجام نشده است. اما ظاهراً به دلیل صرفه جویی بیشتر در سیم های دارای سیستم تولید سه فاز، گسترده شده است.

نتیجه گیری: مزایای سیستم سه فاز

در پایان مقاله، بیایید خلاصه کنیم - یک سیستم تولید و منبع تغذیه سه فاز چه مزایایی دارد؟

1. صرفه جویی در تعداد سیم های مورد نیاز برای انتقال برق. با توجه به فواصل قابل توجه (صدها و هزاران کیلومتر) و استفاده از فلزات غیرآهنی با مقاومت الکتریکی پایین برای سیم ها، صرفه جویی بسیار چشمگیری است.
2. ترانسفورماتورهای سه فاز، با قدرت برابر با ترانسفورماتورهای تک فاز، دارای اندازه هسته مغناطیسی به طور قابل توجهی کوچکتر هستند. این به شما امکان می دهد پس انداز قابل توجهی داشته باشید.
3. بسیار مهم است که یک سیستم انتقال برق سه فاز، زمانی که مصرف کننده به سه فاز متصل است، نوعی میدان الکترومغناطیسی دوار ایجاد کند. باز هم به دلیل تغییر فاز. این خاصیت باعث شده است که موتورهای سه فاز بسیار ساده و قابل اعتمادی بسازید که کموتاتور ندارند و روتور در واقع یک "خالی" ساده در یاتاقان ها است که نیازی به اتصال سیمی به آن نیست. (در واقع طراحی روتور قفس سنجابی ویژگی های خاص خود را دارد و اصلاً خالی نیست) اینها به اصطلاح موتورهای الکتریکی سه فاز ناهمزمان با روتور قفس سنجابی هستند. امروزه به عنوان نیروگاه ها بسیار گسترده است. یکی از ویژگی های قابل توجه چنین موتورهایی، توانایی تغییر جهت چرخش روتور به جهت مخالف با تعویض هر سیم دو فاز است.
4. امکان به دست آوردن دو ولتاژ کاری در شبکه های سه فاز. به عبارت دیگر، قدرت موتور الکتریکی یا تاسیسات گرمایشی را به سادگی با تعویض سیم های تغذیه تغییر دهید.
5. توانایی کاهش چشمگیر سوسو و اثر استروبوسکوپی لامپ های استفاده از لامپ های فلورسنت با قرار دادن سه لامپ در لامپ که از فازهای مختلف تغذیه می شوند.

به لطف این مزایا، سیستم های منبع تغذیه سه فاز در جهان گسترده شده است.

اصطلاح "فاز" در مهندسی انرژی معمولاً به عنوان بخش جداگانه ای از مدار الکتریکی یک سیستم چند فازی یا به طور متناوب، یک لحظه در زمان در بیان سینوسی بردارهای جریان یا ولتاژ درک می شود.

ویژگی اصلی چند فاز (ن)سیستم‌ها از ترکیب مدارهای جداگانه با پارامترهای الکتریکی یکسان EMF، ولتاژ و جریان تشکیل شده‌اند که در فواصل زمانی یکسانی از پریود فاصله دارند. ∆t=T/nبیان می شود، همچنین در مقادیر فاز زاویه ای ∆ωt=360/n(بر حسب درجه) یا ∆ωt=2π/n(به رادیان).

مدارهای سه فاز. در بخش انرژی از سه مدار الکتریکی ترکیبی (فاز) استفاده می شود. n=3. بر این اساس، همه زنجیرها با فاصله 120 درجه زاویه ای قرار دارند. برای تعیین آنها مطابق با GOST از موارد زیر استفاده می شود:

حروف بزرگ لاتین الف، ب، جبه عنوان نام اصلی؛
- اعداد عربی 1, 2, 3 برای علامت گذاری اضافی؛
- حروف بزرگ لاتین R، S، Tدر قالب بین المللی

در طول عملیات، سازمان مادر به طور تصادفی مرحله اول را انتخاب می کند "آ"، و بقیه را در ترتیب عبور بردارهای ولتاژ شماره می کند (u)و جاری (من)مختصات جهت شمال

در یک سیستم سه فاز، مرسوم است که دنباله مستقیم را به عنوان چرخش بردارها در عملکرد عادی درک کنیم. A>B>C>Aپادساعتگرد. در این حالت بردارهای مدار B از مدار عقب می مانند آو 120 درجه از زنجیره C پیشی بگیرید.

چرخش خلاف جهت عقربه های ساعت بردارها یک دنباله معکوس در نظر گرفته می شود.

فازهای ایجاد شده در سیستم را می توان در یک مدار واحد ترکیب کرد یا به صورت مجزا و بدون اتصالات متقابل کار کرد. در یک سیستم بدون جفت، بزرگی های EMF آنی در فازها با زاویه 120 درجه از هم جدا می شوند و مطابق طرح متناوب می شوند. A>B>C>A. مقادیر آنها با فرمول ها توصیف می شود:

e A =E m sinωt, E A =Ee j0°;
e B =E m sin(ωt-120°)، E B =Ee -j120°;
e C =E m sin(ωt-240°)=E m sin(ωt+120°)، E C =Ee j120°.

نمودارهای نمودار تابع و عبارات برداری با شکل های مربوطه توضیح داده شده است.

در یک مدار 3 فازی متقارن مستقل، این قانون همیشه اعمال می شود: هر کمیت متغیر e, u, i در هر لحظه از زمان که جمع شوند برابر با صفر هستند. به عبارت دیگر: u A +u B +u C =0.

به عنوان مثال، ما محاسبه مجموع EMF را در سه مقدار زاویه نشان می دهیم:

با بار مساوی برای هر فاز، زمانی که Z A =Z B =Z C =Ze jφبردارهای جریان فاز یکسان از نظر طول اما با تغییر زاویه از ولتاژها (EMF) تشکیل می شوند. آنها 120 درجه از هم فاصله دارند و همچنین یک سیستم متقارن 3 فاز ایجاد می کنند که در آن قوانین زیر اعمال می شود:

i A +i B +i C =0;
I A + I B + I C = 0.

از سه سیستم غیر متصل، با اتصال (ترکیب) سیم های برگشت (بازگشت) به یک بزرگراه، یک سیستم متصل واحد تشکیل می شود. با این روش در سیم تعمیم یافته مجموع جریان سه فاز جمع شده و برابر با صفر می شود. این فرآیند توسط قانون اول کیرشهوف توضیح داده شده است:

i N =i A +i B +i C =0.

نتیجه عملی واضح است: نیازی به سیم برگشتی نیست، که منجر به صرفه جویی قابل توجهی در منابع مادی برای انتقال برق از یک ژنراتور 3 فاز به یک گیرنده برق 3 فاز می شود.

مزایای سیستم های 3 فاز:

1. انتقال توان الکتریکی توسط یک مدار 3 فاز به مصرف کنندگان از منابع از نظر اقتصادی کارآمدتر از تعداد فازهای مختلف است. با کاهش تعداد بزرگراه ها از 6 به 3، نه تنها در هزینه سیم ها صرفه جویی می کنید، بلکه تلفات انرژی در آنها را نیز کاهش می دهید.

2. برای ایجاد یک سیستم 3 فاز، نیازی به ایجاد ساختارهای فنی پیچیده نیست. حرکت دورانی دایره ای مدت طولانی است که برای کارکردن ژنراتورها و موتورهای مختلف استفاده می شود.

3. فن آوری ساخت ژنراتورهای 3 فاز، ترانسفورماتورها و موتورها ساده و کارآمد است و همه دستگاه ها قابل اعتماد، بادوام، ارزان و کم حجم هستند.

4. مدار 3 فاز امکان استفاده همزمان از گیرنده های الکتریکی با درجه بندی ولتاژ متفاوت را فراهم می کند. √3 ، که با وجود 2 سطح ولتاژ (فاز و خطی) تعیین می شود. Ul=√3xUф.

این مزایای آشکار سیستم ها از سال 1989 به طور گسترده در بخش انرژی برای تولید انرژی الکتریکی و انتقال / توزیع آن به گیرنده های برق مورد استفاده قرار گرفته است.

بنیانگذار و توسعه دهنده آنها مهندس میخائیل اوسیپوویچ دولیوو-دوبروولسکی است که برای شرکت آلمانی AEG (Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft) کار می کرد.

تصور یک زندگی مدرن بدون برق و مزایای آن غیرممکن است. کمبود گاز طبیعی به راحتی با منابع گرمایی سوخت جامد جبران می شود، آب نیز در دسترس است، اما بدون برق "پایان جهان" واقعی فرا می رسد.

اکثریت قریب به اتفاق نیروگاه های مدرن جریان متناوب سه فاز تولید می کنند. از مزایای آن می توان به سهولت تولید و تغییرات بعدی، قابلیت اطمینان بالا و سادگی طراحی در نظر گرفته شده برای آن اشاره کرد.جریان سه فاز رایج ترین نوع برق در سراسر جهان است.

یک سیستم جریان الکتریکی سه فاز ترکیبی از سه مدار جریان تک فاز با فرکانس و دامنه یکسان است، اما نسبت به یکدیگر به اندازه 120 درجه (یا همان چیزی است که 1/3 دوره) جابجا شده اند. . هر یک از این مدارها یک فاز نامیده می شوند، بر این اساس، هر سه یک جریان سه فاز را تشکیل می دهند.

اساس نظری بسیار ساده است: یک قاب فلزی در یک میدان مغناطیسی می چرخد ​​و از خطوط کشش عبور می کند. برای دریافت جریان الکتریکی کافی است یک بار را به پایانه های آن وصل کرده و یک مدار ایجاد کنید. اگر جریان سه فاز مورد نیاز باشد، دستگاه پیچیده تر می شود: مکانیزم شامل سه قاب یکسان است که یکی نسبت به دیگری 120 درجه جابجا شده است. نتیجه تولید سه نیروی الکتروموتور (EMF) است. در نیروگاه های استاندارد سرعت چرخش ثابت است.

در عمل، اجرا کمی متفاوت از تئوری است. جریان سه فاز توسط ماشین های خاص - ژنراتور ایجاد می شود. در آنها، سیم پیچ های مدارهای فاز ثابت هستند (مقایسه با تئوری) و به روش خاصی روی قطب های استاتور (قسمت ثابت ماشین) قرار می گیرند. و میدان مغناطیسی دوار توسط روتور ایجاد می شود. لحظه چرخش توسط انرژی ریزش آب در نیروگاه های برق آبی، توربین بخار در نیروگاه های هسته ای و غیره به آن داده می شود.

یکی از ویژگی های مدارهای با استفاده از جریان سه فاز، استفاده از تنها سه یا چهار سیم در سمت مصرف کننده - سه فاز و نول است. این را می توان به لطف روش اتصال سیم پیچ های ژنراتور - ستاره یا مثلث به دست آورد.

اتصال ستاره به این معنی است که انتهای هر سه سیم پیچ در یک نقطه صفر همگرا می شوند. بر اساس قانون کیرشهوف، نتیجه می شود که مجموع تمام جریان ها در این نقطه (گره) برابر با صفر است، بنابراین هیچ اتصال کوتاهی رخ نمی دهد. از نقطه صفر، ولتاژ اندازه گیری شده بین این سیم و هر یک از سه سیم خطی 1.73 برابر کمتر از مقدار ولتاژ بین خود سیم های خطی است. در حالت اول ولتاژ فاز و در حالت دوم خطی بدست می آید.

یکی از ویژگی های مهم اتصال ستاره، نیاز به اجتناب از عدم تعادل فاز است، یعنی کنترل این که جریان های جاری در شاخه ها تقریباً برابر باشند. آن اختلاف اجتناب ناپذیر کوچک منجر به ظهور جریان کوچکی در سیم خنثی می شود، اما کوچک است.

یک نوع کاملاً متفاوت از اتصال سیم پیچ های ژنراتور - یک مثلث - به شما امکان می دهد سیم خنثی را از بین ببرید. هنگام اجرای آن، هر انتهای سیم پیچ به ابتدای سیم پیچ بعدی متصل می شود و اساساً یک مثلث را تشکیل می دهد و تنش ها از رئوس آن حذف می شود. با این روش فاز و با هم برابر می شوند. همچنین لازم است برابری جریان ها در شاخه ها کنترل شود، زیرا اگر این مورد نادیده گرفته شود، مقدار کل جریان در یک مدار بسته می تواند بیش از حد شود و باعث گرم شدن و از کار افتادن ژنراتور شود.

اکثر موتورهای الکتریکی طراحی شده برای شبکه سه فاز، امکان انتخاب روش اتصال سیم پیچ ها به ستاره یا مثلث را فراهم می کنند. این به شما امکان می دهد ولتاژ کار را انتخاب کنید. بنابراین، هنگام اتصال سیم پیچ های بار با یک ستاره، ولتاژ محاسبه شده 1.73 برابر کمتر از یک مثلث خواهد بود.

بسیاری چنین کلمات مرموز مانند یک فاز, سه فاز, صفر, زمینیا زمینو بدانید که اینها مفاهیم مهمی در دنیای برق هستند. با این حال، همه منظور آنها و ارتباط آنها با واقعیت اطراف را درک نمی کنند. با این حال دانستن این امر ضروری است.

بدون پرداختن به جزئیات فنی که برای دستکار خانگی ضروری نیست، می توان گفت شبکه سه فاز- این روشی برای انتقال جریان الکتریکی زمانی است که جریان متناوب از سه سیم عبور می کند و از طریق یکی برمی گردد. موارد فوق نیاز به توضیح دارد. هر مدار الکتریکی از دو سیم تشکیل شده است. یک راه جریان به مصرف کننده می رود (مثلاً یک کتری)، و دیگری آن را برمی گرداند. اگر چنین مداری را باز کنید، هیچ جریانی جریان نخواهد داشت. این همه توصیف یک شبکه تک فاز است (شکل 1).

برنج. 1. نمودار مدار تک فاز

سیمی که جریان از آن عبور می کند فاز یا به سادگی فاز نامیده می شود و از طریق آن بر می گردد - صفر یا صفر. یک مدار سه فاز از سه سیم فاز و یک سیم برگشت تشکیل شده است. این امکان پذیر است زیرا فاز جریان متناوب در هر یک از سه سیم نسبت به سیم مجاور 120 درجه سانتیگراد جابجا شده است (شکل 2). یک کتاب درسی در مورد الکترومکانیک به پاسخ دادن به این سوال با جزئیات بیشتر کمک می کند.

برنج. 2. نمودار مدار سه فاز

انتقال جریان متناوب دقیقاً با استفاده از شبکه های سه فاز انجام می شود. این از نظر اقتصادی مفید است - دو سیم خنثی دیگر مورد نیاز نیست. با نزدیک شدن به مصرف کننده، جریان به سه فاز تقسیم می شود و به هر یک از آنها صفر داده می شود. اینگونه وارد آپارتمان ها و خانه ها می شود. اگرچه گاهی اوقات یک شبکه سه فاز مستقیماً به خانه عرضه می شود. به عنوان یک قاعده، ما در مورد بخش خصوصی صحبت می کنیم و این وضعیت موافقان و مخالفان خود را دارد. به این موضوع بعدا پرداخته خواهد شد.
زمین یا به عبارت صحیح تر، زمین- سیم سوم وارد شبکه تک فاز. در اصل، حجم کار را تحمل نمی کند، بلکه به عنوان نوعی فیوز عمل می کند.
این را می توان با یک مثال توضیح داد. هنگامی که برق از کنترل خارج می شود (مانند اتصال کوتاه)، خطر آتش سوزی یا برق گرفتگی وجود دارد. برای جلوگیری از این اتفاق (یعنی مقدار فعلی نباید از یک سطح ایمن برای انسان و دستگاه تجاوز کند)، اتصال به زمین معرفی شده است. از طریق این سیم، الکتریسیته اضافی به معنای واقعی کلمه وارد زمین می شود (شکل 3).

برنج. 3. ساده ترین

یک مثال دیگر فرض کنید یک خرابی کوچک در عملکرد موتور الکتریکی ماشین لباسشویی رخ می دهد و بخشی از جریان الکتریکی به پوسته فلزی بیرونی دستگاه می رسد. در صورت عدم اتصال به زمین، این شارژ همچنان در اطراف ماشین لباسشویی سرگردان خواهد بود. وقتی شخصی آن را لمس می کند، فوراً راحت ترین خروجی برای این انرژی می شود، یعنی یک شوک الکتریکی دریافت می کند. اگر در این شرایط سیم زمین وجود داشته باشد، شارژ اضافی بدون آسیب رساندن به کسی در آن جریان می یابد. علاوه بر این، می توان گفت که هادی خنثیهمچنین می تواند زمینی باشد و در اصل اینطور است، اما فقط در یک نیروگاه.

برخی از صنعتگران با تکیه بر دانش اولیه مهندسی برق اقدام به نصب می کنند سیم خنثیبه عنوان یک زمین. هرگز این کار را نکنید. در صورت پاره شدن سیم خنثی، محفظه دستگاه های متصل به زمین تحت ولتاژ 220 ولت قرار می گیرد.

در 99 درصد موارد، شبکه تک فاز برای یک آپارتمان نصب می شود. تشخیص آن از سه فاز بسیار آسان است. اگر کابل ورودی دارای 3 یا 2 سیم باشد، شبکه تک فاز است، زمانی که 5 یا 4 - سه فاز است (شکل 4).

برنج. 4. کابل چهار هسته ای یا دو هسته ای می شود اگر سیم ارت جدا شود

همانطور که می دانید، جریان سه فاز از طریق سیم هایی عبور می کند که انرژی را از راه دور منتقل می کند - این سود بیشتری دارد. وارد آپارتمان تک فاز می شود. تقسیم یک مدار سه فاز به 3 مدار تک فاز در آن اتفاق می افتد ASU. یک کابل پنج هسته ای به آنجا می رود و یک کابل سه هسته ای خارج می شود (شکل 5).

برنج. 5. طرح تقسیم یک شبکه سه فاز به مصرف کننده های تک فاز

در مورد این سوال که 2 نفر دیگر به کجا می روند، پاسخ ساده است: آنها آپارتمان های دیگر را تغذیه می کنند. این بدان معنا نیست که تنها 3 آپارتمان وجود دارد، تا زمانی که کابل بتواند آن را تحمل کند، می تواند به تعداد آنها وجود داشته باشد. فقط در داخل سپر مداری برای جدا کردن مدار سه فاز به تک فاز وجود دارد (شکل 6).

برنج. 6. شبکه برق تک فاز

به هر فازی که به داخل آپارتمان امتداد می یابد اضافه می شود صفرو زمینو به این ترتیب یک کابل سه هسته ای بدست می آورید.
ایده آل در شبکه سه فازفقط یک صفر نیازی به بیشتر نیست، زیرا جریان در فاز نسبت به یکدیگر به اندازه یک سوم جابجا می شود. صفر یک هادی خنثی است که در آن ولتاژ وجود ندارد. برخلاف پتانسیل فاز که در آن ولتاژ برابر است، هیچ پتانسیل نسبت به زمین ندارد 220 ولت. در یک جفت فاز فاز، ولتاژ 380 V. در یک شبکه سه فاز که هیچ چیز به آن متصل نیست، ولتاژی در هادی خنثی وجود ندارد. جالب ترین چیزها زمانی اتفاق می افتد که شبکه به یک مدار تک فاز متصل می شود. یک فاز وارد آپارتمان می شود، جایی که 2 لامپ و یک یخچال وجود دارد، و مرحله دوم - که در آن 5 تهویه مطبوع، 2 کامپیوتر، دوش، اجاق القایی و غیره وجود دارد (شکل 7).

برنج. 7. شبکه برق سه فاز

واضح است که بار روی این 2 فاز یکسان نیست و صحبتی از هادی خنثی نیست. کشش نیز روی آن ظاهر می شود و هر چه بار ناهموارتر باشد، بیشتر است.

فازها دیگر همدیگر را خنثی نمی کنند تا کل صفر شود.
اخیراً وضعیت عدم جبران جریانات در چنین شبکه ای با ظهور وسایل الکتریکی جدید که پالس نامیده می شوند تشدید شده است. هنگامی که روشن می شوند، انرژی بسیار بیشتری نسبت به عملکرد عادی مصرف می کنند. این دستگاه های پالس، همراه با بارهای مختلف روی فازها، شرایطی را ایجاد می کنند که ولتاژی در هادی خنثی (صفر) ایجاد می شود که می تواند 2 برابر بیشتر از هر فاز باشد. با این حال، خنثی همان است بخش هابه عنوان سیم فاز، اما بار بیشتر است.
به همین دلیل است که اخیراً پدیده ای به نام فرسودگی شغلی صفر- هادی خنثی به سادگی نمی تواند با بار مقابله کند و می سوزد. مبارزه با این پدیده آسان نیست: یا باید سطح مقطع سیم خنثی را افزایش دهید (که گران است) یا بار را به طور مساوی بین 3 فاز توزیع کنید (که در یک ساختمان آپارتمان غیرممکن است). در بدترین حالت، می توانید یک ترانسفورماتور ایزوله کاهنده خریداری کنید که به آن نیز معروف است تنظیم کننده ولتاژ.

به طور خصوصی خانهوضعیت بهتر است، زیرا تنها یک مالک وجود دارد و توزیع برق در فازها بسیار آسان تر است. این حتی یک فعالیت سرگرم کننده است ... محاسبه قدرتوسایل برقی و توزیع آنها در فازها به طوری که بار یکسان باشد. همه محاسبات تقریباً انجام می شود و اصلاً به این معنی نیست که باید چراغ ها و 2 تلویزیون را روشن کنید و اگر یک دستگاه نجاری در خیابان شروع به کار کرد این کار زیاد است. همه اینها به تمایل صاحب خانه بستگی دارد: نصب شبکه سه فاز یا تک فاز. در اینجا جوانب مثبت و منفی وجود دارد.

معایب شبکه سه فاز 2.

1. ولتاژ در یک منطقه خاص به شدت به کار دیگران وابسته است. اگر یکی از فازها بیش از حد بارگذاری شود، ممکن است بقیه به درستی کار نکنند. این می تواند به هر شکلی خود را نشان دهد. برای جلوگیری از این اتفاق، به یک تثبیت کننده نیاز دارید - این چیز ارزانی نیست.
2. شما نیاز به تجهیزاتی در تابلوی برق دارید که به طور خاص برای شبکه سه فاز طراحی شده است و همچنین هزینه های نصب شبکه سه فاز. آنها بزرگتر از تک فاز خواهند بود. علاوه بر این، شما باید قوانین مربوط به عملکرد شبکه های سه فاز را بدانید.

مزایای شبکه سه فازهمچنین 2.

1. یک شبکه سه فاز به شما امکان می دهد برق بیشتری دریافت کنید. اگر یک شبکه تک فاز با مجموع توان دستگاه های 10 کیلو وات در حال حاضر بارهای اضافه را تجربه می کند، یک شبکه سه فاز به خوبی با 30 کیلو وات مقابله می کند. مثال بسیار ساده است. اگر فقط 1 فاز از خط برق وارد خانه شود، با سطح مقطع هادی ورودی 16 میلی متر مربع حداکثر قدرتتنها 14 کیلو وات خواهد بود و اگر هر 3 فاز قبلاً 42 کیلووات باشد. تفاوت کاملا محسوس است.
2. اتصال وسایل برقی که دارای برق سه فاز هستند (اجاق های برقی) بسیار آسان می شود. مهمترین چیز در مورد یک خانه شخصی، موتورهای الکتریکی سه فاز است که روی بسیاری از ماشین آلات نصب می شوند.

محبوب ترین مدار الکتریکی یک خط سه فاز در نظر گرفته می شود که مزایای قابل توجهی نسبت به سایر انواع اتصال دارد. در مقایسه با مدارهای چند فاز، خط سه فاز از نظر مصرف مصالح مقرون به صرفه تر است و نسبت به خطوط تک فاز، قابلیت انتقال ولتاژ بالاتر را دارد.

علاوه بر این، این اتصال برای گنجاندن در مدار موتورهای الکتریکی استفاده می شود: با کمک آن، یک میدان مغناطیسی به راحتی تشکیل می شود که به طور فعال برای راه اندازی موتورهای الکتریکی و ژنراتورها استفاده می شود. یکی دیگر از مزایای سیستم سه فاز، توانایی بدست آوردن ولتاژهای کاری متفاوت است. بسته به روش اتصال بار، بین ولتاژ خطی و فاز دریافتی از خط تغذیه تمایز قائل می شود.

تعاریف اساسی

اول از همه، اجازه دهید تعاریفی را به خاطر بسپاریم.

سیستم سه فاز

یک سیستم سه فاز ترکیبی از سه مدار الکتریکی است که توسط یک منبع تولید می شوند، اما نسبت به یکدیگر در فاز جابجا می شوند.

فاز

در این حالت به هر مدار الکتریکی یک سیستم چند فاز فاز می گویند. ابتدای فاز به عنوان پایانه یا انتهای هادی در نظر گرفته می شود که جریان الکتریکی از طریق آن وارد مدار داده شده می شود. در این حالت می توان انتهای فازها را به هم متصل کرد. در این حالت، EMF کل در مدار الکتریکی شروع به عمل می کند و سیستم متصل نامیده می شود. این به طور گسترده ای برای تغذیه موتورهای الکتریکی استفاده می شود.

روش های اتصال

اتصال سه فاز به طور گسترده ای برای روشن کردن سیم پیچ موتورهای الکتریکی و ژنراتورها استفاده می شود. در این حالت از دو گزینه برای اتصال سیم پیچ ها با هادی های حامل جریان استفاده می شود.

• هنگام اتصال با ستاره، تعداد سیم های اتصال از شش به چهار کاهش می یابد که تأثیر مثبتی در دوام اتصالات دارد. هسته های تغذیه به ابتدای سیم پیچ متصل می شوند و انتهای آن در یک گره به نام نقطه N یا خنثی ژنراتور ترکیب می شوند. این گزینه اتصال به شما امکان می دهد به یک اتصال سه سیم سوئیچ کنید، اما تنها در صورتی که گیرنده بار سه فاز متصل متقارن باشد.
• هنگامی که سیم پیچ ها به صورت مثلثی عبور می کنند، مدار بسته ای ایجاد می کنند که مقاومت نسبتا کمی دارد. این اتصال هنگام اتصال یک سیستم متقارن از سه EMF استفاده می شود: در این مورد، در صورت عدم وجود بار، جریانی در مدار ایجاد نمی شود.

اتصال ستاره بیشتر برای اتصال تقویت کننده ها و تثبیت کننده های مختلف به یک شبکه 220 ولتی و شروع نرم موتورهای الکتریکی در هنگام تغذیه با ولتاژ 380 ولت استفاده می شود. اتصال مثلث به موتورها اجازه می دهد تا قدرت کامل را به دست آورند، بنابراین بیشتر برای مقاصد صنعتی استفاده می شود که عملکرد بالای تجهیزات مورد نیاز است.

ولتاژ فاز و خط

در همان ابتدای مقاله اشاره کردیم که اتصال سه فاز به شما امکان می دهد دو ولتاژ مختلف را بدست آورید: خطی و فاز. بیایید نگاه دقیق تری به چیستی آن بیندازیم.

• ولتاژ فاز زمانی رخ می دهد که به هسته خنثی و یکی از سه فاز مدار متصل شود.
• ولتاژ خط هنگام اتصال به هر دو فاز تولید می شود. برقکارها آن را اینترفاز می نامند که به روش اندازه گیری نزدیکتر است.

حال بیایید بفهمیم که تفاوت بین این دو تعریف چیست.

در شرایط عادی، نشانگرهای ولتاژ خطی بین هر فاز یکسان هستند و 1.73 برابر بیشتر از نشانگرهای ولتاژ فاز هستند. به عبارت ساده، مطابق با استانداردهای داخلی، ولتاژ خطی 380 ولت و ولتاژ فاز 220 ولت است. چنین ویژگی هایی از خطوط سه فاز کاربرد خود را در تامین برق بدون وقفه برای مصرف کنندگان صنعتی و خانگی پیدا کرده است.

شایان ذکر است که فقط یک مدار چهار سیم سه فاز دارای این ویژگی ها است که ولتاژ نامی آن 380/220 ولت مشخص شده است. از این نام مشخص می شود که می توان طیف گسترده ای از مصرف کنندگان را به این خط متصل کرد که برای جریان نامی 380 ولت و 220 ولت طراحی شده است.

توجه داشته باشید! مهم است بدانید که وقتی ولتاژ خط کاهش می یابد (افت می کند)، ولتاژ فاز نیز تغییر می کند. علاوه بر این، اگر مقادیر خطی مشخص باشد، نشانگر ولتاژ فاز به راحتی محاسبه می شود. برای این کار باید جذر سه را از شاخص های خطی استخراج کنید. داده های به دست آمده برابر با ولتاژ فاز خواهد بود.

به لطف ویژگی هایی که در بالا توضیح داده شد و انواع اتصالات ممکن، این مدار سه فاز چهار سیمه است که گسترده شده است. دامنه استفاده از چنین طرح منبع تغذیه جهانی است. بنابراین برای تامین برق تاسیسات بزرگ با مصرف کنندگان قدرتمند، ساختمان های مسکونی، اداری و اداری و سایر سازه ها استفاده می شود.

در این حالت، اتصال هر دو نوع مصرف کننده در ولتاژ 380 و 220 ولت به هیچ وجه ضروری نیست. به عنوان مثال، در ساختمان های مسکونی، اغلب فقط از لوازم خانگی با ولتاژ 220 ولت استفاده می شود. در این مورد، اطمینان از بار یکنواخت در هر سه فاز با توزیع صحیح برق اتصال به هر خط، مهم است. در ساختمان های آپارتمانی، این امر با ترتیب پلکانی اتصال آپارتمان ها به هادی های فاز تضمین می شود. در یک خانه خصوصی (در صورت وجود ورودی 380 ولت)، باید خودتان بار را در خطوط اختصاصی توزیع کنید.

اکنون می دانید که چه نوع ولتاژهایی را می توان از یک مدار سه فاز به دست آورد، چه روش هایی برای اتصال به یک کابل چهار هسته ای برای این کار استفاده می شود. این دانش هم برای برقکارها و هم برای مصرف کنندگان عادی مفید خواهد بود.