پیشینه تاریخی مختصر

از نظر تاریخی، او اولین کسی بود که پدیده میدان مغناطیسی دوار را توصیف کرد و تاریخ این کشف 12 اکتبر 1887 در نظر گرفته می شود، لحظه ای که دانشمندان درخواست ثبت اختراعات مربوط به یک موتور ناهمزمان و فناوری انتقال برق را ثبت کردند. در 1 مه 1888 در ایالات متحده آمریکا، تسلا حق اختراع اصلی خود را دریافت کرد - برای اختراع ماشین های الکتریکی چند فاز (از جمله یک موتور الکتریکی ناهمزمان) و برای سیستم هایی برای انتقال انرژی الکتریکی از طریق جریان متناوب چند فاز.

ماهیت رویکرد نوآورانه تسلا به این موضوع پیشنهاد وی برای ساخت کل زنجیره تولید، انتقال، توزیع و استفاده از برق به عنوان یک سیستم جریان متناوب چند فازی شامل ژنراتور، خط انتقال و موتور جریان متناوب بود که سپس تسلا "القاء" نامید.

در قاره اروپا، به موازات فعالیت اختراعی تسلا، مشکل مشابهی توسط میخائیل اوسیپوویچ دولیوو-دوبروولسکی حل شد که هدف او بهینه سازی روش استفاده در مقیاس بزرگ از برق بود.

بر اساس فناوری جریان دو فاز نیکولا تسلا، میخائیل اوسیپوویچ به طور مستقل یک سیستم الکتریکی سه فاز (به عنوان یک مورد خاص از یک سیستم چند فازی) و یک موتور الکتریکی ناهمزمان با طراحی کامل - با روتور "قفس سنجاب" توسعه داد. میخائیل اوسیپوویچ در 8 مارس 1889 در آلمان ثبت اختراع موتور را دریافت کرد.

یک گیرنده متقارن در هر یک از فازهای خود مقاومت یکسانی دارد. ولتاژ بین نقاط خنثی صفر، مجموع ولتاژهای فاز صفر و جریان در هادی خنثی صفر است.

بنابراین، برای یک گیرنده متقارن متصل به یک ستاره، وجود یک خنثی بر عملکرد آن تأثیر نمی گذارد. اما رابطه بین ولتاژ خطی و فاز به قوت خود باقی است:

یک گیرنده نامتقارن متصل به یک پیکربندی ستاره، در غیاب یک هادی خنثی، حداکثر ولتاژ بایاس خنثی خواهد داشت (رسانایی خنثی صفر است، مقاومت بی نهایت است):

در این حالت اعوجاج ولتاژهای فاز گیرنده نیز حداکثر است. نمودار برداری ولتاژهای فاز منبع، با ساخت ولتاژ خنثی، این واقعیت را منعکس می کند:

بدیهی است که وقتی مقادیر یا ماهیت مقاومت‌های گیرنده تغییر می‌کند، مقدار ولتاژ بایاس خنثی در محدوده وسیعی تغییر می‌کند و نقطه خنثی گیرنده در نمودار برداری می‌تواند در مکان‌های مختلفی قرار گیرد. در این حالت ولتاژ فاز گیرنده به میزان قابل توجهی متفاوت خواهد بود.

نتیجه گیری: یک بار متقارن امکان حذف سیم خنثی را بدون تأثیر بر ولتاژ فاز در گیرنده فراهم می کند. یک بار نامتقارن هنگام برداشتن هادی خنثی بلافاصله منجر به از بین رفتن اتصال سفت و سخت بین ولتاژهای گیرنده و ولتاژهای فاز ژنراتور می شود - اکنون فقط ولتاژهای خطی ژنراتور بر ولتاژ بار تأثیر می گذارد.

یک بار نامتقارن منجر به عدم تقارن ولتاژهای فاز روی آن و جابجایی نقطه خنثی دورتر از مرکز مثلث نمودار برداری می شود.

بنابراین یک سیم خنثی برای یکسان سازی ولتاژهای فاز گیرنده در شرایط عدم تقارن آن یا هنگام اتصال گیرنده های تک فاز طراحی شده برای فاز به جای ولتاژ خطی به هر یک از فازها ضروری است.

به همین دلیل، نصب فیوز در مدار سیم خنثی غیرممکن است، زیرا اگر سیم خنثی در بارهای فاز شکسته شود، تمایل ایجاد می شود.

محاسبات برای "مثلث"

حال بیایید به اتصال فازهای گیرنده با توجه به مدار "مثلث" نگاه کنیم. شکل پایانه های منبع را نشان می دهد و هیچ سیم خنثی وجود ندارد و جایی برای اتصال آن وجود ندارد. وظیفه چنین طرح اتصالی معمولاً محاسبه جریان فاز و خط با ولتاژ منبع شناخته شده و مقاومت بار فاز است.

ولتاژ بین سیم های خطی ولتاژ فازی است که بار به صورت مثلثی متصل می شود. بدون در نظر گرفتن مقاومت سیم های خطی، ولتاژهای خطی منبع را با ولتاژهای خطی فازهای مصرف کننده برابر می کنیم. جریان های فاز از طریق مقاومت های بار پیچیده و از طریق سیم ها بسته می شوند.

جهت مثبت جریان فاز، جهت مربوط به ولتاژهای فاز، از ابتدا تا انتهای فاز، و برای جریان های خطی - از منبع تا گیرنده در نظر گرفته می شود. جریان در فازهای بار طبق قانون اهم یافت می شود:

مدار سه فاز یک مورد خاص از سیستم‌های الکتریکی چند فازی است که مجموعه‌ای از مدارهای الکتریکی هستند که در آنها EMFهایی با فرکانس یکسان عمل می‌کنند و با زاویه خاصی نسبت به یکدیگر در فاز جابجا می‌شوند. توجه داشته باشید که معمولاً این EMFها، عمدتاً در مهندسی قدرت، سینوسی هستند. با این حال، در سیستم‌های الکترومکانیکی مدرن، که از مبدل‌های فرکانس برای کنترل موتورهای محرک استفاده می‌شود، سیستم ولتاژ به طور کلی غیر سینوسی است. هر قسمت از یک سیستم چند فازی که با جریان یکسان مشخص می شود نامیده می شود فاز،آن ها فاز بخشی از مدار است که به سیم پیچ مربوطه ژنراتور یا ترانسفورماتور، خط و بار مربوط می شود.

بنابراین، مفهوم "فاز" در مهندسی برق دو معنای متفاوت دارد:

• فاز به عنوان آرگومان یک مقدار سینوسی متغیر.
• فاز به عنوان بخشی جدایی ناپذیر از یک سیستم الکتریکی چند فازی است.

توسعه سیستم های چند فازی توسط تاریخ انجام شد. تحقیقات در این زمینه توسط الزامات توسعه تولید انجام شد و پیشرفت در توسعه سیستم های چند فازی با اکتشافات در فیزیک پدیده های الکتریکی و مغناطیسی تسهیل شد.

مهم ترین پیش نیاز برای توسعه سیستم های الکتریکی چند فازی، کشف پدیده میدان مغناطیسی دوار بود (G. Ferraris and N. Tesla, 1888). اولین موتورهای الکتریکی دو فاز بودند اما عملکرد ضعیفی داشتند. سیستم سه فاز منطقی ترین و امیدوارکننده بود که مزایای اصلی آن در زیر مورد بحث قرار خواهد گرفت. سهم بزرگی در توسعه سیستم های سه فاز توسط مهندس برق برجسته روسی M.O. Dolivo-Dobrovolsky انجام شد که موتورهای ناهمزمان سه فاز ، ترانسفورماتورها را ایجاد کرد ، مدارهای سه و چهار سیم را پیشنهاد کرد و بنابراین به درستی بنیانگذار در نظر گرفته می شود. سیستم های سه فاز

منبع ولتاژ سه فاز یک ژنراتور سه فاز است که روی استاتور آن (نگاه کنید به شکل 1) یک سیم پیچ سه فاز قرار داده شده است. مراحل این سیم پیچ به گونه ای چیده شده اند که محورهای مغناطیسی آنها در فضا نسبت به یکدیگر با مقدار الکتریکی جابه جا می شوند. خوشحالم در شکل 1، هر فاز استاتور به طور معمول به عنوان یک چرخش نشان داده می شود. ابتدا سیم پیچ ها معمولا با حروف بزرگ A، B، C و انتهای آن با حروف بزرگ x، y، z مشخص می شوند. EMF در سیم‌پیچ‌های ثابت استاتور در نتیجه تقاطع چرخش‌های آنها توسط میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط جریان سیم‌پیچ میدان روتور دوار القا می‌شود (در شکل 1، روتور به طور معمول به عنوان یک آهنربای دائمی نشان داده شده است، که در عمل در توان های نسبتا کم استفاده می شود). هنگامی که روتور با سرعت یکنواخت می چرخد، EMFهای سینوسی با فرکانس و دامنه یکسان به صورت دوره ای در حال تغییر در سیم پیچ فازهای استاتور القا می شوند، اما به دلیل تغییر فاز فضایی راد متفاوت هستند. (شکل 2 را ببینید).

سیستم های سه فاز در حال حاضر گسترده ترین هستند. تمام نیروگاه ها و مصرف کنندگان بزرگ با جریان سه فاز کار می کنند که با تعدادی از مزایای مدارهای سه فاز نسبت به تک فاز همراه است که مهمترین آنها عبارتند از:

انتقال اقتصادی برق در فواصل طولانی؛

مطمئن ترین و مقرون به صرفه ترین درایو الکتریکی که الزامات یک درایو الکتریکی صنعتی را برآورده می کند، یک موتور ناهمزمان با روتور قفس سنجابی است.

امکان به دست آوردن یک میدان مغناطیسی دوار با استفاده از سیم پیچ های ثابت، که بر اساس آن عملکرد موتورهای سنکرون و ناهمزمان و همچنین تعدادی دیگر از وسایل الکتریکی استوار است.

تعادل سیستم های سه فاز متقارن.

برای در نظر گرفتن مهمترین خواص تعادلسیستم سه فاز که بعدا ثابت خواهد شد، مفهوم تقارن یک سیستم چند فاز را معرفی می کنیم.

سیستم EMF (ولتاژ، جریان و غیره) نامیده می شود متقارن،اگر متشکل از m بردارهای EMF (ولتاژها، جریانها و غیره) با اندازه مساوی باشد که با زاویه یکسان در فاز نسبت به یکدیگر جابجا شده اند. به طور خاص، نمودار برداری برای یک سیستم EMF متقارن مربوط به یک سیستم سینوسی سه فاز در شکل. 2، در شکل نشان داده شده است. 3.

شکل 3	شکل 4

از بین سیستم های نامتقارن، سیستم دو فاز با تغییر فاز 90 درجه بیشترین علاقه عملی را دارد (شکل 4 را ببینید).

تمام سیستم های متقارن سه فاز و m (m> 3) و همچنین یک سیستم دو فاز هستند. متعادلاین بدان معنی است که اگرچه در فازهای جداگانه، توان لحظه ای ضربان دارد (نگاه کنید به شکل 5، a)، در طول یک دوره نه تنها بزرگی، بلکه در حالت کلی همچنین علامت تغییر می کند، کل توان لحظه ای تمام فازها در کل کل ثابت می ماند. دوره EMF سینوسی (شکل 5، b را ببینید).

تعادل از اهمیت عملی بالایی برخوردار است. اگر کل توان لحظه ای ضربان داشته باشد، آنگاه یک گشتاور ضربانی روی شفت بین توربین و ژنراتور اثر می گذارد. چنین بار مکانیکی متغیری تأثیر مخربی بر نیروگاه تولید برق خواهد داشت و عمر مفید آن را کوتاه می‌کند. همین ملاحظات در مورد موتورهای الکتریکی چند فاز نیز اعمال می شود.

اگر تقارن شکسته شود (سیستم دو فازی تسلا به دلیل خاص بودن آن در نظر گرفته نمی شود)، تعادل نیز شکسته می شود. بنابراین، در صنعت انرژی آنها به شدت اطمینان می دهند که بار ژنراتور متقارن باقی می ماند.

نمودارهای اتصال برای سیستم های سه فاز

یک ژنراتور سه فاز (ترانسفورماتور) دارای سه سیم پیچ خروجی است که از نظر تعداد دور یکسان هستند، اما یک EMF تغییر فاز در فاز 120 درجه ایجاد می کند. می توان از سیستمی استفاده کرد که در آن فازهای سیم پیچ ژنراتور به صورت گالوانیکی به یکدیگر متصل نشده باشند. این به اصطلاح است سیستم قطع شدهدر این حالت، هر فاز ژنراتور باید با دو سیم به گیرنده متصل شود، یعنی. یک خط شش سیم وجود خواهد داشت که غیراقتصادی است. در این راستا، چنین سیستم هایی در عمل به طور گسترده مورد استفاده قرار نمی گیرند.

برای کاهش تعداد سیم ها در خط، فازهای ژنراتور به صورت گالوانیکی به یکدیگر متصل می شوند. دو نوع اتصال وجود دارد: به یک ستارهو به یک مثلثبه نوبه خود، هنگامی که به یک ستاره متصل می شود، سیستم می تواند باشد سه-و چهار سیمه

اتصال ستاره

در شکل شکل 6 یک سیستم سه فاز را نشان می دهد که فازهای ژنراتور و بار در یک ستاره به هم متصل می شوند. در اینجا سیم های AA'، BB' و CC' سیم های خطی هستند.

خطیسیم اتصال دهنده ابتدای فازهای سیم پیچ ژنراتور و گیرنده نامیده می شود. نقطه ای که انتهای فازها به یک گره مشترک متصل می شوند نامیده می شود خنثی(در شکل 6 N و N به ترتیب نقاط خنثی ژنراتور و بار هستند).

سیم اتصال نقاط خنثی ژنراتور و گیرنده نامیده می شود خنثی(به صورت نقطه چین در شکل 6 نشان داده شده است). یک سیستم سه فاز هنگامی که در یک ستاره بدون سیم خنثی متصل می شود نامیده می شود سه سیم،با سیم خنثی – چهار سیمه

تمام کمیت های مربوط به فازها نامیده می شوند متغیرهای فاز،به خط - خطیهمانطور که از نمودار در شکل مشاهده می شود. 6، هنگامی که در یک ستاره متصل می شود، جریان های خطی و برابر با جریان فاز مربوطه است. اگر یک سیم خنثی وجود داشته باشد، جریان در سیم خنثی است . اگر سیستم جریان های فاز متقارن باشد، پس. در نتیجه، اگر تقارن جریان ها تضمین شود، سیم خنثی مورد نیاز نخواهد بود. همانطور که در زیر نشان داده خواهد شد، سیم خنثی حفظ تقارن ولتاژها در سرتاسر بار را در زمانی که خود بار نامتعادل است تضمین می کند.

از آنجایی که ولتاژ در منبع مخالف جهت EMF آن است، ولتاژهای فاز ژنراتور (نگاه کنید به شکل 6) از نقاط A، B و C تا نقطه خنثی N عمل می کنند. - ولتاژهای بار فاز

ولتاژهای خط بین سیم های خط عمل می کنند. مطابق با قانون دوم Kirchhoff برای ولتاژهای خطی، می توانیم بنویسیم

;

(1)

;

(2)

معمولا در محاسبات گرفته می شود . سپس برای پرونده چرخش فاز مستقیم، (در چرخش فاز معکوستغییر فاز y و تغییر مکان). با در نظر گرفتن این موضوع، بر اساس روابط (1) ... (3)، مجتمع های ولتاژ خطی را می توان تعیین کرد. با این حال، با تقارن ولتاژ، این مقادیر به راحتی مستقیماً از نمودار برداری در شکل 1 تعیین می شوند. 7. محور واقعی سیستم مختصات را در امتداد بردار هدایت می کنیم (فاز اولیه آن صفر است)، شیفت های فاز ولتاژهای خطی را نسبت به این محور شمارش می کنیم و مدول های آنها را مطابق با (4) تعیین می کنیم. بنابراین برای ولتاژهای خطی بدست می آوریم: ; .

اتصال مثلثی

با توجه به اینکه بخش قابل توجهی از گیرنده های موجود در مدارهای سه فاز نامتقارن هستند، در عمل، به عنوان مثال، در مدارهایی با دستگاه های روشنایی، اطمینان از استقلال حالت های عملکرد فازهای جداگانه بسیار مهم است. علاوه بر مدار چهار سیم، مدارهای سه سیم نیز هنگامی که فازهای گیرنده به صورت مثلثی متصل می شوند، خواص مشابهی دارند. اما فازهای ژنراتور را نیز می توان به یک مثلث متصل کرد (شکل 8 را ببینید).

برای یک سیستم EMF متقارن داریم

.

بنابراین، در صورت عدم وجود بار در فازهای ژنراتور در مدار در شکل. 8 جریان صفر خواهد شد. با این حال، اگر ابتدا و انتهای هر یک از فازها را تعویض کنید، جریان اتصال کوتاه در مثلث جریان می یابد. بنابراین، برای یک مثلث، ترتیب اتصال فازها باید به شدت رعایت شود: ابتدای یک فاز به انتهای فاز دیگر متصل می شود.

نمودار اتصال فازهای ژنراتور و گیرنده به یک مثلث در شکل 1 نشان داده شده است. 9.

بدیهی است که در صورت اتصال مثلثی، ولتاژهای خط با ولتاژهای فاز مربوطه برابر است. طبق قانون اول کیرشهوف، ارتباط بین جریان خطی و فاز گیرنده توسط روابط تعیین می شود.

به طور مشابه، جریان های خط را می توان از طریق جریان های فاز ژنراتور بیان کرد.

در شکل شکل 10 نمودار برداری یک سیستم متقارن از جریان های خطی و فازی را نشان می دهد. تجزیه و تحلیل آن نشان می دهد که با تقارن فعلی

.

(5)

در خاتمه متذکر می شویم که علاوه بر اتصالات ستاره - مثلث و مثلث در نظر گرفته شده، مدارهای ستاره - مثلث و مثلث - ستاره نیز در عمل مورد استفاده قرار می گیرند.

ادبیات

1. مبانینظریه مدار: کتاب درسی. برای دانشگاه ها / G.V. Zeveke، P.A. Ionkin، A.V. Netushil، S.V. Strakhov. – ویرایش پنجم، بازبینی شده. –M.: Energoatomizdat, 1989. -528 p.
2. بسونوف L.A.مبانی نظری مهندسی برق: مدارهای الکتریکی. کتاب درسی برای دانشجویان رشته های مهندسی برق، انرژی و مهندسی ابزار دقیق دانشگاه ها. – ویرایش هفتم، بازبینی شده. و اضافی -M.: بالاتر. مدرسه، 1978. –528 ص.

سوالات و وظایف تست

یک مدار سه فاز از سه عنصر اصلی تشکیل شده است: یک ژنراتور سه فاز، یک خط انتقال با تمام تجهیزات لازم و گیرنده ها (مصرف کنندگان). ولتاژ بین سیم خط و نول (Ua، Ub، Uc) نامیده می شود فاز. ولتاژ بین دو سیم خط (UAB، UBC، UCA) نامیده می شود خطی. برای اتصال سیم پیچ ها با ستاره، با بار متقارن، رابطه بین جریان و ولتاژ خطی و فاز معتبر است:

14. گیرنده های متقارن و نامتقارن در مدارهای سه فاز، نمودارهای برداری.

.

نمودار برداری هنگام اتصال گیرنده با ستاره در صورت بار متقارن .

15. جریان در سیم نول در مدارهای سه فاز. سیم خنثی (صفر کار). - سیم، اتصال نول های تاسیسات الکتریکی به یکدیگر در شبکه های برق سه فاز. هنگام اتصال سیم پیچ ها ژنراتورو گیرنده برق طبق طرح "ستاره" فاز ولتاژبستگی به بار متصل به هر فاز دارد. اگر مثلاً یک موتور سه فاز وصل شود، بار متقارن و ولتاژ بین نقاط خنثی ژنراتور و موتور صفر خواهد شد. با این حال، اگر بار متفاوتی به هر فاز متصل شود، به اصطلاح ولتاژ بایاس خنثی، که باعث عدم تعادل ولتاژ بار می شود. در عمل، این می تواند منجر به این واقعیت شود که برخی از مصرف کنندگان دارای ولتاژ پایین و برخی ولتاژ بالا خواهند بود. کمبود ولتاژ منجر به عملکرد نادرست تاسیسات الکتریکی متصل می شود و اضافه ولتاژ می تواند منجر به آسیب به تجهیزات الکتریکی یا وقوع آتش. اتصال نقاط خنثی ژنراتور و گیرنده برق با یک سیم خنثی به شما امکان می دهد ولتاژ بایاس خنثی را تقریباً به صفر کاهش دهید و ولتاژهای فاز گیرنده برق را یکسان کنید. فقط کمی تنش ایجاد خواهد شد مقاومتسیم خنثی

15 سوال جریان در سیم نول در مدارهای سه فاز.

مدارهای سه فاز با سیم خنثی مدارهای چهار سیمه نامیده می شوند.

معمولا مقاومت سیم ها در نظر گرفته نمی شود /

سپس فاز به عنوان مثال. گیرنده برابر با فاز خواهد بود. ولتاژ ژنراتور .

با توجه به اینکه مقاومت های پیچیده برابر هستند، جریان ها تعیین می شوند

مطابق با 1 دستور جریان کیرگوف در نوتر. سیم

وقتی تقارن. به عنوان مثال

هنگام حمل به عنوان مثال

سیم خنثی ولتاژهای فاز را یکسان می کند.

16 حالت عملیاتی یک جانشین سه فاز.

دو نوع اتصال وجود دارد: ستاره و مثلث. به نوبه خود، هنگامی که در یک ستاره متصل می شود، سیستم می تواند سه یا چهار سیم باشد.

اتصال ستاره

در شکل شکل 6 یک سیستم سه فاز را نشان می دهد که فازهای ژنراتور و بار در یک ستاره به هم متصل می شوند. در اینجا سیم های AA'، BB' و CC' سیم های خطی هستند.

خطیسیم اتصال دهنده ابتدای فازهای سیم پیچ ژنراتور و گیرنده نامیده می شود. نقطه ای که انتهای فازها به یک گره مشترک متصل می شوند نامیده می شود خنثی(در شکل 6 N و N به ترتیب نقاط خنثی ژنراتور و بار هستند).

سیم اتصال نقاط خنثی ژنراتور و گیرنده نامیده می شود خنثی(به صورت نقطه چین در شکل 6 نشان داده شده است). یک سیستم سه فاز هنگامی که در یک ستاره بدون سیم خنثی متصل می شود نامیده می شود سه سیم،با سیم خنثی – چهار سیمه

تمام کمیت های مربوط به فازها نامیده می شوند متغیرهای فاز،به خط - خطیهمانطور که از نمودار در شکل مشاهده می شود. 6، هنگامی که در یک ستاره متصل می شود، جریان های خطی و برابر با جریان فاز مربوطه است. اگر یک سیم خنثی وجود داشته باشد، جریان در سیم خنثی است . اگر سیستم جریان های فاز متقارن باشد، پس. در نتیجه، اگر تقارن جریان ها تضمین شود، سیم خنثی مورد نیاز نخواهد بود. همانطور که در زیر نشان داده خواهد شد، سیم خنثی حفظ تقارن ولتاژها در سرتاسر بار را در زمانی که خود بار نامتعادل است تضمین می کند.

از آنجایی که ولتاژ در منبع مخالف جهت EMF آن است، ولتاژهای فاز ژنراتور (نگاه کنید به شکل 6) از نقاط A، B و C تا نقطه خنثی N عمل می کنند. - ولتاژهای بار فاز

ولتاژهای خط بین سیم های خط عمل می کنند. مطابق با قانون دوم Kirchhoff برای ولتاژهای خطی، می توانیم بنویسیم

;

توجه داشته باشید که همیشه مجموع ولتاژهای یک مدار بسته است.

در شکل شکل 7 یک نمودار برداری برای یک سیستم ولتاژ متقارن را نشان می دهد. همانطور که تجزیه و تحلیل آن نشان می دهد (پرتوهای ولتاژ فاز، اضلاع مثلث های متساوی الساقین با زاویه های پایه برابر با 300 را تشکیل می دهند)، در این مورد

معمولا در محاسبات گرفته می شود . سپس برای پرونده چرخش فاز مستقیم، (در چرخش فاز معکوستغییر فاز y و تغییر مکان). با در نظر گرفتن این موضوع، بر اساس روابط (1) ... (3)، مجتمع های ولتاژ خطی را می توان تعیین کرد. با این حال، با تقارن ولتاژ، این مقادیر به راحتی مستقیماً از نمودار برداری در شکل 1 تعیین می شوند. 7. محور واقعی سیستم مختصات را در امتداد بردار هدایت می کنیم (فاز اولیه آن صفر است)، شیفت های فاز ولتاژهای خطی را نسبت به این محور شمارش می کنیم و مدول های آنها را مطابق با (4) تعیین می کنیم. بنابراین برای ولتاژهای خطی بدست می آوریم: ; .

اتصال مثلثی

با توجه به اینکه بخش قابل توجهی از گیرنده های موجود در مدارهای سه فاز نامتقارن هستند، در عمل، به عنوان مثال، در مدارهایی با دستگاه های روشنایی، اطمینان از استقلال حالت های عملکرد فازهای جداگانه بسیار مهم است. علاوه بر مدار چهار سیم، مدارهای سه سیم نیز هنگامی که فازهای گیرنده به صورت مثلثی متصل می شوند، خواص مشابهی دارند. اما فازهای ژنراتور را نیز می توان به یک مثلث متصل کرد (شکل 8 را ببینید).

برای یک سیستم EMF متقارن داریم

.

بنابراین، در صورت عدم وجود بار در فازهای ژنراتور در مدار در شکل. 8 جریان صفر خواهد شد. با این حال، اگر ابتدا و انتهای هر یک از فازها را تعویض کنید، جریان اتصال کوتاه در مثلث جریان می یابد. بنابراین، برای یک مثلث، ترتیب اتصال فازها باید به شدت رعایت شود: ابتدای یک فاز به انتهای فاز دیگر متصل می شود.

نمودار اتصال فازهای ژنراتور و گیرنده به یک مثلث در شکل 1 نشان داده شده است. 9.

بدیهی است که در صورت اتصال مثلثی، ولتاژهای خط با ولتاژهای فاز مربوطه برابر است. طبق قانون اول کیرشهوف، ارتباط بین جریان های خطی و فاز گیرنده توسط روابط تعیین می شود.

به طور مشابه، جریان های خط را می توان از طریق جریان های فاز ژنراتور بیان کرد.

در شکل شکل 10 نمودار برداری یک سیستم متقارن از جریان های خطی و فازی را نشان می دهد. تجزیه و تحلیل آن نشان می دهد که با تقارن فعلی

در خاتمه متذکر می شویم که علاوه بر اتصالات ستاره - مثلث و مثلث در نظر گرفته شده، مدارهای ستاره - مثلث و مثلث - ستاره نیز در عمل مورد استفاده قرار می گیرند.

تجهیزات الکتریکی سه فاز (ترانسفورماتورها، ژنراتورها، خطوط برق کابلی) قبل از اتصال به شبکه یا پس از اتمام تعمیر بعدی، مشمول فازبندی اجباری هستند که در نتیجه ممکن است توالی فازها نقض شود. .

فازبندی شامل بررسی همزمانی فاز ولتاژهای هر یک از 3 فاز تاسیسات الکتریکی در حال روشن شدن با ولتاژهای شبکه مربوطه است. این نوع بررسی مطمئناً ضروری است، زیرا در هنگام مونتاژ، نصب و تعمیر تجهیزات الکتریکی، می‌توان فازها را مجدداً مرتب کرد.

به عنوان مثال، در ماشین های الکتریکی، این استثنا نیست که پایانه های قدرت سیم پیچ های استاتور به درستی تعیین نشده باشند. کابل ها در کوپلینگ های اتصال می توانند هادی هایی با فازهای مخالف داشته باشند که به یکدیگر متصل هستند.

در تمام این موارد، تنها راه خروج، انجام فازبندی است. به عنوان یک قاعده، این عملیات تکنولوژیکی شامل 3 مرحله اصلی است که در زیر ذکر شده است.

بررسی و مقایسه توالی فاز یک تاسیسات الکتریکی و شبکه. این عملیات قبل از روشن کردن مستقیم عملیات موازی چندین شبکه که به طور مستقل کار می کنند، یک ژنراتور جدید و یک ژنراتور که تحت یک تعمیر اساسی قرار گرفته است، انجام می شود که در طی آن نمودار اتصال سیم پیچ های استاتور به شبکه ممکن است تغییر کرده باشد.

تنها زمانی که نتایج مثبت حاصل از فازبندی به دست آمد، ژنراتورها یا مثلاً ترانسفورماتورها برای عملکرد موازی هماهنگ و روشن می شوند.

بررسی هویت یا رنگ هادی فاز، که متعاقباً باید متصل شود. هدف از این عملیات بررسی اتصال صحیح همه عناصر نصب به یکدیگر است. به عبارت ساده، صحت تامین هادی های حامل جریان به دستگاه سوئیچینگ تایید می شود.

بررسی همزمانی فاز ولتاژهایی با همین نام، یعنی عدم وجود زاویه تغییر فاز بین آنها. در شبکه های الکتریکی، هنگام فازبندی خطوط برق و ترانسفورماتورهای قدرت که متعلق به یک سیستم الکتریکی هستند، کافی است 2 عملیات آخر را انجام دهیم، زیرا تمام ژنراتورهایی که به طور همزمان با شبکه کار می کنند دارای ترتیب فاز یکسانی هستند.

دستگاه های فازبندی. امروزه تکنیک های زیادی وجود دارد که به هدف مورد نظر تجهیزات الکتریکی، نمودارهای اتصال سیم پیچ و دستگاه ها و دستگاه های مورد استفاده بستگی دارد. ابزار و وسایل اصلی عبارتند از:

ولت متر AC، برای فازبندی تاسیسات الکتریکی تا 1 کیلو ولت استفاده می شود و مستقیماً به پایانه های تجهیزات الکتریکی متصل می شود.

شاخص های فازکه اصل عملکرد آن مشابه اصل کار یک موتور القایی (موتور ناهمزمان) است، هنگامی که سیم پیچی از دستگاه ها به یک شبکه جریان 3 فاز متصل می شود، میدان مغناطیسی چرخشی تشکیل می شود که باعث کار می شود. دیسک برای چرخش در این حالت، با جهت چرخش دیسک، می توان ترتیب صحیح فازهای جریان های عبوری از سیم پیچ ها را قضاوت کرد.

دستگاه های جهانی (نمایشگر فاز ولت آمپر قابل حمل، نشانگر فاز جهانی).

مگااهم مترکه دستگاه های قابل حملی هستند که برای اندازه گیری مقاومت عایق در محدوده های وسیع ضروری هستند که در تولید فازبندی به خوبی خود را ثابت کرده اند.

نشانگرهای ولتاژبرای فازبندی این دستگاه ها برای فازبندی تاسیسات الکتریکی بالای 1 کیلو ولت مناسب هستند. هنگام انجام عملیات بر روی یک دستگاه قطع شده (قطع کننده، قطع کننده مدار)، ولتاژهای فازی به هر طرف عرضه می شود.

همزمان پروب های دستگاه به قسمت های حامل جریان دستگاه فازی آورده شده و سپس درخشش لامپ سیگنال روی دستگاه نظارت می شود.

شایان ذکر است که سوختن لامپ نشان دهنده عدم تطابق فاز و عدم وجود نور لامپ نشان دهنده روشن شدن مداوم و امکان روشن شدن دستگاه سوئیچینگ است.

روش های فازبندی. این عملیات ممکن است مقدماتی باشد. در حین نصب و تعمیر تجهیزات الکتریکی و فازبندی بلافاصله قبل از راه اندازی، قبل از اولین روشن شدن تجهیزات، زمانی که می توان فازها را تعویض کرد، انجام می شود.

اکثر دینام ها و همچنین خطوط انتقال نیرو از سیستم های سه فاز استفاده می کنند. انتقال جریان به جای دو خط در سه خط (یا چهار) انجام می شود. جریان سه فاز یک سیستم جریان الکتریکی متناوب است که در آن مقادیر جریان ها و ولتاژها طبق قانون سینوسی تغییر می کند. فرکانس نوسانات جریان سینوسی در روسیه و اروپا 50 هرتز است.

چرا از جریان سه فاز استفاده کنیم؟

انتقال الکتریسیته از نیروگاه ها به نقاط دورافتاده مستلزم استفاده از سیم ها و کابل های بسیار طولانی است که مقاومت بالایی دارند. این بدان معنی است که مقداری انرژی از بین می رود و به صورت گرما پراکنده می شود. با کاهش جریان های منتقل شده در طول خطوط برق می توان تلفات را به میزان قابل توجهی کاهش داد.

رایج ترین شکل تولید برق، تولید سه فاز است. در صنعت، جریان متناوب سه فاز اغلب برای راه اندازی موتورهای الکتریکی استفاده می شود.

مزایای سیستم سه فاز:

1. امکان داشتن ولتاژ فاز و خطی در مدارهای سه فاز با دو مقدار متفاوت: بالا - برای مصرف کنندگان قدرتمند، پایین - برای دیگران.
2. کاهش تلفات در طول حمل و نقل انرژی، در نتیجه استفاده از سیم و کابل ارزان تر.
3. ماشین های سه فاز گشتاور پایدارتری نسبت به ماشین های تک فاز دارند (عملکرد بالاتر).
4. بهترین عملکرد در ژنراتورهای سه فاز؛
5. در برخی موارد، جریان مستقیم باید از جریان متناوب به دست آید. در عین حال، استفاده از جریان 3 فاز یک مزیت قابل توجه است، زیرا موج ولتاژ اصلاح شده بسیار کمتر است.

جریان سه فاز چیست؟

یک سیستم AC سه فاز از سه سیگنال جریان سینوسی تشکیل شده است که تفاوت بین آنها یک سوم سیکل یا 120 درجه الکتریکی است (یک سیکل کامل 360 درجه است). آنها از ماکزیمم خود به ترتیب منظمی به نام توالی فاز عبور می کنند. ولتاژ سینوسی متناسب با کسینوس یا سینوس فاز است.

سه فاز معمولاً از طریق سه (یا چهار) سیم تامین می شود و ولتاژ فاز و خط در مدارهای سه فاز نشان دهنده اختلاف پتانسیل بین جفت هادی است. جریان های فاز کمیت های جاری در هر هادی هستند.

نمودارهای مدار سه فاز

در پیکربندی مدار ستاره ای، سه سیم فاز وجود دارد. اگر نقاط صفر سیستم منبع تغذیه و گیرنده متصل باشند، یک "ستاره" چهار سیم به دست می آید.

مدار بین ولتاژ فاز به فاز واقع بین هادی های فاز (که خطی نیز نامیده می شود) و ولتاژ فاز - بین هادی های فاز جداگانه و هادی N- تمایز قائل می شود.

ولتاژ فاز به وضوح با ساخت بردارها مشخص می شود - این سه بردار متقارن U(A)، U(B) و U(C) هستند. در اینجا می توانید ببینید که ولتاژ خط چیست:

• U(AB) = U(A) – U(B);
• U(BC) = U(B) – U(C);
• U(CA) = U(C) – U(A).

مهم!ساختارهای برداری ایده ای از تغییر بین فاز ثابت و ولتاژ بین فاز - 30 درجه را ارائه می دهد.

بنابراین، ولتاژ خط برای مدار ستاره ای با بارهای یکنواخت را می توان به صورت زیر محاسبه کرد:

Uab = 2 x Ua x cos 30° = 2 x Ua x √3/2 = √3 x Ua.

سایر شاخص های ولتاژ فاز نیز به همین ترتیب یافت می شوند.

ولتاژ خطی و فاز، اگر مقادیر برداری تمام فازها را جمع کنیم، برابر با صفر است:

• U(A) + U(B) + U(C) = 0;
• U(AB) + U(BC) + U(CA) = 0.

اگر یک گیرنده الکتریکی با مقاومت یکسان در هر فاز به ستاره متصل شود:

سپس می توانید جریان های خطی و فاز را محاسبه کنید:

• Ia = Ua/Za;
• Ib = Ub/Zb;
• Ic = Uc/Zc.

همانطور که در موارد کلی یک سیستم "ستاره" اعمال می شود، کمیت های جریان خطی با مقادیر فاز یکسان هستند.

معمولاً فرض بر این است که منبع تغذیه گیرنده های الکتریکی متقارن است و فقط امپدانس عملکرد مدار را تعیین می کند.

از آنجایی که نشانگر جریان جمع با صفر مطابقت دارد (قانون کیرشهوف)، در مورد یک سیستم چهار سیمه، هیچ جریانی در هادی خنثی جریان ندارد. چه یک هادی خنثی وجود داشته باشد یا نباشد، سیستم یکسان رفتار خواهد کرد.

برای توان اکتیو یک گیرنده سه فاز، فرمول معتبر است:

P = √3 x Uф I x cos φ.

توان راکتیو:

Q = √3 x Uф I x sin φ.

"Y" برای بار نامتقارن

این یک پیکربندی مدار است که در آن مقدار جریان یک فاز با فاز دیگر متفاوت است، یا تغییر فاز جریان ها در مقایسه با ولتاژها متفاوت است. ولتاژهای اینترفاز متقارن باقی خواهند ماند. با استفاده از ساختارهای برداری، ظاهر یک جابجایی نقطه صفر از مرکز مثلث مشخص می شود. نتیجه عدم تقارن مقادیر ولتاژ فاز و ظاهر Uo است:

Uo = 1/3 (U(A) + U(B) + U(C)).

با وجود بار نامتقارن، شاخص جریان جمع صفر است.

مهم!عملکرد مدار با بار نامتقارن به وجود یا نبودن هادی N بستگی دارد.

هنگامی که یک هادی N با امپدانس ناچیز Zo = 0 وصل می شود، مدار رفتار متفاوتی دارد.نقاط صفر منبع تغذیه و گیرنده برق به صورت گالوانیکی متصل هستند و پتانسیل یکسانی دارند. ولتاژ فاز فازهای مختلف مقادیر یکسانی به دست می آورد، و مقدار فعلی استن-رهبر ارکستر:

Io = I (A) + I (B) + I (C).

هنگام انتقال نیرو، استفاده از سیستم های سه سیمه در سطوح ولتاژ بالا و متوسط ​​معمول است. در سطوح ولتاژ پایین، جایی که اجتناب از بارهای نامتعادل دشوار است، از سیستم های چهار سیمه استفاده می شود.

طرح "Δ".

با اتصال انتهای هر فاز گیرنده برق به ابتدای فاز بعدی، می توانید یک جریان سه فاز با فازهای متصل به صورت سری بدست آورید. پیکربندی مدار حاصل "مثلث" نامیده می شود. در این شکل فقط می تواند به صورت سه سیم کار کند.

با کمک ساختارهای برداری، قابل درک حتی برای ساختگی ها، ولتاژها و جریان های فاز و خطی نشان داده شده است. هر فاز گیرنده الکتریکی به یک ولتاژ خطی بین دو هادی متصل است. ولتاژ خط و فاز در گیرنده برق یکسان است.

جریان های بین فازی برای "مثلث" I(A)، I(B)، I(C) هستند. فاز - I(AB)، IBC)، I(CA).

جریان های خطی از ساختارهای برداری پیدا می شوند:

• I(A) = I(AB) – I(CA);
• I(B) = I(BC) – I(AB);
• I(C) = I(CA) – I(BC).

مقدار جریان جمع در یک سیستم متقارن برابر با صفر است. مقادیر RMS جریان فاز:

I(AB) = I(BC) = I(CA) = U/Z.

از آنجایی که تغییر فاز بین U و I 30 درجه است، جریان خط در این پیکربندی برابر خواهد بود با:

I(A) = I(AB) – I(CA) = 2 x I(AB) x cos 30° = 2 x Iph x √3/2 = √3 x Iph.

مهم!مقدار موثر جریان خط √3 برابر مقدار موثر جریان فاز است.

جریان سه فاز و تک فاز

پیکربندی مدار "Y" استفاده از دو ولتاژ مختلف را در هنگام تغذیه مصرف کنندگان در شبکه های خانگی و صنعتی امکان پذیر می کند: 220 ولت و 380 ولت. 220 ولت با استفاده از دو هادی به دست می آید. یکی از آنها فاز و دیگری رسانای N است. ولتاژ بین آنها مطابق با ولتاژ فاز است. اگر 2 هادی بگیرید که هر دو نشان دهنده فاز هستند، ولتاژ بین فازها خطی نامیده می شود و برابر با 380 ولت است. هر 3 فاز برای اتصال استفاده می شود.

تفاوت های اصلی بین سیستم های تک فاز و سه فاز:

1. جریان تک فاز شامل برق از طریق یک هادی، سه فاز - از طریق سه است.
2. برای تکمیل مدار برق تک فاز، 2 هادی مورد نیاز است: خنثی دیگر، برای سه فاز - 4 (به علاوه خنثی).
3. بیشترین توان در سه فاز منتقل می شود، برخلاف سیستم تک فاز.
4. شبکه تک فاز ساده تر است.
5. اگر یک سیم فاز در یک شبکه تک فاز خراب شود، برق به طور کامل قطع می شود و در شبکه سه فاز، از طریق دو فاز باقی مانده تامین می شود.

جالب هست.نیکولا تسلا کاشف جریان های چند فازی و مخترع موتور القایی از جریان دو فاز با اختلاف فاز 90 درجه استفاده کرد که چنین سیستمی برای ایجاد میدان مغناطیسی دوار بیشتر از تک فاز اما کمتر از سه مناسب است. -فاز. این سیستم دو فاز ابتدا در ایالات متحده گسترده شد، اما پس از آن به طور کامل از استفاده ناپدید شد.

امروزه تقریباً تمام منبع تغذیه الکتریکی مبتنی بر جریان سه فاز فرکانس پایین با استفاده از فازهای جداگانه به صورت موازی است. تقریباً تمام نیروگاه ها دارای ژنراتورهایی هستند که جریان سه فاز تولید می کنند. ترانسفورماتورها می توانند با جریان سه فاز یا تک فاز کار کنند. وجود توان راکتیو در چنین شبکه هایی مستلزم نصب تجهیزات جبران کننده است.

ویدئو