Dòng điện xoay chiều ba pha

Ngày nay, nó là hệ thống dòng điện xoay chiều ba pha phổ biến nhất trên thế giới.

Mạch điện ba pha gọi là hệ thống gồm ba mạch điện trong đó có các dòng điện xoay chiều, EMF cùng tần số, lệch pha nhau 1/3 chu kì (φ=2π/3). Mỗi mạch riêng lẻ của một hệ thống như vậy được gọi ngắn gọn là pha của nó và hệ thống gồm ba dòng điện xoay chiều chuyển pha trong các mạch như vậy được gọi đơn giản là dòng điện ba pha.

Hầu hết tất cả các máy phát điện được lắp đặt trong các nhà máy điện của chúng tôi đều là máy phát điện ba pha... Về bản chất, mỗi máy phát điện như vậy là một kết nối trong một máy điện gồm ba máy phát điện xoay chiều, được thiết kế sao cho dòng điện cảm ứng trong chúng điện từ trường dịch chuyển tương đối với nhau bằng một phần ba chu kỳ như thể hiện trong hình. 1.

Cơm. 1. Đồ thị sự phụ thuộc thời gian của EMF sinh ra trong cuộn dây phần ứng của máy phát điện ba pha

Cách một bộ tạo như vậy được thực hiện rất dễ hiểu từ mạch trong hình. 2.

Cơm. 2. Ba cặp dây độc lập nối với ba phần ứng của máy phát điện ba pha cấp cho mạng chiếu sáng

Có ba phần ứng độc lập nằm trên stato của máy điện và lệch nhau 1/3 vòng tròn (120O). Một cuộn cảm chung cho tất cả các phần ứng quay ở trung tâm của máy điện được hiển thị trong sơ đồ ở dạng Nam châm vĩnh cửu.

Trong mỗi cuộn dây một EMF xen kẽ được tạo ra cùng tần số, nhưng thời gian khi các emfs này đi qua điểm không (hoặc đi qua cực đại) trong mỗi cuộn dây sẽ dịch chuyển 1/3 chu kỳ so với nhau vì cuộn cảm đi qua mỗi cuộn dây 1/3 chu kỳ sau đó từ cái trước.

Mỗi cuộn dây của máy phát điện ba pha là một máy phát điện và nguồn năng lượng điện độc lập. Bằng cách kết nối các dây với các đầu của mỗi dây như trong hình. 2, chúng ta sẽ có ba mạch độc lập, mỗi mạch có thể cấp nguồn cho một số máy thu điện, chẳng hạn đèn điện.

Trong trường hợp này, để truyền tất cả năng lượng được hấp thụ máy thu điện, sáu dây sẽ được yêu cầu. Tuy nhiên, có thể kết nối các cuộn dây của máy phát điện ba pha theo cách chúng xử lý bốn hoặc thậm chí ba dây, nghĩa là tiết kiệm đáng kể hệ thống dây điện.

Cách đầu tiên trong số những cách này được gọi là kết nối hình sao (Hình 3).

Cơm. 3. Hệ thống đấu dây bốn dây khi nối máy phát điện ba pha đấu sao. Các phụ tải (nhóm đèn điện I, II, III) được cấp điện áp pha.

Chúng ta sẽ gọi các cực của cuộn dây 1, 2, 3 là điểm đầu và các cực 1′, 2′, 3′ là điểm cuối của các pha tương ứng.

Kết nối của các ngôi sao là chúng tôi kết nối các đầu của tất cả các cuộn dây với một điểm của máy phát, được gọi là điểm không hoặc trung tính, và chúng tôi kết nối máy phát với máy thu điện bằng bốn dây: ba dây được gọi là tuyến tính dây đến từ đầu các cuộn dây 1, 2, 3 và dây trung tính hoặc dây trung tính đi từ điểm 0 của máy phát điện. Hệ thống dây này được gọi là bốn dây.

Điện áp giữa điểm 0 và điểm gốc của mỗi pha được gọi là điện áp pha và điện áp giữa điểm gốc của cuộn dây, nghĩa là điểm 1 và 2, 2 và 3, 3 và 1, được gọi là dòng... điện áp thường có nghĩa là U1, U2, U3 hoặc ở dạng chung là Uf và điện áp đường dây — U12, U23, U31 hoặc ở dạng chung là Ul.

Giữa biên độ hoặc giá trị trung bình điện áp pha và đường dây khi nối các cuộn dây của máy phát điện với hình sao thì có tỉ số Ul = √3Uf ≈ 1,73Ue

Vì vậy, ví dụ, nếu điện áp pha của máy phát điện là Uf = 220 V, thì khi kết nối các cuộn dây của máy phát điện theo hình sao, điện áp đường dây Ul — 380 V.

Trong trường hợp tải đồng đều ba pha của máy phát điện, tức là với dòng điện trong mỗi pha xấp xỉ bằng nhau, dòng điện trong dây trung tính bằng không... Do đó, trong trường hợp này, bạn có thể tháo dây trung tính và chuyển sang một hệ thống ba dây thậm chí còn kinh tế hơn. Trong trường hợp này, tất cả các tải được kết nối giữa các cặp dây dẫn tương ứng.

Trong tải không cân bằng, dòng điện trong dây trung tính không bằng 0, nhưng nói chung nó nhỏ hơn dòng điện trong dây pha. Do đó, dây trung tính có thể mỏng hơn dây pha.

Khi vận hành dòng điện xoay chiều ba pha, chúng cố gắng làm cho tải trên các pha khác nhau càng bằng nhau càng tốt.Đó là lý do tại sao, ví dụ, khi bố trí mạng lưới chiếu sáng của một ngôi nhà lớn với hệ thống bốn dây, một dây trung tính và một trong các dây tuyến tính được đưa vào từng căn hộ sao cho trung bình mỗi pha có chiều dài xấp xỉ nhau. trọng tải.

Một cách khác để kết nối các cuộn dây của máy phát điện, cũng cho phép đi dây ba dây, là kết nối tam giác như trong hình. 4.

Cơm. 4. Sơ đồ nối dây quấn máy phát điện ba pha hình tam giác

Ở đây, phần cuối của mỗi cuộn dây được nối với phần đầu của cuộn dây tiếp theo, vì vậy chúng tạo thành một tam giác khép kín và các dây dẫn được nối với các đỉnh của tam giác này - các điểm 1, 2 và 3. Khi được nối với một tam giác, điện áp dây của máy phát điện bằng điện áp pha của nó: Ul = Ue.

Do đó, việc chuyển đổi cuộn dây của máy phát từ sao sang tam giác dẫn đến giảm điện áp mạng √3 ≈ 1,73 lần... Kết nối tam giác cũng chỉ được phép với tải cùng pha hoặc gần như cùng pha. Nếu không, dòng điện trong vòng kín của cuộn dây sẽ quá mạnh, gây nguy hiểm cho máy phát điện.

Khi sử dụng dòng điện ba pha, các máy thu (tải) riêng biệt được cung cấp bởi các cặp dây riêng biệt cũng có thể được kết nối theo hình sao, nghĩa là sao cho một đầu của chúng được kết nối với một điểm chung và ba đầu tự do còn lại được nối với nhau. được kết nối với các dây của mạng hoặc với một hình tam giác, nghĩa là sao cho tất cả các tải được mắc nối tiếp và tạo thành một mạch chung, đến các điểm 1, 2, 3 trong đó các dây tuyến tính của mạng được kết nối.

Trong bộ lễ phục. 5 cho thấy kết nối hình sao của tải với hệ thống dây ba dây và trong hình.6 — với hệ thống dây bốn dây (trong trường hợp này, điểm chung của tất cả các tải được nối với dây trung tính).

Trong bộ lễ phục. Hình 7 hiển thị sơ đồ kết nối tải tam giác cho hệ thống dây ba dây.

Cơm. 5. Nối sao tải với hệ thống dây ba dây

Cơm. 6. Nối sao tải với hệ thống dây bốn dây

Cơm. 7. Kết nối đồng bằng tải với hệ thống dây ba dây

Trong thực tế, điều quan trọng là phải xem xét những điều sau đây. Khi các tải được kết nối tam giác, mỗi tải có điện áp đường dây và khi kết nối sao, điện áp thấp hơn √3 lần. Đối với trường hợp hệ thống bốn dây, điều này rõ ràng từ hình. 6. Nhưng trường hợp của hệ thống ba dây cũng vậy (Hình 5).

Giữa mỗi cặp điện áp đường dây ở đây, hai tải được mắc nối tiếp, các dòng điện trong đó lệch pha 2π/ 3. Điện áp trong mỗi tải bằng điện áp mạng tương ứng chia cho √3.

Do đó, khi chuyển tải từ hình sao sang hình tam giác, điện áp ở mỗi tải và do đó là dòng điện trong đó, tăng √3 ≈ 1,73 lần. Ví dụ: nếu điện áp đường dây của mạng ba dây là 380 V, thì khi nó được kết nối theo hình sao (hình 5), điện áp của mỗi tải sẽ bằng 220 V và khi được kết nối với một tam giác (hình 7) nó sẽ bằng 380 V.

Thông tin từ sách giáo khoa vật lý do G.S. Landsberg biên tập đã được sử dụng để chuẩn bị cho bài báo.