Трехфазные цепи

При изучении электродинамики мы рассматривали только двухпроводные линии электрических цепей постоянного и переменного тока. Однако в силу целого ряда преимуществ на практике получили широкое применение цепи, в которых переменный электрический ток течет одновременно по нескольким проводам, но со сдвинутыми фазами колебаний.

Если в линии электропередачи действуют одновременно три переменных э. д. с, колебания которых сдвинуты друг по отношению к другу по фазе на угол 120°, то такую линию электропередачи называют трехфазной, а электрический ток — трехфазным.

Для получения трехфазного тока в синхронном генераторе размещают три обмотки 1, 2 и 3, плоскости которых повернуты друг по отношению к другу на угол 120°. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, в обмотках при вращении ротора индуцируются переменные э. д. с. с одинаковыми частотами, но с фазами, сдвинутыми друг по отношению к другу на угол 120°.

В электротехнике термин фаза имеет два значения: понятие, характеризующее стадию периодического процесса, и наименование однофазных цепей, образующих многофазную систему.

В трехфазных системах токи (напряжения) фаз сдвинуты на одну треть периода, т.е. на 120°.

При вращении магнита в обмотках индуктируются ЭДС, сдвинутые во времени на 120°.

Ниже приведены выражения для ЭДС фаз А, В, С и их векторная диаграмма:

Мощности трехфазной цепи

В трехфазных цепях, так же как и в однофазных, пользуются понятиями активной, реактивной и полной мощностей.

Соединение потребителей звездой
В общем случае несимметричной нагрузки активная мощность трехфазного приемника равна сумме активных мощностей отдельных фаз
P = Pa + Pb + Pc,
где
Pa = Ua Ia cos φa; Pb = Ub Ib cos φb; Pc = Uc Ic cos φc;
Ua, Ub, Uc; Ia, Ib, Ic – фазные напряжения и токи;
φa, φb, φc – углы сдвига фаз между напряжением и током.

Реактивная мощность соответственно равна алгебраической сумме реактивных мощностей отдельных фаз
Q = Qa + Qb + Qc,
где
Qa = Ua Ia sin φa;
Qb = Ub Ib sin φb;
Qc = Uc Ic sin φc.

Полная мощность отдельных фаз
Sa = Ua Ia; Sb = Ub Ib; Sc = Uc Ic.
Полная мощность трехфазного приемника
.

При симметричной системе напряжений (Ua = Ub = Uc = UФ)
и симметричной нагрузке (Ia = Ib = Ic = IФ; φa = φb = φc = φ)
фазные мощности равны Pa = Pb = Pc = PФ = UФ IФ cos φ;
Qa = Qb = Qc = QФ = UФ IФ sin φ.
Активная приемника мощность симметричного
P = 3 PФ = 3 UФ IФ cos φ.
трехфазного

Аналогично выражается и реактивная мощность
Q = 3 QФ = 3 UФ IФ sin φ.
Полная мощность
S = 3 SФ = 3 UФ IФ.
Отсюда следует, что в трехфазной цепи при симметричной
системе напряжений и симметричной нагрузке достаточно
измерить мощность одной фазы и утроить результат.

Соединение потребителей треугольником
В общем случае несимметричной нагрузки активная мощность трехфазного приемника равна сумме активных мощностей отдельных фаз
P = Pab + Pbc + Pca,
где
Pab = Uab Iab cos φab;
Pbc = Ubc Ibc cos φbc;
Pca = Uca Ica cos φca;
Uab, Ubc, Uca; Iab, Ibc, Ica – фазные напряжения и токи;
φab, φbc, φca – углы сдвига фаз между напряжением и током.

Реактивная мощность соответственно равна алгебраической
сумме реактивных мощностей отдельных фаз
Q = Qab + Qbc + Qca,
где
Qab = Uab Iab sin φab;
Qbc = Ubc Ibc sin φbc;
Qca = Uca Ica sin φca.

Полная мощность отдельных фаз
Sab = Uab Iab;
Sbc = Ubc Ibc;
Sca = Uca Ica.
Полная мощность трехфазного приемника
. Об этом говорит сайт https://intellect.icu .

При симметричной системе напряжений
Uab = Ubc = Uca = UФ
и симметричной нагрузке
Iab = Ibc = Ica = IФ; φab = φbc = φca = φ
фазные мощности равны
Pab = Pbc = Pca = PФ = UФ IФ cos φ;
Qab = Qbc = Qca = QФ = UФ IФ sin φ.

Активная приемника мощность симметричного трехфазного
P = 3 PФ = 3 UФ IФ cos φ.
Аналогично выражается и реактивная мощность
Q = 3 QФ = 3 UФ IФ sin φ.
Полная мощность
S = 3 SФ = 3 UФ IФ.

Так как за номинальные величины обычно принимают линейные напряжения и токи, то мощности удобней выражать через линейные величины UЛ и IЛ.
При соединении фаз симметричного приемника звездой
UФ = UЛ / , IФ = IЛ, при соединении треугольником
UФ = UЛ, IФ = IЛ / . Поэтому независимо от схемы соединения фаз приемника активная мощность при
симметричной нагрузке определяется одной и той же формулой

где UЛ и IЛ – линейное напряжение и ток; cos φ – фазный.

Обычно индексы «л» и «ф» не указывают и формула принимает вид
P = U I cos φ.
Соответственно реактивная мощность
Q = U I sin φ.
и полная мощность
S = U I.
При этом надо помнить, что угол φ является углом сдвига фаз между фазными напряжением и током, и, что при неизмененном линейном напряжении, переключая приемник со звезды в треугольник его мощность увеличивается в три раза:
Δ P = Υ 3P.

Как измерить мощность в цепи трехфазного переменного тока

Мощность в цепи трехфазного тока может быть измерена с помощью одного, двух и трех ваттметров. Метод одного прибора применяют в трехфазной симметричной системе. Активная мощность всей системы равна утроенной мощности потребления по одной из фаз.

При соединении нагрузки звездой с доступной нулевой точкой или если при соединении нагрузки треугольником имеется возможность включить обмотку ваттметра последовательно с нагрузкой, можно использовать схемы включения, показанные на рис. 1.

Рис. 1 Схемы измерения мощности трехфазного переменного тока при соединении нагрузок а — по схеме звезды с доступной нулевой точкой; б — по схеме треугольника с помощью одного ваттметра

Если нагрузка соединена звездой с недоступной нулевой точкой или треугольником, то можно применить схему с искусственной нулевой точкой (рис. 2). В этом случае сопротивления должны быть равны Rвт+ Rа = Rb =Rc.

Рис 2. Схема измерения мощности трехфазного переменного тока одним ваттметром с искусственной нулевой точкой

Читать еще: Как сделать автоматическое аварийное освещение своими руками?

Для измерения реактивной мощности токовые концы ваттметра включают в рассечку любой фазы, а концы обмотки напряжения — на две другие фазы (рис. 3). Полнаяреактивная мощность определяется умножением показания ваттметра на корень из трех. (Даже при незначительной асимметрии фаз применение данного метода дает значительную погрешность).

Рис. 3. Схема измерения реактивной мощности трехфазного переменного тока одним ваттметром

Методом двух приборов можно пользоваться при симметричной и несимметричной нагрузке фаз. Три равноценных варианта включения ваттметров для измерения активной мощности показаны на рис. 4. Активная мощность определяется как сумма показаний ваттметров.

При измерении реактивной мощности можно применять схему рис. 5, а с искусственной нулевой точкой. Для создания нулевой точки необходимо выполнить условие равенства сопротивлений обмоток напряжений ваттметров и резистора R. Реактивная мощность вычисляется по формуле

где Р1 и Р2 — показания ваттметров.

По этой же формуле можно вычислить реактивную мощность при равномерной загрузке фаз и соединении ваттметров по схеме рис. 4. Достоинство этого способа в том, что по одной и той же схеме можно определить активную и реактивную мощности. При равномерной загрузке фаз реактивная мощность может быть измерена по схеме рис. 5, б.

Метод трех приборов применяется при любой нагрузке фаз. Активная мощность может быть замерена по схеме рис. 6. Мощность всей цепи определяется суммированием показаний всех ваттметров.

Рис. 4. Схемы измерения активной мощности трехфазного переменного тока двумя ваттметрами а — токовые обмотки включены в фазы А и С; б — в фазы А и В; в — в фазы В и С

Реактивная мощность для трех- и четырехпроводной сети измеряется по схеме рис. 7 и вычисляется по формуле

где РA, РB, РC — показания ваттметров, включенных в фазы А, В, С.

Рис. 5. Схемы измерения реактивной мощности трехфазного переменного тока двумя ваттметрами

Рис. 6. Схемы измерения активной мощности трехфазного переменного тока тремя ваттметрами а — при наличии нулевого провода; б — с искусственной нулевой точкой

На практике обычно применяют одно-, двух- и трехэлементные трехфазные ваттметры соответственно методу измерения.

Чтобы расширить предел измерения, можно применить все указанные схемы при подключении ваттметров через измерительные трансформаторы тока и напряжения. На рис. 8 в качестве примера показана схема измерения мощности по методу двух приборов при включении их через измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Рис. 8. Схемы включения ваттметров через измерительные трансформаторы.

Категории товаров

Буры и сверла
Инструменты
- Инструмент WITTE
  - Отвертки
- Инструмент Stabila
  - Рулетки
  - Уровни
- ИНСТРУМЕНТ KNIPEX
  - Отвертки
  - Ключи,клещи
  - ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ СНЯТИЯ ИЗОЛЯЦИИ
  - ПАССАТИЖИ, БОКОРЕЗЫ
Крепеж
- Шпилька
- Дюбель
  - Дюбель металлический для газобетона
  - Дюбель складной пружинный,крючок
  - Дюбель пластиковый
- Рым-гайка
- Саморезы
  - Черные /частый шаг/
  - Черные /редкий шаг/
- Дюбель-гвоздь
- Гвозди
- Гайки
- Анкера
  - Рамные
  - Забивной
  - Анкерный болт
- Перфорированный крепеж
  - Уголки
    - Анкерные
    - Усиленные
    - Скользящие
    - Ровносторонние
    - Уголки под 135 градусов
    - Обычные
    - Ассиметричные
    - Z-образные
  - Скользящая опора
  - Перфолента
  - Пластины
  - Опоры бруса
  - Держатель балки
Щиты
- tekfor
Кондиционеры
Вентиляция
- ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ ДЛЯ БАНИ И САУНЫ
- ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ
- КРЫШНЫЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ
- ПОТОЛОЧНЫЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ
- ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ (РАДИАЛЬНЫЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ)
- ПЛАСТИКОВЫЕ ВОЗДУХОВОДЫ
- АВТОМАТИКА ДЛЯ ВЕНТИЛЯЦИИ
- ГИБКИЕ ВОЗДУХОВОДЫ ИЗ ПВХ
- ВЫТЯЖНЫЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ
- ОКОННЫЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ
- ОСЕВЫЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ
- КАНАЛЬНЫЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ
  - ПРОМЫШЛЕННЫЕ И КОММЕРЧЕСКИЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ
  - ВЕНТИЛЯТОРЫ ДЛЯ КРУГЛЫХ КАНАЛОВ
Климатическое оборудование
- УВЛАЖНИТЕЛИ ВОЗДУХА, МОЙКИ ВОЗДУХА
- СУШКИ ДЛЯ РУК
- ОТОПИТЕЛЬНЫЕ АГРЕГАТЫ
- ИНФРАКРАСНЫЕ ОБОГРЕВАТЕЛИ
- АВТОМАТИКА ДЛЯ ТЕПЛОВЫХ ЗАВЕС
- ГАЗОВЫЕ ОБОГРЕВАТЕЛИ
- ТЕПЛОВЫЕ ЗАВЕСЫ
- АРОМАТИЗАТОРЫ, ИОНИЗАТОРЫ
- ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛИ
- ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ОБОГРЕВАТЕЛИ
  - ТЕПЛОВЕНТИЛЯТОРЫ
  - КОНВЕКТОРЫ
- КОТЛЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
Электростанции
Электромонтажные изделия
- ПАТРОНЫ
- ПОДРОЗЕТНИКИ
- АВТОМАТИЧЕСКИЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ
  - ASD
  - Дифференциальные автоматы ABB
  - ABB
  - EATON
  - EKF
- КАБЕЛЬ КАНАЛ
  - LEGRAND
  - EKF
Кабельно-проводниковая продукция
- Кабель ШВВП
- Кабель ПВС
  - ПВС 3-жилы
  - ПВС 2-жилы
- Кабель КГ
  - КГ 5-жил
  - КГ 4-жилы
  - КГ 3-жилы
  - КГ 2-жилы
  - КГ 1-жила
- Кабаль ВВГ
  - ВВГ 4-жилы
  - ВВГ 3-жилы
  - ВВГ 2-жилы
- Комплектующие для телефонного кабеля
- Комплектующие для сетевого кабеля
- Комплектующие для ТВ кабеля
- Коаксиальный кабель (телевизионный)
- Телефонный кабель
- Сетевые кабели (витая пара)
Мини-выключатели, предохранители
- ПРЕДОХРАНИТЕЛИ
- МИНИ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ
Розетки, выключатели, звонки
- BYLECTRICA
  - РОЗЕТКИ ШТЕПСЕЛЬНЫЕ
  - БЛОКИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОЧНЫЕ
  - РАМКИ
  - ВЫКЛЮЧАТЕЛИ
    - ВСТРАИВАЕМЫЕ
    - НАКЛАДНЫЕ
  - РОЗЕТКИ
    - ВСТРАИВАЕМЫЕ
    - НАКЛАДНЫЕ
- Legrand Cariva
  - Выключатели
  - Рамки
  - Розетки
- FETIH
- РОЗЕТКИ, ВЫКЛЮЧАТЕЛИ PANASONIC
- Legrand VALENA
  - РОЗЕТКИ
  - РАМКИ
  - ВЫКЛЮЧАТЕЛИ
- ЗВОНКИ
Светотехника
- ПОДЗЕМНЫЕ СВЕТИЛЬНИКИ
- ФИТОСВЕТ
- ПРОЖЕКТОРЫ
  - СВЕТОДИОДНЫЕ
- ФОНАРИ
- СВЕТОДИОДНЫЕ ПАНЕЛИ
  - ПАНЕЛИ ASD
  - KRAULER LED
- МОДУЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ОСВЕЩЕНИЯ LED
- СОЕДИНИТЕЛИ – СКОБЫ-КРЕПЕЖИ
- СВЕТОДИОДНАЯ ЛЕНТА
- НОЧНИКИ
- СВЕТИЛЬНИКИ ЛИНЕЙНЫЕ LED
  - LED ASD
  - LED ЭРА
- ТОЧЕЧНЫЕ СВЕТИЛЬНИКИ
- НАСТОЛЬНЫЕ СВЕТИЛЬНИКИ
- ЛАМПОЧКИ
  - МЕТАЛЛОГАЛОГЕННЫЕ ЛАМПЫ
  - LED ЛАМПЫ
    - LED ЭРА
    - LED ASD
  - ЛАМПЫ НАКАЛИВАНИЯ
  - ЛАМПЫ ГАЛОГЕННЫЕ
  - ЗЕРКАЛЬНЫЕ ЛАМПЫ НАКАЛИВАНИЯ
  - ЛАМПЫ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ
  - ЛАМПЫ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ
  - ШАР НАКАЛИВАНИЯ
  - СВЕЧА НАКАЛИВАНИЯ
Электроприборы
- УДЛИНИТЕЛИ, СЕТЕВЫЕ ФИЛЬТРЫ
- ПЛИТКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
- Реле напряжения
  - RBUZ
- ПАЯЛЬНИКИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
- ТРАНСФОРМАТОРЫ – БЛОКИ ПИТАНИЯ
- РОЗЕТКИ-ТАЙМЕР
- МУЛЬТИМЕТРЫ, ИНДИКАТОРЫ
  - Осциллограф
  - TESTBOY
- СЧЁТЧИКИ
- СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ
  - ОДНОФАЗНЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ ИНВЕРТОРНОГО ТИПА
  - ТРЕХФАЗНЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ТИПА
  - БЫТОВЫЕ ОДНОФАЗНЫЕ ЦИФРОВЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ
  - ОДНОФАЗНЫЕ ЦИФРОВЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ ПОНИЖЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ
  - ОДНОФАЗНЫЕ ЦИФРОВЫЕ НАСТЕННЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ
  - СТАБИЛИЗАТОРЫ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ
  - СТАБИЛИЗАТОРЫ РЕЛЕЙНЫЕ С ЦИФРОВЫМ ДИСПЛЕЕМ
Водонагреватели
- НАКОПИТЕЛЬНЫЕ
- ПРОТОЧНЫЕ
Теплый пол, обогревающий кабель
- НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ МАТЫ
- ОБОГРЕВ КРОВЛИ
- ТЕРМОРЕГУЛЯТОРЫ
- НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ КАБЕЛЬ
- ПЛЕНОЧНЫЙ ПОЛ

Новости

Акция в 2018 на кондиционеры

Written on 10.05.2018

Сегодня LEBERG – один из лидеров в производстве кондиционеров и теплового оборудования в Европе по соотношению цена-качество.

Принимаем к оплате

Оплата покупки производится в российских рублях,
как в наличной, так и в безналичной форме,
в зависимости от выбранного при оформлении
заказа способа оплаты.

7.4. Расчет трехфазной цепи, соединенной звездой

Трехфазную цепь, соединенную звездой, удобнее всего рассчитать методом двух узлов.
На рис. 7.5 изображена трехфазная цепь при соединении звездой. В общем случае сопротивления фаз нагрузки неодинаковы (Z_A ≠ Z_B ≠ Z_C )

Нейтральный провод имеет конечное сопротивление Z_N .
В схеме между нейтральными точками источника и нагрузки возникает узловое напряжение или напряжение смещения нейтрали.
Это напряжение определяется по формуле (7.2).

Читать еще: Технические характеристики и виды щебня

(7.2)

Фазные токи определяются по формулам (в соответствии с законом Ома для активной ветви):

(7.3)

Ток в нейтральном проводе

(7.4)

1. Симметричная нагрузка. Сопротивления фаз нагрузки одинаковы и равны некоторому активному сопротивлению Z_A = Z_B = Z_C = R.
Узловое напряжение

потому что трехфазная система ЭДС симметрична, .

Напряжения фаз нагрузки и генератора одинаковы:

Фазные токи одинаковы по величине и совпадают по фазе со своими фазными напряжениями. Ток в нейтральном проводе отсутствует

В трехфазной системе, соединенной звездой, при симметричной нагрузке нейтральный провод не нужен.

На рис. 7.6 изображена векторная диаграмма трехфазной цепи для симметричной нагрузки.

2. Нагрузка несимметричная, R_A

Характеристики трёхфазных цепей

Электрические системы, использующие в качестве источника питания трёхфазный ток, имеют два основных вида подключения: «звезда» и «треугольник». На схемах, изображающих подключение трёхфазного питания, принято обозначать фазы с помощью набора латинских букв:

А, В, С;
или же U, V, W.

А так называемая нейтраль обозначается буквой N.

На практике довольно часто приходится сталкиваться с необходимостью расчёта мощности электрического тока. В случае постоянного тока эта задача решается предельно просто — путём умножения напряжения и силы тока. Эти параметры не подвержены изменениям во времени, поэтому и значение мощности будет неизменным, так как система уравновешена и постоянно находится в таком состоянии.

Совершенно иная ситуация возникает при необходимости расчётов мощности изменяющегося во времени по величине и направлению течения электрического тока. Выполнение таких вычислений требует специальных знаний о природе переменного тока и его особенностях.

Мощность трёхфазного тока вычисляется как сумма отдельных величин на каждой фазе и выражается формулой:

При условии равномерной загрузки сети, мощность, потребляемую каждой из них, определяют следующим образом: . То есть эту величину на отдельной фазе находят с помощью произведения соответствующих напряжений и токов на косинус угла сдвига фаз.

А так как нагрузка распределяется одинаково на каждую фазу, то и мощностные характеристики по отдельности будут равны между собой. В результате мощность трехфазной сети в этой ситуации можно найти, умножив на 3 эту величину, вычисленную для отдельной фазы: .

Соединение звезда

Использование такой схемы при соединении фаз даёт возможность уравновесить систему и получить суммарное напряжение в точке их пересечения N равное нулю. В случае соединения по схеме «звезда» трёхфазный ток характеризуется двумя типами напряжений: фазным и линейным. Фазное напряжение измеряется между одной из фаз (А, В или С) и нулевой точкой N, а линейное показывает значение разности потенциалов между двумя фазами (А-В, В-С или А-С).

Соотношения между линейными и фазными напряжениями и токами при такой схеме соединения выглядит следующим образом: и .

А, следовательно, общая мощностная характеристика находится по формуле: .

Соединительная схема треугольник

При подключении нагрузок в трёхфазной цепи по принципу «треугольника» одинаковыми будут значения линейного и фазного напряжения, а величины силы тока (линейная и фазная) будут связаны соотношением: .

Результирующая формула для мощности 3-фазного тока при равномерной нагрузке на каждую фазу в этом соединении будет выглядеть как .

Особенности и преимущества создания трехфазной системы электроснабжения

Электрические цепи на три фазы характеризуются силами рабочего движения тока, имеющими равные синусоидальные частоты, что смещаются по фазе под определенным углом. В отдельной фазе количество вольт напряжения тока линий, трансформаторной и генераторной обмотки одинаковое.

Трехфазная система электроснабжения имеет следующие достоинства:

возможность подсоединения электроустановок, потребляющих свыше 250В;
уравновешенная и симметричная система;
получение благодаря стационарным обмоткам переменного магнитного поля;
длительная эксплуатация электродвигателей;
уменьшение расходов электроэнергии на больших дистанциях передачи.

Соединение в трехфазной схеме может иметь форму звезды или треугольника. В первом случае концевые участки обмоток фазэлектрического источника соединяются в один нулевой узел, что является нейтральным.

Приемники электроэнергии комплектуют в три группы, окончания которых также соединяются в нулевой точке, что числится основной для всей схемы.

Обмотки трехфазного источника электродвижущей силы соединены с фазами напряжения с помощью четырех проводов. Линейные провода направлены к началу обмотки.

Соединение принимающего устройства и концов обмотки в виде треугольника приводит к образованию замыкания системы посредством столкновения окончаний двух фаз, имеющих разное напряжение. Кабель, соединяющий точки с нулевым напряжением, считается нейтральным.

Схемы подсоединений также могут иметь комбинированный тип («звезда- треугольник»). В РФ, основываясь на требования Правил установки электрооборудования (ПУЭ), если система имеет фазы переменного тока, их обозначают разными цветами (желтым, красным и зеленым).

Что такое трехфазная электроэнергия?

Трехфазная электроэнергия является общим методом генерации, передачи и распределения электроэнергии переменного тока. Это тип многофазной системы и является наиболее распространенным методом, используемым электрическими сетями во всем мире для передачи мощности. Он также используется для питания больших двигателей и других тяжелых грузов.

Трехпроводная трехфазная схема обычно более экономична, чем эквивалентная двухпроводная однофазная схема на одном и том же напряжении на землю, потому что она использует меньше проводника для передачи заданного количества электроэнергии. Полифазные энергетические системы были независимо изобретены Галилеем Феррарисом, Михаилом Доливо-Добровольским, Йонасом Вэнстремом, Джоном Хопкинсоном и Никола Теслой в конце 1880-х годов.

Трехфазные линии электропередачи

Трехфазный трансформатор (Békéscsaba, Венгрия): слева расположены первичные провода, а справа — вторичные провода

В симметричной трехфазной системе питания каждый из трех проводников несет переменный ток с одинаковой частотой и амплитудой напряжения относительно общей ссылки, но с разностью фаз одной трети цикла между ними. Обычно эта ссылка обычно связана с землей и часто с токопроводящим проводником, называемым нейтральным. Из-за разности фаз напряжение на любом проводнике достигает своего пика на одну треть цикла после одного из других проводников и одной трети цикла перед оставшимся проводником. Эта фазовая задержка дает постоянную передачу мощности на сбалансированную линейную нагрузку. Это также позволяет создавать вращающееся магнитное поле в электродвигателе и генерировать другие фазовые устройства с использованием трансформаторов (например, двухфазную систему с использованием трансформатора Scott-T).

Читать еще: Как правильно клеить комбинированные обои?

Описанные здесь симметричные трехфазные системы просто называются трехфазными системами, поскольку, хотя можно спроектировать и реализовать асимметричные трехфазные силовые системы (т. Е. С неравными напряжениями или фазовыми сдвигами), они практически не используются потому, что им не хватает важнейших преимуществ симметричных систем.

В трехфазной системе, подающей сбалансированную и линейную нагрузку, сумма мгновенных токов трех проводников равна нулю. Другими словами, ток в каждом проводнике равен по величине сумме токов в двух других, но с противоположным знаком. Обратный путь для тока в любом фазовом проводнике — это два других фазных проводника.

Преимущества

По сравнению с однофазным источником питания переменного тока, в котором используются два проводника (фаза и нейтраль), трехфазное питание без нейтрали и одинаковое напряжение и ток между фазой и землей на фазе могут передавать в три раза больше энергии, используя всего в 1,5 раза больше проводов (т. е. три вместо двух). Таким образом, отношение мощности к проводящему материалу удваивается. Соотношение мощности к проводящему материалу увеличивается до 3: 1 с необоснованной трехфазной и централизованной однофазной системой (или 2,25: 1, если оба используют заземления того же датчика, что и проводники).

Постоянные фазовые токи передачи энергии и отмены были бы теоретически возможны с любым числом (более одного) фаз, поддерживая соотношение материала к проводнику, которое в два раза больше, чем для однофазной мощности. Однако двухфазная мощность приводит к менее плавному (пульсирующему) крутящему моменту в генераторе или двигателе (что делает плавную передачу мощности проблемой), и более трех фаз усложняет инфраструктуру без необходимости.

Трехфазные системы могут также иметь четвертый провод, особенно в низковольтном распределении. Это нейтральный провод. Нейтраль позволяет обеспечить три отдельных однофазных источника питания при постоянном напряжении и обычно используется для подачи групп внутренних свойств, которые представляют собой однофазные нагрузки. Соединения расположены так, что, насколько это возможно в каждой группе, от каждой фазы отводится равная мощность. Кроме того, система распределения тока хорошо сбалансирована. Трансформаторы могут быть подключены таким образом, что у них есть четырехпроводная вторичная, но трехпроводная первичная, в то же время обеспечивая несбалансированные нагрузки и соответствующие нейтральные токи вторичной стороны.

Трехфазные поставки обладают свойствами, которые делают их очень желательными в системах распределения электроэнергии:

Фазовые токи имеют тенденцию компенсировать друг друга, суммируя до нуля в случае линейной сбалансированной нагрузки. Это позволяет уменьшить размер нейтрального проводника, поскольку он практически не течет. При сбалансированной нагрузке все фазные проводники имеют один и тот же ток и могут быть одинакового размера.
Постоянная передача мощности в линейную сбалансированную нагрузку, что помогает снизить вибрацию генератора и двигателя.
Трехфазные системы могут создавать вращающееся магнитное поле с заданным направлением и постоянной величиной, что упрощает проектирование электродвигателей, поскольку не требуется никакой пусковой цепи.

Большинство бытовых нагрузок однофазные. В североамериканских резиденциях трехфазная мощность может питаться многоквартирным жилым блоком, но домашние нагрузки связаны только как однофазные. В областях с более низкой плотностью для распределения может использоваться только одна фаза. Некоторые мощные бытовые приборы, такие как электрические плиты и сушилки для одежды, питаются от двухфазной системы на 240 вольт или от двух фаз трехфазной системы на 208 вольт.

Фазовая последовательность

Проводка для трех фаз обычно определяется цветовыми кодами, которые различаются по странам. Подключение фаз в правильном порядке требуется для обеспечения предполагаемого направления вращения трехфазных двигателей. Например, насосы и вентиляторы могут работать не в обратном порядке. Поддержание идентичности фаз требуется, если есть возможность одновременного подключения двух источников; прямая взаимосвязь между двумя разными фазами — это короткое замыкание.

Векторная диаграмма мощности

Активная мощность P (кВт):

— однофазная (1 фаза и нейтраль): P = V х I х cos φ;
— однофазная (фаза-фаза): P = U х I х cos φ;
— трехфазная (3 провода или 3 провода + нейтраль): P = 3 >> х U х I cos φ.

Реактивная мощность Q (квар):

— однофазная (1 фаза и нейтраль): Q = V х I х sin φ;
— однофазная (фаза-фаза): Q = U х I х sin φ;
— трехфазная (3 провода или 3 провода + нейтраль): Q = 3 >> х U х I sin φ.

Полная мощность S (кВА):

Трехфазный и однофазный ток

Схемная конфигурация «Y» дает возможность использовать два разных напряжения при питании потребителей бытовой и промышленной сети: 220 В и 380 В. 220 В получается с использованием двух проводников. Один из них –фазный, другой – N-проводник. Напряжение между ними соответствует фазному. Если взять 2 проводника, оба представляющие собой фазы, то напряжение между фазами носит название линейного и равно 380 В. Для подключения используются все 3 фазы.

Распределение напряжений в однофазной и трехфазной системах

Основные различия однофазной и трехфазной систем:

Однофазный ток предполагает питание через один проводник, трехфазный – через три;
Для завершения цепи однофазного питания требуется 2 проводника: еще один нейтральный, для трехфазного – 4 (плюс нейтральный);
Наибольшая мощность передается по трем фазам, в отличие от однофазной системы;
Однофазная сеть более простая;
При неисправности фазного провода в однофазной сети питание полностью пропадает, в трехфазной – подается по двум оставшимся фазам.

Интересно. Никола Тесла, первооткрыватель многофазных токов и изобретатель асинхронного двигателя, использовал двухфазный ток с разностью фаз 90°.Такая система пригодна для создания вращающегося магнитного поля больше, чем однофазная, но меньше, чем трехфазная. Двухфазная система поначалу получила распространение в США, но затем полностью исчезла из употребления.

Сегодня почти все электроснабжение основано на низкочастотном трехфазном токе при параллельном использовании индивидуальных фаз. Практически все электростанции имеют генераторы, производящие трехфазный ток. Трансформаторы могут работать с трехфазным или однофазным током. Наличие реактивной мощности в подобных сетях требует установки компенсирующего оборудования.