Avantajele curentului trifazat sunt evidente doar specialiştilor în electricitate. Ce este curentul trifazat este foarte vag pentru omul obișnuit. Să lămurim incertitudinea.
Curent alternativ trifazat
Majoritatea oamenilor, cu excepția specialiștilor în electricitate, au o idee foarte vagă despre ceea ce este așa-numitul curent alternativ „trifazat” și sunt adesea confundați în conceptele de putere a curentului, tensiune și potențial electric, ca precum și puterea.
Să încercăm să oferim o înțelegere inițială a acestui lucru într-un limbaj simplu. Pentru a face acest lucru, să ne întoarcem la analogii. Să începem cu cel mai simplu - fluxul de curent continuu în conductori. Poate fi comparat cu un flux de apă din natură. Apa, după cum știm, curge întotdeauna dintr-un punct mai înalt de pe suprafață către unul inferior. Alege întotdeauna calea cea mai economică (cea mai scurtă). Analogia cu fluxul de curent este completă. Mai mult, cantitatea de apă care curge pe unitatea de timp printr-o anumită secțiune a fluxului va fi similară cu puterea curentului din circuitul electric. Înălțimea oricărui punct al albiei râului în raport cu punctul zero - nivelul mării - va corespunde potențialului electric al oricărui punct din lanț. Și diferența de înălțime a oricăror două puncte de pe râu va corespunde tensiunii dintre cele două puncte ale circuitului.
Folosind această analogie, vă puteți imagina cu ușurință în minte legile fluxului de curent electric continuu într-un circuit. Cu cât tensiunea este mai mare - diferența de înălțime, cu atât este mai mare viteza de curgere și, în consecință, cantitatea de apă care curge de-a lungul râului pe unitatea de timp.
Un flux de apă, la fel ca un curent electric, experimentează rezistența albiei în timpul mișcării sale - de-a lungul unei albie stâncoase, apa va curge violent, schimbând direcția, încălzindu-se puțin (pârâiele furtunoase, chiar și în înghețuri severe, nu îngheață din cauza la încălzire din rezistenţa albiei). Într-un canal sau conductă netedă, apa va curge rapid și, ca urmare, într-o unitate de timp canalul va trece mult mai multă apă decât un canal șerpuit și stâncos. Rezistența la curgerea apei este exact aceeași cu rezistența electrică dintr-un circuit.
Acum imaginați-vă o sticlă închisă cu puțină apă în ea. Dacă începem să rotim această sticlă în jurul unei axe transversale, atunci apa din ea va curge alternativ de la gât spre fund și invers. Această idee este o analogie cu curentul alternativ. S-ar părea că aceeași apă curge înainte și înapoi, deci ce? Cu toate acestea, acest flux alternant de apă este capabil să lucreze.
De unde a apărut conceptul de curent alternativ?
Da, de când omenirea a aflat că mișcarea unui magnet în apropierea unui conductor provoacă un curent electric în conductor. Mișcarea magnetului este cea care provoacă curentul dacă magnetul este plasat lângă fir și nu se mișcă, nu va provoca niciun curent în conductor. În continuare, dorim să primim (generăm) curent în conductor pentru a-l folosi în viitor într-un anumit scop. Pentru a face acest lucru, vom face o bobină de sârmă de cupru și vom începe să mișcăm un magnet în apropierea ei. Magnetul poate fi mutat lângă bobină după cum doriți - mișcați-l în linie dreaptă înainte și înapoi, dar pentru a nu mișca magnetul cu mâinile, crearea unui astfel de mecanism este mai dificilă din punct de vedere tehnic decât să începeți doar să-l rotiți lângă bobină, similar cu rotirea unei sticle de apă din exemplul anterior. În acest fel – din motive tehnice – am obținut curent alternativ sinusoidal, care acum este folosit peste tot. O undă sinusoidală este o descriere extinsă în timp a rotației.
Mai târziu s-a dovedit că legile fluxului de curent alternativ într-un circuit diferă de fluxul de curent continuu. De exemplu, pentru ca curentul continuu să circule, rezistența bobinei este pur și simplu egală cu rezistența ohmică a firelor. Iar pentru curent alternativ, rezistența bobinei de sârmă crește semnificativ datorită apariției așa-numitei reactanțe inductive. Curentul continuu nu trece printr-un condensator încărcat, pentru acesta, condensatorul este un circuit deschis. Și curentul alternativ este capabil să circule liber printr-un condensator cu o anumită rezistență. S-a descoperit în continuare că curentul alternativ poate fi convertit folosind transformatoare în curent alternativ de alte tensiuni sau curenți. Curentul continuu nu se pretează la o astfel de transformare și dacă pornim orice transformator într-o rețea de curent continuu (ceea ce este absolut imposibil de făcut), atunci se va arde inevitabil, deoarece curentul continuu va fi rezistat doar de rezistența ohmică. a firului, care este realizat cât mai mic posibil, iar prin înfășurarea primară va curge un curent mare în modul de scurtcircuit.
De asemenea, rețineți că motoarele electrice pot fi proiectate să funcționeze atât pe curent continuu, cât și pe curent alternativ. Dar diferența dintre ele este aceasta - motoarele electrice cu curent continuu sunt mai dificil de fabricat, dar vă permit să schimbați fără probleme viteza de rotație cu un reostat convențional care reglează puterea curentului. Iar motoarele electrice cu curent alternativ sunt mult mai simple și mai ieftin de fabricat, dar se rotesc cu o singură viteză, determinată de design. Prin urmare, ambele sunt utilizate pe scară largă în practică. În funcție de scop. În scopuri de control și reglare, se folosesc motoare de curent continuu, iar motoarele de curent alternativ sunt folosite ca centrale electrice.
În plus, ideea de proiectare a inventatorului generatorului s-a mutat aproximativ în această direcție - dacă este cel mai convenabil să folosiți rotația unui magnet lângă o bobină pentru a genera curent, atunci de ce să nu plasați mai multe bobine în jurul unui magnet rotativ. a unei bobine de generator (este atât de mult spațiu în jur)?
Veți obține imediat ceea ce arată ca mai multe generatoare alimentate de un singur magnet rotativ. Mai mult, curentul alternativ din bobine va diferi în fază - curentul maxim din bobinele ulterioare va fi oarecum întârziat față de cele anterioare. Adică, sinusoidele curente, dacă sunt reprezentate grafic, vor părea a fi deplasate între ele. Această proprietate importantă este schimbarea de fază, despre care vom discuta mai jos.
Raționând aproximativ în acest fel, inventatorul american Nikola Tesla a inventat mai întâi curentul alternativ, iar apoi un sistem de generare a curentului trifazat cu șase fire. El a plasat trei bobine în jurul unui magnet la distanțe egale la unghiuri de 120 de grade, dacă axa de rotație a magnetului este luată ca centru al unghiurilor.
(Numărul de bobine (faze) poate fi de fapt oricare, dar pentru a obține toate beneficiile pe care le oferă un sistem de generare a curentului multifazic este suficient un minim de trei).
În continuare, inginerul electric rus Mihail Osipovich Dolivo-Dobrovolsky a dezvoltat invenția lui N. Tesla, propunând mai întâi un sistem cu trei și patru fire pentru transmiterea curentului alternativ trifazat. El a propus conectarea unui capăt al tuturor celor trei înfășurări ale generatorului la un punct și transmiterea energiei electrice prin doar patru fire. (Economiile la metalele neferoase scumpe sunt semnificative). S-a dovedit că, cu o sarcină simetrică a fiecărei faze (rezistență egală), curentul din acest fir comun este zero. Pentru că atunci când însumăm (algebric, ținând cont de semne) curenții mutați în fază cu 120 de grade, se anulează reciproc. Acest fir comun a fost numit neutru. Deoarece curentul din el apare numai atunci când sarcinile fazelor sunt neuniforme și numeric este mic, mult mai mic decât curenții de fază, a devenit posibil să se utilizeze un fir cu o secțiune transversală mai mică ca un fir „zero” decât pentru fază. fire.
Din același motiv (schimbarea de fază cu 120 de grade), cele trifazate s-au dovedit a fi mult mai puțin intensive în material, deoarece absorbția reciprocă a fluxurilor magnetice are loc în miezul magnetic al transformatorului și poate fi realizată cu o cruce mai mică. secțiune.
Astăzi, un sistem de alimentare trifazat este realizat prin patru fire, trei dintre ele sunt numite fază și sunt desemnate cu litere latine: la generator - A, B și C, la consumator - L1, L2 și L3. Firul neutru este desemnat 0.
Tensiunea dintre firul neutru și oricare dintre firele de fază se numește fază și în rețelele de consumatori este de 220 volți.
Există, de asemenea, o tensiune între firele de fază și mult mai mare decât tensiunea de fază. Această tensiune se numește liniară și este de 380 de volți în circuitele de consum. De ce este mai mare decât faza? Da, toate acestea se datorează unei schimbări de fază de 120 de grade. Prin urmare, dacă pe un fir, de exemplu, la un moment dat, potențialul este de plus 200 de volți, atunci pe celălalt fir de fază în același moment, potențialul va fi minus 180 de volți. Tensiunea este diferența de potențial, adică va fi + 200 - (-180) = +380 V.
Se pune întrebarea: dacă nu trece curent prin firul neutru, atunci este posibil să îl eliminați complet. Poate sa. Și vom obține un sistem de alimentare cu trei fire. Cu conectarea consumatorilor în așa-numitul „triunghi” - între firele de fază. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că, cu o sarcină neuniformă pe părțile laterale ale „triunghiului”, generatorul va fi supus unor sarcini distructive, astfel încât acest sistem poate fi utilizat cu un număr mare de consumatori, atunci când sarcinile neuniforme sunt nivelate. Acesta este modul în care electricitatea este transferată de la centralele mari la tensiuni înalte de fază și linie (sute de mii de volți). De ce se folosește o tensiune atât de mare? Răspunsul este simplu - pentru a reduce pierderile de încălzire în fire. Deoarece încălzirea firelor (pierderea de energie) este proporțională cu pătratul curentului care curge, este de dorit ca curentul care curge să fie minim. Ei bine, pentru a transmite puterea necesară la un curent minim, trebuie să creșteți tensiunea. (liniile electrice) sunt desemnate în acest fel, de exemplu, linia electrică - 500 este o linie de transmisie a energiei cu o tensiune de 500 kilovolți.
Apropo, pierderile în firele liniilor de alimentare pot fi reduse și mai mult prin utilizarea transmisiei de curent continuu de înaltă tensiune (componenta capacitivă a pierderilor care acționează între fire încetează să funcționeze), chiar și astfel de experimente au fost efectuate, dar un astfel de sistem nu a totuși s-au răspândit, aparent datorită economiilor mai mari la firele cu sistem de generare trifazat.
Concluzii: avantajele unui sistem trifazat
La sfârșitul articolului, să rezumam - ce avantaje oferă un sistem trifazat de generare și alimentare cu energie?
- Economisirea numărului de fire necesare pentru transmiterea energiei electrice. Având în vedere distanțele considerabile (sute și mii de kilometri) și faptul că pentru fire se folosesc metale neferoase cu rezistivitate electrică scăzută, economiile sunt destul de semnificative.
- Transformatoarele trifazate, cu putere egală cu cele monofazate, au dimensiuni semnificativ mai mici ale miezului magnetic. Acest lucru vă permite să obțineți economii semnificative.
- Este foarte important ca un sistem de transport electric trifazat să creeze, atunci când un consumator este conectat la trei faze, un fel de câmp electromagnetic rotativ. Din nou, din cauza defazajului. Această proprietate a făcut posibilă crearea unor motoare electrice trifazate extrem de simple și fiabile, care nu au comutator, iar rotorul, de fapt, este un simplu „blank” în rulmenți, la care nu trebuie conectat fire. (De fapt, designul unui rotor cu cușcă de veveriță are propriile sale caracteristici și nu este deloc un gol) Acestea sunt așa-numitele motoare electrice asincrone trifazate cu un rotor cu cușcă de veveriță. Foarte răspândită astăzi ca centrale electrice. O proprietate remarcabilă a unor astfel de motoare este capacitatea de a schimba direcția de rotație a rotorului în direcția opusă prin simpla comutare a oricăror fire de două faze.
- Posibilitatea de a obține două tensiuni de funcționare în rețele trifazate. Cu alte cuvinte, schimbați puterea unui motor electric sau a unei instalații de încălzire prin simpla comutare a cablurilor de alimentare.
- Capacitatea de a reduce semnificativ pâlpâirea și efectul stroboscopic al lămpilor care utilizează lămpi fluorescente prin plasarea a trei lămpi în lampă, alimentate din faze diferite.
Datorită acestor avantaje, sistemele de alimentare trifazate au devenit răspândite în lume.
Termenul „fază” în ingineria energetică este de obicei înțeles ca o parte separată a circuitului electric al unui sistem multifazic sau, alternativ, un moment de timp în expresia sinusoidală a vectorilor de curent sau tensiune.
Caracteristica principală a multifazelor (n) sisteme constau in combinarea circuitelor separate cu aceiasi parametri electrici de fem, tensiune si curent, care sunt distantate in timp la aceleasi intervale ale perioadei ∆t=T/n exprimat, de asemenea, în valori ale fazei unghiulare ∆ωt=360/n(în grade) sau ∆ωt=2π/n(în radiani).
Circuite trifazate. În sectorul energetic, sunt utilizate trei circuite electrice combinate (faze), n=3. În consecință, toate lanțurile sunt distanțate la 120 de grade unghiulare. Pentru a le desemna în conformitate cu GOST, se folosesc următoarele:
Litere mari latine A, B, C ca denumire principală;
- cifre arabe 1, 2, 3
pentru marcaj suplimentar;
- litere mari latine R, S, Tîntr-un format internațional.
În timpul funcționării, organizația-mamă selectează aleatoriu prima fază "A", iar restul numere în succesiunea de trecere a vectorilor de tensiune (u) si curent (i) coordonatele direcției de nord.
Într-un sistem trifazat, se obișnuiește să se înțeleagă secvența directă ca rotație a vectorilor în funcționare normală A>B>C>Aîn sens invers acelor de ceasornic. În acest caz, vectorii din circuitul B rămân în urmă circuitului Ași depășiți lanțul C cu 120°.
Rotația opusă a vectorilor în sensul acelor de ceasornic este considerată o secvență inversă.
Fazele create în sistem pot fi combinate într-un singur circuit sau pot funcționa izolat, fără conexiuni reciproce. Într-un sistem decuplat, mărimile EMF instantanee în faze sunt separate printr-un unghi de 120° și alternează conform schemei A>B>C>A. Valorile lor sunt descrise prin formulele:
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°.
Diagramele grafice de funcții și expresiile vectoriale sunt explicate cu figurile corespunzătoare.
Într-un circuit trifazat simetric independent, regula se aplică întotdeauna: orice mărime variabilă e, u, i în fiecare moment de timp când sunt însumate sunt egale cu zero. Cu alte cuvinte: u A +u B +u C =0.
Ca exemplu, demonstrăm calculul sumelor EMF la trei valori unghiulare:
Cu sarcină egală pentru fiecare fază, când Z A =Z B =Z C =Ze jφ, se formează vectori de curent de fază identici ca lungime, dar deplasați în unghi față de tensiuni (EMF). Ele sunt distanțate la 120° și creează, de asemenea, un sistem simetric trifazic în care se aplică următoarele legi:
i A +i B +i C = 0;
I A +I B +I C =0.
Din trei sisteme neconectate, unul singur conectat se formează prin conectarea (combinarea) firelor de retur (retur) într-o singură autostradă. Cu această metodă, într-un fir generalizat, curentul total din cele trei faze se va aduna și va deveni egal cu zero. Procesul este descris de prima lege a lui Kirchhoff:
i N =i A +i B +i C =0.
Concluzia practică este evidentă: nu este nevoie de un fir de retur, ceea ce duce la economii semnificative de resurse materiale pentru transportul energiei electrice de la un generator trifazat la un receptor de putere trifazat.
Avantajele sistemelor trifazate:
1. Transportul energiei electrice printr-un circuit trifazat către consumatori din surse este mai eficient din punct de vedere economic decât pentru un număr diferit de faze. Prin reducerea numărului de autostrăzi de la 6 la 3, nu numai că economisești bani la fire, dar și pierderile de energie din acestea;
2. Pentru a crea un sistem trifazat, nu este necesar să se creeze structuri tehnice complexe. Mișcarea circulară rotativă a fost folosită de multă vreme pentru a acționa diverse generatoare și motoare;
3. Tehnologia de fabricație a generatoarelor, transformatoarelor și motoarelor trifazate este simplă și raționalizată, iar toate dispozitivele sunt fiabile, durabile, ieftine și de dimensiuni reduse;
4. Circuitul trifazat permite utilizarea simultană a receptoarelor electrice cu tensiuni nominale diferite, care diferă prin √3 , care este determinată de prezența a 2 niveluri de tensiune (fază și liniară). Ul=√3xUф.
Aceste avantaje evidente ale sistemelor au fost utilizate pe scară largă în sectorul energetic pentru generarea de energie electrică și transmiterea/distribuirea acesteia către receptorii de putere încă din 1989.
Fondatorul și dezvoltatorul lor este inginerul Mikhail Osipovich Dolivo-Dobrovolsky, care a lucrat pentru compania germană AEG (Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft).
Este imposibil să ne imaginăm un mod de viață modern fără electricitate și beneficiile pe care le aduc. Lipsa gazelor naturale este ușor compensată de sursele de căldură cu combustibil solid, este disponibilă și apă, dar fără electricitate vine adevăratul „sfârșit al lumii”.
Marea majoritate a centralelor electrice moderne generează curent alternativ trifazat. Printre avantajele sale, de remarcat în special este ușurința de producție și transformările ulterioare, fiabilitatea ridicată și simplitatea designului destinat acestuia.
Un sistem de curent electric trifazat este o combinație de trei circuite de curent monofazate cu aceeași frecvență și amplitudine, cu toate acestea, deplasate unul față de celălalt cu 120 de grade (sau, ceea ce este același lucru, 1/3 din perioadă) . Fiecare dintre aceste circuite se numește fază în consecință, toate trei formează un curent trifazat.
Baza teoretică este destul de simplă: un cadru metalic se rotește într-un câmp magnetic, traversând liniile de tensiune. Pentru a primi un curent electric, este suficient să conectați o sarcină la bornele sale și să creați un circuit. Dacă este necesar un curent trifazat, atunci dispozitivul devine mai complicat: mecanismul conține trei cadre identice, deplasate unul față de celălalt cu 120 de grade. Rezultatul este generarea a trei forțe electromotoare (EMF). În centralele electrice standard, viteza de rotație este constantă.
În practică, implementarea este ușor diferită de teorie. Curentul trifazat este creat de mașini speciale - generatoare. În ele, înfășurările circuitelor de fază sunt staționare (comparați cu teoria) și sunt situate într-un anumit fel pe polii statorului (partea staționară a mașinii). Și câmpul magnetic rotativ este creat de rotor. Momentul de rotație îi este conferit de energia căderii apei în centralele hidroelectrice, o turbină cu abur în centralele nucleare etc.
Una dintre caracteristicile circuitelor care utilizează curent trifazat este utilizarea a doar trei sau patru fire pe partea consumatorului - trifazat și neutru. Acest lucru poate fi realizat datorită metodei de conectare a înfășurărilor generatorului - stea sau triunghi.
O conexiune în stea înseamnă că capetele tuturor celor trei înfășurări converg la un punct zero. Pe baza legii lui Kirchhoff, rezultă că suma tuturor curenților din acest punct (nod) este egală cu zero, deci nu are loc un scurtcircuit. Din punctul zero, tensiunea măsurată între acest fir și oricare dintre cele trei fire liniare este de 1,73 ori mai mică decât valoarea tensiunii dintre firele liniare în sine. În primul caz se obține tensiunea de fază, iar în al doilea, liniară.
O caracteristică importantă a unei conexiuni în stea este necesitatea de a evita dezechilibrul de fază, adică de a controla faptul că curenții care curg în ramuri sunt aproximativ egali. Această mică diferență inevitabil duce la apariția unui curent mic în firul neutru, dar este mic.
Un tip complet diferit de conectare a înfășurărilor generatorului - un triunghi - vă permite să eliminați firul neutru. La implementarea acestuia, fiecare capăt al înfășurării este conectat la începutul următorului, formând în esență un triunghi, iar tensiunile sunt îndepărtate de la vârfurile sale. Cu această metodă, fază și sunt egale. De asemenea, este necesar să se controleze egalitatea curenților din ramuri, deoarece dacă aceasta este ignorată, valoarea totală a curentului într-un circuit închis poate deveni excesivă, provocând încălzirea și defectarea generatorului.
Majoritatea motoarelor electrice proiectate pentru o rețea trifazată oferă posibilitatea de a alege metoda de conectare a înfășurărilor la stea sau triunghi. Acest lucru vă permite să selectați tensiunea de funcționare. Deci, atunci când conectați înfășurările de sarcină cu o stea, tensiunea calculată va fi de 1,73 ori mai mică decât în cazul unui triunghi.
Mulți au auzit cuvinte atât de misterioase ca o singură fază, trei faze, zero, împământare sau Pământ, și să știți că acestea sunt concepte importante în lumea electricității. Cu toate acestea, nu toată lumea înțelege ce înseamnă și cum se raportează la realitatea înconjurătoare. Cu toate acestea, este necesar să știți acest lucru.
Fără a intra în detalii tehnice care nu sunt necesare pentru meșteșugul de acasă, putem spune că retea trifazata- aceasta este o metodă de transmitere a curentului electric atunci când curentul alternativ trece prin trei fire și se întoarce înapoi printr-unul. Cele de mai sus necesită unele clarificări. Orice circuit electric este format din două fire. Într-un fel, curentul ajunge la consumator (de exemplu, un ibric), iar celălalt îl întoarce înapoi. Dacă deschideți un astfel de circuit, atunci nu va curge curent. Aceasta este toată descrierea unei rețele monofazate (Fig. 1).
Orez. 1. Schema circuitului monofazat
Sârma prin care curge curentul se numește fază, sau pur și simplu fază și prin care se întoarce - zero, sau zero. Un circuit trifazat este format din fire de trei faze și un fir de retur. Acest lucru este posibil deoarece faza curentului alternativ din fiecare dintre cele trei fire este deplasată față de cel adiacent cu 120 °C (Fig. 2). Un manual de electromecanică vă va ajuta să răspundeți mai detaliat la această întrebare.
Orez. 2. Schema circuitului trifazat
Transmisia curentului alternativ are loc exact folosind rețele trifazate. Acest lucru este benefic din punct de vedere economic - nu sunt necesare încă două fire neutre. Apropiindu-se de consumator, curentul este împărțit în trei faze, iar fiecare dintre ele primește un zero. Așa intră în apartamente și case. Deși uneori o rețea trifazată este alimentată direct în casă. De regulă, vorbim de sectorul privat, iar această stare de fapt are argumente pro și contra. Acest lucru va fi discutat mai târziu.
Pământ, sau mai corect, împământare- al treilea fir de intrare retea monofazata. În esență, nu suportă sarcina de muncă, ci servește ca un fel de siguranță.
Acest lucru poate fi explicat cu un exemplu. Când electricitatea scapă de sub control (cum ar fi un scurtcircuit), există riscul de incendiu sau șoc electric. Pentru a preveni acest lucru (adică valoarea curentă nu trebuie să depășească un nivel care este sigur pentru oameni și dispozitive), se introduce împământarea. Prin acest fir, excesul de electricitate intră literalmente în pământ (Fig. 3).
Orez. 3. Cel mai simplu
Încă un exemplu. Să presupunem că are loc o mică defecțiune în funcționarea motorului electric al unei mașini de spălat și o parte din curentul electric ajunge în carcasa metalică exterioară a dispozitivului. Dacă nu există împământare, această încărcare va continua să rătăcească în jurul mașinii de spălat. Când o persoană o atinge, va deveni instantaneu cea mai convenabilă priză pentru această energie, adică va primi un șoc electric. Dacă există un fir de împământare în această situație, excesul de încărcare va curge în jos fără a dăuna nimănui. În plus, se poate spune că conductor neutru poate fi și împământare și, în principiu, este, dar numai la o centrală electrică.
Unii meșteri, bazându-se pe cunoștințele de bază de inginerie electrică, instalează fir neutru ca unul de împământare. Nu face niciodată asta. Dacă firul neutru se rupe, carcasele dispozitivelor împământate vor fi sub tensiune de 220 V.
În 99% din cazuri, pentru un apartament este instalată o rețea monofazată. Este foarte ușor să-l deosebești de trifazat. Dacă cablul de intrare are 3 sau 2 fire, atunci rețeaua este monofazată, când 5 sau 4 - trifazată (Fig. 4).
Orez. 4. Cablul devine cu patru fire sau cu două fire dacă firul de împământare este îndepărtat
După cum știți, curentul trifazat curge prin fire care transmit energie la distanță - acest lucru este mai profitabil. Intră în apartament monofazat. Împărțirea unui circuit trifazat în 3 circuite monofazate are loc în ASU. Un cablu cu cinci fire intră acolo și un cablu cu trei fire iese (Fig. 5).
Orez. 5. Schema de împărțire a unei rețele trifazate în consumatori monofazați
La întrebarea unde se duc ceilalți 2, răspunsul este simplu: ei hrănesc alte apartamente. Asta nu inseamna ca sunt doar 3 apartamente, pot fi tot atatea atata timp cat cablul rezista. Doar că în interiorul scutului există un circuit pentru deconectarea unui circuit trifazat în unul monofazat (Fig. 6).
Orez. 6. Rețea electrică monofazată
La fiecare fază care se extinde în apartament se adaugă zeroȘi împământare, și așa obțineți un cablu cu trei fire.
Ideal în retea trifazata doar unul zero. Nu este nevoie de mai mult, deoarece curentul este deplasat în fază unul față de celălalt cu o treime. Zero este un conductor neutru în care nu există tensiune. Nu are potențial față de masă, spre deosebire de potențialul de fază, în care tensiunea este egală cu 220 V. Într-o pereche fază-fază, tensiunea 380 V. Într-o rețea trifazată la care nu este conectat nimic, nu există tensiune în conductorul neutru. Cele mai interesante lucruri încep să se întâmple atunci când rețeaua este conectată la un circuit monofazat. O fază intră în apartament, unde sunt 2 becuri și un frigider, iar a doua - unde sunt 5 aparate de aer condiționat, 2 calculatoare, un duș, un aragaz cu inducție etc. (Fig. 7).
Orez. 7. Rețea electrică trifazată
Este clar ca sarcina pe aceste 2 faze nu este aceeasi si nu se vorbeste de vreun conductor neutru. Pe ea apare și tensiune și cu cât sarcina este mai neuniformă, cu atât este mai mare.
Fazele nu se mai compensează reciproc, astfel încât totalul este zero.
Recent, situația cu necompensarea curenților într-o astfel de rețea a fost agravată de apariția unor noi aparate electrice, care se numesc pulsate. Când sunt pornite, consumă mult mai multă energie decât în timpul funcționării normale. Aceste dispozitive cu impulsuri, cuplate cu diferite sarcini pe faze, creează astfel de condiții încât în conductorul neutru (zero) să apară o tensiune care poate fi de 2 ori mai mare decât în orice fază. Cu toate acestea, neutrul este același secțiuni, ca firul de fază, dar sarcina este mai mare.
De aceea, recent un fenomen numit epuizare zero- conductorul neutru pur și simplu nu poate face față sarcinii și se arde. Nu este ușor să combateți acest fenomen: trebuie fie să măriți secțiunea transversală a firului neutru (care este scump), fie să distribuiți sarcina uniform între 3 faze (ceea ce este imposibil într-un bloc de locuințe). În cel mai rău caz, puteți cumpăra un transformator de izolare coborâtor, cunoscut și sub numele de Regulator de voltaj.
In privat Acasă situația este mai bună, deoarece există un singur proprietar și este mult mai ușor să distribuiți electricitatea în faze. Este chiar o activitate distractivă... calcula puterea aparate electrice și distribuiți-le pe faze astfel încât sarcina să fie aceeași. Toate calculele sunt făcute aproximativ și nu înseamnă deloc că trebuie să aprindeți luminile și 2 televizoare, iar dacă o mașină de tâmplărie începe să lucreze pe stradă, acest lucru este exagerat. Totul depinde de dorința proprietarului casei: de a instala o rețea trifazată sau una monofazată. Există argumente pro și contra aici.
Dezavantajele unei rețele trifazate 2.
1. Tensiunea dintr-o anumită zonă depinde foarte mult de munca altora. Dacă una dintre faze este supraîncărcată, celelalte pot să nu funcționeze corect. Acest lucru se poate manifesta în orice fel. Pentru a preveni acest lucru, aveți nevoie de un stabilizator - nu este un lucru ieftin.
2. Aveți nevoie de echipamente în tabloul de distribuție concepute special pentru o rețea trifazată, precum și costurile de instalare a unei rețele trifazate. Vor fi mai mari decât pentru monofazat. În plus, trebuie să cunoașteți regulile de funcționare a rețelelor trifazate.
Avantajele unei rețele trifazate de asemenea 2.
1. O rețea trifazată vă permite să obțineți mai multă putere. Dacă o rețea monofazată cu o putere totală a dispozitivelor de 10 kW se confruntă deja cu suprasarcini, atunci o rețea trifazată se descurcă bine cu 30 kW. Exemplul este foarte simplu. Dacă doar 1 fază intră în casă de la linia de alimentare, atunci cu o secțiune transversală a conductorului de intrare de 16 mm2 maximul putere va fi de numai 14 kW, iar dacă toate cele 3 faze sunt deja de 42 kW. Diferența este destul de vizibilă.
2. Devine extrem de ușor să conectați aparate electrice care au putere trifazată (sobe electrice). Cel mai important lucru în cazul unei locuințe private sunt motoarele electrice trifazate, care sunt instalate pe multe utilaje.
Cel mai popular circuit electric este considerat a fi o linie trifazată, care are avantaje semnificative față de alte tipuri de conexiune. În comparație cu circuitele multifazate, o linie trifazată este mai economică în ceea ce privește consumul de material, iar în comparație cu liniile monofazate, este capabilă să transmită o tensiune mai mare.
În plus, această conexiune este utilizată pentru includerea în circuitul motoarelor electrice: cu ajutorul ei, se formează cu ușurință un câmp magnetic, care este utilizat în mod activ pentru pornirea motoarelor și generatoarelor electrice. Un alt avantaj al unui sistem trifazat este capacitatea de a obține diferite tensiuni de funcționare. În funcție de metoda de conectare a sarcinii, se face distincția între tensiunea liniară și cea de fază primită de la linia de alimentare.
Definiții de bază
În primul rând, să ne amintim câteva definiții.
Sistem trifazat
Un sistem trifazat este o combinație de trei circuite electrice care sunt generate de o sursă, dar sunt deplasate în fază unul față de celălalt.
Fază
În acest caz, fiecare circuit electric al unui sistem polifazat se numește fază. Începutul fazei este considerat a fi terminalul sau capătul conductorului prin care curentul electric intră în circuitul dat. În acest caz, capetele fazelor pot fi conectate între ele. În acest caz, EMF totală începe să acționeze în circuitul electric, iar sistemul se numește conectat. Acesta este utilizat pe scară largă pentru alimentarea motoarelor electrice.
Metode de conectare
Conexiunea trifazată este utilizată pe scară largă pentru a porni înfășurările motoarelor și generatoarelor electrice. În acest caz, două opțiuni sunt utilizate pentru conectarea înfășurărilor cu conductori purtători de curent.
- La conectarea cu o stea, numărul de fire de conectare este redus de la șase la patru, ceea ce are un efect pozitiv asupra durabilității conexiunilor. Firele de alimentare sunt conectate la începutul înfășurării, iar capetele sunt combinate într-un nod numit punctul N sau neutrul generatorului. Această opțiune de conectare vă permite să treceți la o conexiune cu trei fire, dar numai dacă receptorul de sarcină trifazat conectat este simetric;
- Când înfășurările sunt încrucișate într-un triunghi, ele creează un circuit închis care are o rezistență relativ mică. Această conexiune este utilizată la conectarea unui sistem simetric de trei EMF: în acest caz, în absența unei sarcini, nu apare curent în circuit.
O conexiune în stea este folosită mai des pentru a conecta amplificatoare și stabilizatori la o rețea de 220 de volți și pornirea moale a motoarelor electrice atunci când sunt alimentate de 380V. Conexiunea delta permite motoarelor să obțină putere maximă, astfel încât este mai des folosită în scopuri industriale în care sunt necesare performanțe ridicate ale echipamentelor.
Tensiuni de fază și linie
La începutul articolului, am observat că o conexiune trifazată vă permite să obțineți două tensiuni diferite: liniară și fază. Să aruncăm o privire mai atentă la ce este.
- Tensiunea de fază apare atunci când este conectată la miezul neutru și la una dintre cele trei faze ale circuitului;
- Tensiunea de linie este generată atunci când este conectată la oricare două faze. Electricienii o numesc interfaza, care este mai apropiată de metoda de măsurare.
Acum să vedem care este diferența dintre aceste două definiții.
În condiții normale, indicatorii de tensiune liniară sunt aceiași între orice faze și sunt de 1,73 ori mai mari decât indicatorii de tensiune de fază. Mai simplu spus, în conformitate cu standardele interne, tensiunea liniară este de 380 de volți, iar tensiunea de fază este de 220V. Astfel de caracteristici ale liniilor trifazate și-au găsit aplicația în furnizarea de alimentare neîntreruptă atât pentru consumatorii industriali, cât și pentru cei casnici.
Este de remarcat faptul că doar un circuit trifazat cu patru fire are aceste caracteristici, a cărui tensiune nominală este marcată ca 380/220V. Din această denumire devine clar că este posibil să se conecteze o gamă largă de consumatori la această linie, proiectată pentru un curent nominal de 380V și 220 de volți.
Notă! Este important de știut că atunci când tensiunea de linie scade (scade), se modifică și tensiunea de fază. Mai mult, indicatorul de tensiune de fază este ușor de calculat dacă valorile liniare sunt cunoscute. Pentru a face acest lucru, trebuie să extrageți rădăcina pătrată a lui trei din indicatorii liniari. Datele obținute vor fi egale cu tensiunea de fază.
Datorită caracteristicilor descrise mai sus și varietatea de conexiuni posibile, circuitul trifazat cu patru fire a devenit larg răspândit. Domeniul de aplicare al unei astfel de scheme de alimentare este universal. Prin urmare, este folosit pentru a alimenta instalații mari cu consumatori puternici, clădiri rezidențiale, de birouri și administrative și alte structuri.
În acest caz, nu este deloc necesară conectarea ambelor tipuri de consumatori la 380V și 220V. De exemplu, în clădirile rezidențiale, cel mai adesea sunt folosite numai aparate electrocasnice evaluate pentru 220 de volți. În acest caz, este important să se asigure o sarcină uniformă pe toate cele trei faze prin distribuirea corectă a puterii de conectare la fiecare linie individuală. În blocurile de locuințe, acest lucru este asigurat de ordinea eșalonată a conectării apartamentelor la conductorii de fază. Într-o casă privată (dacă există o intrare de 380 V), va trebui să distribuiți singur sarcina de-a lungul liniilor dedicate.
Acum știți ce tipuri de tensiuni pot fi obținute dintr-un circuit trifazat, ce metode de conectare la un cablu cu patru fire sunt utilizate pentru aceasta. Aceste cunoștințe vor fi utile atât pentru electricieni, cât și pentru consumatorii obișnuiți.
