กระแสสลับสามเฟส

ปัจจุบันเป็นระบบไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟสที่ใช้กันมากที่สุดทั่วโลก

วงจรไฟฟ้าสามเฟสเรียกว่าระบบที่ประกอบด้วยวงจรสามวงจรที่กระแสสลับทำงาน, EMF ที่มีความถี่เดียวกัน, ออกจากเฟสซึ่งกันและกัน 1/3 ของช่วงเวลา (φ=2π/ 3) แต่ละวงจรของระบบดังกล่าวเรียกสั้น ๆ ว่าเฟสและระบบของกระแสสลับที่เปลี่ยนเฟสสามเฟสในวงจรดังกล่าวเรียกง่าย ๆ ว่ากระแสสามเฟส

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเกือบทั้งหมดที่ติดตั้งในโรงไฟฟ้าของเราเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟส... โดยพื้นฐานแล้ว เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดังกล่าวแต่ละเครื่องมีการเชื่อมต่อในเครื่องไฟฟ้าหนึ่งเครื่องที่มีเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับสามเครื่อง ซึ่งออกแบบในลักษณะที่เหนี่ยวนำในเครื่องเหล่านั้น อีเอ็มเอฟ ขยับสัมพันธ์กันหนึ่งในสามของช่วงเวลาดังรูป 1.

ข้าว. 1. กราฟของการพึ่งพาเวลาของ EMF ที่เกิดขึ้นในขดลวดกระดองของเครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้าสามเฟส

วิธีการใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้านั้นง่ายต่อการเข้าใจจากวงจรในรูปที่ 2.

ข้าว. 2. สายอิสระสามคู่เชื่อมต่อกับเกราะสามตัวของเครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้าสามเฟสป้อนเครือข่ายแสงสว่าง

มีเกราะอิสระสามอันที่อยู่บนสเตเตอร์ของเครื่องจักรไฟฟ้าและชดเชยด้วย 1/3 ของวงกลม (120O) ตัวเหนี่ยวนำร่วมของเกราะทั้งหมดจะหมุนที่กึ่งกลางของเครื่องใช้ไฟฟ้าที่แสดงในแผนภาพในรูปแบบ แม่เหล็กถาวร.

ในแต่ละขด เกิดการสลับ EMF ความถี่เดียวกัน แต่เวลาที่ emfs เหล่านี้ผ่านศูนย์ (หรือผ่านค่าสูงสุด) ในแต่ละขดลวดจะเลื่อนไป 1/3 ของช่วงสัมพันธ์กัน เนื่องจากตัวเหนี่ยวนำผ่านขดลวดแต่ละช่วงช้ากว่า 1/3 ของช่วง จากตอนที่แล้ว

ขดลวดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามเฟสแต่ละเครื่องเป็นเครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้าอิสระและแหล่งพลังงานไฟฟ้า โดยต่อสายไฟเข้าที่ปลายแต่ละด้านดังรูป 2, เราจะได้วงจรอิสระสามวงจร ซึ่งแต่ละวงจรสามารถจ่ายไฟให้กับตัวรับไฟฟ้าบางตัวได้ เป็นต้น โคมไฟฟ้า.

ในกรณีนี้ เพื่อถ่ายโอนพลังงานทั้งหมดที่ถูกดูดซับ เครื่องรับไฟฟ้าต้องใช้สายไฟหกเส้น อย่างไรก็ตามเป็นไปได้ที่จะเชื่อมต่อขดลวดของเครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้าแบบสามเฟสในลักษณะที่จัดการกับสายไฟสี่หรือสามเส้นนั่นคือช่วยประหยัดสายไฟได้อย่างมาก

วิธีแรกเรียกว่าการเชื่อมต่อแบบดาว (รูปที่ 3)

ข้าว. 3. ระบบสายไฟสี่สายเมื่อเชื่อมต่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามเฟสกับดาว โหลด (กลุ่มของหลอดไฟฟ้า I, II, III) มาพร้อมกับแรงดันเฟส

เราจะเรียกขั้วของขดลวด 1, 2, 3 ว่าจุดเริ่มต้น และขั้ว 1′, 2′, 3′ เป็นจุดสิ้นสุดของเฟสตามลำดับ

การเชื่อมต่อของดวงดาวคือเราเชื่อมต่อปลายของขดลวดทั้งหมดเข้ากับจุดหนึ่งของเครื่องกำเนิดซึ่งเรียกว่าจุดศูนย์หรือเป็นกลาง และเราเชื่อมต่อเครื่องกำเนิดกับเครื่องรับไฟฟ้าด้วยสายไฟสี่เส้น: สามเส้นที่เรียกว่าเชิงเส้น สายไฟที่มาจากจุดเริ่มต้นของขดลวด 1, 2, 3 และลวดที่เป็นกลางหรือเป็นกลางที่ออกจากจุดศูนย์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ระบบสายไฟนี้เรียกว่าสี่สาย

แรงดันไฟฟ้าระหว่างจุดศูนย์และจุดกำเนิดของแต่ละเฟสเรียกว่า แรงดันเฟส และแรงดันไฟฟ้าระหว่างจุดกำเนิดของขดลวด นั่นคือ จุด 1 และ 2, 2 และ 3, 3 และ 1 เรียกว่า เส้น... เฟส แรงดันไฟฟ้ามักจะหมายถึง U1, U2, U3 หรือในรูปแบบทั่วไป Uf และแรงดันไฟฟ้าสาย — U12, U23, U31 หรือโดยทั่วไปในรูปแบบ Ul

ระหว่างแอมพลิจูดหรือค่าเฉลี่ย แรงดันเฟสและสาย เมื่อเชื่อมต่อขดลวดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากับดาวจะมีอัตราส่วน Ul = √3Uf ≈ 1.73Ue

ตัวอย่างเช่น หากแรงดันเฟสของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าคือ Uf = 220 V ดังนั้นเมื่อเชื่อมต่อขดลวดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในดาว แรงดันไฟฟ้าของเส้น Ul คือ 380 V.

ในกรณีของการโหลดเครื่องกำเนิดสามเฟสอย่างสม่ำเสมอนั่นคือด้วยกระแสเท่ากันโดยประมาณในแต่ละอันกระแสในสายกลางจะเป็นศูนย์... ดังนั้นในกรณีนี้คุณสามารถถอดสายกลางและ เปลี่ยนไปใช้ระบบสามสายที่ประหยัดยิ่งขึ้น ในกรณีนี้ โหลดทั้งหมดจะเชื่อมต่อระหว่างตัวนำเส้นคู่ที่สอดคล้องกัน

ในโหลดที่ไม่สมดุล กระแสในตัวนำที่เป็นกลางจะไม่เป็นศูนย์ แต่โดยทั่วไปแล้วจะบอกว่าน้อยกว่ากระแสในตัวนำเส้น ดังนั้นลวดที่เป็นกลางสามารถบางกว่าลวดเส้น

เมื่อใช้งานกระแสสลับสามเฟส พวกเขาพยายามทำให้โหลดในเฟสต่างๆ เท่ากันมากที่สุดนั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมเมื่อจัดเครือข่ายแสงสว่างของบ้านหลังใหญ่ที่มีระบบสี่สายจะมีการแนะนำลวดที่เป็นกลางและหนึ่งในเส้นตรงในแต่ละอพาร์ทเมนต์ในลักษณะที่โดยเฉลี่ยแล้วแต่ละเฟสมีค่าใกล้เคียงกัน โหลด

อีกวิธีในการเชื่อมต่อขดลวดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซึ่งอนุญาตให้เดินสายสามสายได้เช่นกันคือการเชื่อมต่อแบบเดลต้าที่แสดงในรูปที่ 4.

ข้าว. 4. แผนภาพการเชื่อมต่อของขดลวดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามเฟสพร้อมรูปสามเหลี่ยม

ที่นี่จุดสิ้นสุดของขดลวดแต่ละอันเชื่อมต่อกับจุดเริ่มต้นของอันถัดไปดังนั้นจึงเป็นรูปสามเหลี่ยมปิดและสายไฟเชื่อมต่อกับจุดยอดของสามเหลี่ยมนี้ - จุดที่ 1, 2 และ 3 เมื่อเชื่อมต่อกับรูปสามเหลี่ยม แรงดันไฟฟ้าของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเท่ากับแรงดันเฟส: Ul = Ue

ดังนั้นการสลับขดลวดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจากดาวเป็นเดลต้าทำให้แรงดันเครือข่ายลดลงใน √3 ≈ 1.73 เท่า... การเชื่อมต่อเดลต้ายังทำได้เฉพาะกับโหลดเฟสเดียวกันหรือเกือบเท่ากันเท่านั้น มิฉะนั้นกระแสในวงปิดของขดลวดจะแรงเกินไปซึ่งเป็นอันตรายต่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

เมื่อใช้กระแสสามเฟส ตัวรับ (โหลด) ที่แยกจากกันที่ป้อนด้วยสายคู่ที่แยกจากกันสามารถเชื่อมต่อในลักษณะดาวได้ นั่นคือเพื่อให้ปลายด้านหนึ่งเชื่อมต่อกับจุดร่วม และอีกสามปลายอิสระคือ เชื่อมต่อกับสายเครือข่ายหรือสามเหลี่ยมนั่นคือเพื่อให้โหลดทั้งหมดเชื่อมต่อเป็นอนุกรมและสร้างวงจรทั่วไปไปยังจุดที่ 1, 2, 3 ซึ่งเชื่อมต่อสายเชิงเส้นของเครือข่าย

ในรูป 5 แสดงการเชื่อมต่อดาวของโหลดด้วยระบบสายไฟสามสายและในรูปที่6 — ด้วยระบบการเดินสายสี่สาย (ในกรณีนี้จุดร่วมของโหลดทั้งหมดเชื่อมต่อกับสายกลาง)

ในรูป 7 แสดงไดอะแกรมการเชื่อมต่อโหลดเดลต้าสำหรับระบบสายไฟสามสาย

ข้าว. 5. การเชื่อมต่อสตาร์ของโหลดด้วยระบบสายไฟสามสาย

ข้าว. 6. การเชื่อมต่อสตาร์ของโหลดด้วยระบบสายไฟสี่สาย

ข้าว. 7. การเชื่อมต่อเดลต้าของโหลดด้วยระบบสายไฟสามสาย

ในทางปฏิบัติสิ่งสำคัญคือต้องพิจารณาสิ่งต่อไปนี้ เมื่อโหลดเชื่อมต่อแบบเดลต้า โหลดแต่ละตัวจะอยู่ภายใต้แรงดันไฟฟ้าของสาย และเมื่อเชื่อมต่อแบบสตาร์ จะอยู่ภายใต้แรงดันไฟฟ้าน้อยกว่า √3 เท่า สำหรับกรณีของระบบสี่สาย สิ่งนี้ชัดเจนจากรูปที่ 6. แต่ก็เหมือนกันกับระบบสามสาย (รูปที่ 5)

ระหว่างคู่ของแรงดันไฟฟ้าแต่ละเส้นที่นี่ โหลดสองตัวเชื่อมต่อแบบอนุกรม กระแสที่เปลี่ยนเฟสไป 2π/ 3 แรงดันไฟฟ้าในแต่ละโหลดจะเท่ากับแรงดันเครือข่ายที่สอดคล้องกันหารด้วย √3

ดังนั้นเมื่อเปลี่ยนโหลดจากสตาร์เป็นเดลต้า แรงดันไฟฟ้าที่แต่ละโหลดและกระแสในโหลดนั้นจะเพิ่มขึ้น √3 ≈ 1.73 เท่า ตัวอย่างเช่นหากแรงดันไฟฟ้าของเครือข่ายสามสายคือ 380 V ดังนั้นเมื่อเชื่อมต่อกับดาว (รูปที่ 5) แรงดันไฟฟ้าของโหลดแต่ละอันจะเท่ากับ 220 V และเมื่อเชื่อมต่อกับ a สามเหลี่ยม (รูปที่ 7) จะเท่ากับ 380 V.

มีการใช้ข้อมูลจากตำราฟิสิกส์ที่แก้ไขโดย G.S. Landsberg ในการจัดทำบทความ