Что такое трехфазный переменный ток. Трехфазный переменный ток: принципы работы и применение в энергетике

Что такое трехфазный переменный ток. Как он генерируется. Какие преимущества имеет по сравнению с однофазным. Где применяется трехфазная система. Как соединяются обмотки генератора и нагрузки в трехфазных цепях.

Основные понятия и характеристики трехфазного переменного тока

Трехфазный переменный ток представляет собой систему из трех синусоидальных токов одинаковой частоты, сдвинутых по фазе друг относительно друга на 120°. Такая система токов генерируется трехфазными электрическими генераторами и широко применяется для передачи и распределения электроэнергии.

Ключевые характеристики трехфазного тока:

• Три отдельных переменных тока (фазы)
• Одинаковая частота и амплитуда токов
• Сдвиг фаз на 120° друг относительно друга
• Суммарная мощность равномерно распределена между фазами

Как генерируется трехфазный ток?

Трехфазный ток вырабатывается в генераторах, имеющих три отдельные обмотки, расположенные под углом 120° друг к другу. При вращении ротора генератора в каждой обмотке индуцируется синусоидальная ЭДС, сдвинутая по фазе на 120° относительно других обмоток. Это обеспечивает генерацию трех синхронизированных переменных токов.

Преимущества трехфазных систем перед однофазными

Использование трехфазных систем имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с однофазными:

1. Более высокая эффективность передачи мощности
2. Меньшие потери в линиях электропередачи
3. Более равномерная и постоянная мощность
4. Возможность получения двух уровней напряжения
5. Простота создания вращающегося магнитного поля

Рассмотрим подробнее каждое из этих преимуществ.

Эффективность передачи мощности

В трехфазных системах при том же сечении проводов можно передать в 1,73 раза больше мощности, чем в однофазных. Это позволяет существенно снизить потери при передаче электроэнергии на большие расстояния.

Снижение потерь в линиях

За счет распределения тока по трем проводникам снижаются потери на нагрев проводов. При одинаковой передаваемой мощности потери в трехфазной линии примерно на 25% меньше, чем в однофазной.

Постоянство передаваемой мощности

В трехфазной системе суммарная мощность всегда постоянна, в то время как в однофазной она пульсирует от нуля до максимума. Это обеспечивает более равномерную нагрузку на генераторы и двигатели.

Способы соединения обмоток в трехфазных системах

В трехфазных системах применяются два основных способа соединения обмоток генераторов и нагрузок:

• Соединение звездой
• Соединение треугольником

Каждый из этих способов имеет свои особенности и области применения.

Соединение звездой

При соединении звездой концы всех трех обмоток объединяются в общую нейтральную точку. Начала обмоток подключаются к линейным проводам. Основные характеристики соединения звездой:

• Линейное напряжение в √3 раз больше фазного
• Линейный ток равен фазному
• Возможность использования нейтрального провода

Соединение треугольником

При соединении треугольником обмотки соединяются последовательно, образуя замкнутый контур. К точкам соединения обмоток подключаются линейные провода. Особенности соединения треугольником:

• Линейное напряжение равно фазному
• Линейный ток в √3 раз больше фазного
• Отсутствие нейтрального провода

Области применения трехфазных систем

Трехфазные системы нашли широкое применение в различных отраслях промышленности и энергетики:

• Передача электроэнергии на большие расстояния
• Питание промышленных электроустановок и оборудования
• Электропривод трехфазных двигателей
• Электрический транспорт
• Бытовое электроснабжение (в некоторых странах)

Трехфазные электродвигатели

Одно из важнейших применений трехфазных систем — питание асинхронных и синхронных электродвигателей. Трехфазное напряжение позволяет создать вращающееся магнитное поле в статоре двигателя, что обеспечивает его работу. Преимущества трехфазных двигателей:

• Высокий КПД
• Простота конструкции
• Надежность в работе
• Возможность реверса

Расчет параметров трехфазных цепей

При расчетах трехфазных цепей используются специальные формулы, учитывающие способ соединения обмоток и соотношения между линейными и фазными величинами.

Основные формулы для расчета трехфазных цепей

Для соединения звездой:

• Uл = √3 * Uф
• Iл = Iф
• P = √3 * Uл * Iл * cosφ

Для соединения треугольником:

• Uл = Uф
• Iл = √3 * Iф
• P = √3 * Uл * Iл * cosφ

где Uл — линейное напряжение, Uф — фазное напряжение, Iл — линейный ток, Iф — фазный ток, P — активная мощность, cosφ — коэффициент мощности.

Измерение параметров в трехфазных цепях

Для измерения электрических параметров в трехфазных цепях применяются специальные приборы и схемы включения:

• Трехфазные ваттметры для измерения активной мощности
• Измерительные трансформаторы тока и напряжения
• Трехфазные счетчики электроэнергии

Схемы включения измерительных приборов

Существуют различные схемы включения измерительных приборов в трехфазные цепи, в зависимости от измеряемых параметров и способа соединения нагрузки:

• Схема трех ваттметров
• Схема двух ваттметров
• Схема одного ваттметра (для симметричной нагрузки)

Выбор конкретной схемы зависит от требуемой точности измерений и особенностей исследуемой цепи.

Защита трехфазных электроустановок

Для обеспечения безопасной эксплуатации трехфазных электроустановок применяются различные виды защит:

• Защита от коротких замыканий
• Защита от перегрузок
• Защита от обрыва фазы
• Защитное заземление и зануление

Автоматические выключатели в трехфазных цепях

Одним из основных устройств защиты в трехфазных цепях являются автоматические выключатели. Они обеспечивают защиту от токов короткого замыкания и перегрузок. Особенности трехфазных автоматических выключателей:

• Трехполюсное исполнение
• Одновременное отключение всех трех фаз
• Наличие независимого расцепителя
• Возможность регулировки уставок срабатывания

Однофазный и трехфазный переменный ток

Переменным электрическим током называется такой ток, кото­рый с течением времени периодически изменяется по величине и на­правлению.

Основными величинами, которыми характеризуется переменный ток, являются: период, частота, максимальное (амплитудное) значе­ние, действующее (эффективное) значение, мгновенное значение и угловая частота (табл.

Формулы для расчета цепей переменного тока приведены в табл. 9 и 10.

Таблица 8

Основные величины, характеризующие синусоидальный переменный ток

Параметр	Определение	Формула для вычисления
Период	Время, в течение которого переменный ток (или напряже­ние) совершает одно полное изменение по величине и на­правлению
Частота	Число полных изменений пе­ременного тока (или напряже­ния), совершаемых за одну се­кунду
Максимальное (амплитудное) значение	Наибольшая величина, кото­рую достигает переменный ток (или напряжение) за один пе­риод
Действующее (эффективное) значение	Значение силы переменного тока (или напряжения), кото­рый проходя через равное со­противление, что и постоянный ток, за одно и то же -время выделяет одинаковое количест­во тепла
Мгновенное значение	Величина переменного тока (или напряжения) в любой рассматриваемый момент вре­мени
Удельная частота	Величина, выраженная в , которая больше частоты, выраженной в гц, в 2π раз

Таблица 9

Основные формулы для расчета цепей переменного тока

Схема цепи	Сопротивление цепи	Напряжение в зажимах цепи	Закон Ома

Таблица 10

Формулы для расчета мощности однофазного переменного тока

Мощность	Формула	Единица измерения
Полная		в·а
Активная		вт
Реактивная		вар

Коэффициент мощности показывает, какая часть полной мощности генератора используется в виде активной мощности. Коэффициент мощности вычисляют по формулам:

Трехфазной системой переменного тока называется такая электрическая цепь, в которой действуют три электродвижущие силы одинаковой частоты и амплитуды, взаимно смещенные по фазе на 120^○( (табл. 11).

Таблица 11

Основные величины трехфазной системы переменного тока

Наименование величины	Схемы соединения фаз
Линейное напряжение
Фазное напряжение
Линейный ток
Фазный ток
Полная мощность
Активная мощность
Реактивная мощность

Понятие о трехфазном переменном токе

Cайт Mirmarine. net просит поддержки.
Из за введенных санкций и событий с 24 февраля сайт Mirmarine.net оказался в тяжелом положении.
Если у вас есть возможность, поддержите финансово.
Поддержать

2. Главная
3. Электромеханик
4. Понятие о трехфазном переменном токе

Если между полюсами вращать цилиндр, на котором расположены не одна, а три обмотки, смещенные каждая по отношению к остальным на угол 120°, то наводимая в каждой обмотке э.д.с. будет достигать своего амплитудного (наибольшего) значения не в одно время, а отличаться по фазам на ¹/₃ периода (120°), как это изображено на рис. 166.

На этом рисунке слева схематично изображен магнит с полюсами и вращающийся между ними цилиндр с обмотками 1, 2 и 3, смещенными относительно друг друга на 120°, а справа представлен график синусоид изменения э. д. с. тока в этих обмотках. Как видно из графика, синусоиды смещены относительно друг друга на определенный угол.

При вращении каждая обмотка (катушка) является самостоятельным источником однофазного переменного тока.

Трехфазным током называется совокупность трех переменных токов одинаковой частоты, сдвинутых на ¹/₃ периода (120°). Трехфазный ток вырабатывают трехфазные генераторы переменного тока.

Для снятия тока во внешнюю цепь концы каждой обмотки 1, 2, 3 нужно было бы соединить с двумя вращающимися кольцами, а во внешней цепи для всех трех катушек иметь шесть независимых проводов. Но такая проводка была бы дорога и сложна. Поэтому в генераторах переменного трехфазного тока делают соединение обмоток звездой или треугольником (рис. 167).

При соединении звездой начальные концы всех фазных обмоток идут во внешнюю цепь, вторые концы обмоток соединены между собой. Потребитель можно включить между любой парой линейных проводов или между любым линейным проводом и нулевым.

При соединении треугольником конец первой обмотки фазы присоединяют к началу второй, конец второй — к началу третьей, конец третьей — к началу первой.

Напряжение между началом и концом фазы называется фазовым напряжением и обозначается U_ф. Напряжение между концами фаз или проводами называется линейным напряжением и обозначается U_л. Соответственно и величины тока называются фазовой (I_ф) или линейной (I_Л).

При соединении фаз генератора или приемника звездой линейный ток равен фазному (I_л = I_ф), а линейное напряжение в 1,73 раза больше фазного напряжения

При соединении треугольником линейное напряжение равно фазному, а линейный ток в 1,73 раза больше фазного тока.

• Электромеханик

Руководство по 3-фазному питанию | ASCO Power Technologies

В этой статье мы обсудим трехфазные системы питания, их преимущества и их сравнение с однофазными системами.

Фазы в электрических цепях

Что такое фаза в электрической цепи?

В однофазной системе ток к нагрузке подается по одному проводу, а в трехфазной системе используются три проводника, каждый из которых называется фазным проводником. Говоря о фазах, мы имеем в виду провода в системе распределения электроэнергии и нейтральный проводник, который можно найти вместе с ними. Как правило, трехфазные системы используются для передачи большего количества энергии при более высоких напряжениях, чем однофазные системы.

Что такое однофазное питание?

Однофазное питание иногда называют «бытовым напряжением». Это потому, что он используется в большинстве домов для питания электрических устройств и оборудования.

Однофазная энергосистема обеспечивает питание переменным током, при котором мгновенное напряжение возрастает и падает несколько раз в секунду. Полный подъем и спад переменного тока считается одним циклом, а количество циклов в секунду известно как частота, выраженная в циклах в секунду или Герцах. При обсуждении распределения мощности в однофазной системе важно понимать, что фазный провод несет ток, а нейтральный провод обеспечивает путь для возврата тока. Наиболее распространенными частотами являются 50 и 60 Гц, в зависимости от региональных стандартов по всему миру.

Одна из характеристик однофазного источника питания заключается в том, что он не может генерировать вращающееся магнитное поле. Двигатель в этой схеме потребует дополнительных мер, чтобы заставить его запускаться и работать.

Преимущества использования однофазного источника питания:

• Однофазные энергосистемы обеспечивают переменный ток по одному фазному проводу и нейтральному проводу.
• Они небольшие и относительно недорогие, поэтому хорошо подходят для дома, в котором работают непромышленные устройства.
• Однофазные энергосистемы просты в проектировании и эксплуатации
• Однофазные энергосистемы имеют повышенную эффективность передачи

Что такое трехфазное питание?

Трехфазное питание обеспечивает подачу трех переменных токов по отдельным проводникам. Эти переменные токи увеличиваются и уменьшаются в разное время в каждом цикле переменного тока, чтобы обеспечить более постоянное и постоянное напряжение, чем в однофазных системах.

Трехфазные энергосистемы чаще всего используют три фазных провода и один нулевой провод.

Преимущества использования трехфазного питания

Итак, каковы преимущества трехфазного питания? Зачем кому-то выбирать трехфазное питание, когда есть более простые однофазные системы питания? Вот лишь некоторые из преимуществ трехфазного питания.

Трехфазное питание упрощает работу с нагрузками

Однофазное питание может подойти для дома, но для фабрики, использующей промышленное оборудование, однофазное просто не подойдет. Трехфазное питание абсолютно необходимо для более тяжелых электрических нагрузок, будь то большое офисное здание или фабрика.

В трехфазных цепях требуется меньше проводящего материала для передачи большего количества энергии

Трехфазные энергосистемы обычно передают электричество при более высоком напряжении. По сравнению с однофазной системой трехфазная система может передавать большую мощность через проводники заданного сечения. Это приводит к более низким общим затратам на проводку, чем при распределении такого же количества энергии через однофазную систему.

Более плавный источник питания

Смещение синхронизации подпериодных изменений напряжения между тремя фазами сглаживает подачу питания, что полезно для нагрузки такого оборудования, как большие двигатели.

Для новых участников энергетического бизнеса важно понимать разницу между однофазным и трехфазным питанием. Дополнительные сведения об элементарных концепциях электротехники см. в других статьях на веб-сайте ASCO Power Technologies.

Если вы хотите повысить надежность электропитания, вам может помочь ASCO Power Technologies. Мы консультируем компании по всему миру, чтобы помочь им оптимизировать доступность электроэнергии. Свяжитесь с представителем ASCO сегодня.

Трехфазный ток

Трехфазный ток также может называться трехфазным переменным током или трехфазной электроэнергией и используется в сетях низкого напряжения для конечных потребителей (электросети общего пользования). Ток, проходящий здесь, ограничен 400 вольтами в Германии и других странах.

Когда три катушки в генераторе расположены равномерно по кругу, возникают три соответствующих (т. е. смещенных) переменных напряжения, которые последовательно достигают своих максимальных амплитуд в разное время. Эти напряжения смещения описываются фазовым углом.

При трехфазном переменном токе фазы смещены на 120 градусов. См. рис. 1 Трехфазный ток

Формула для расчета одиночного переменного напряжения в системе с трехфазным переменным током:

Энергетические компании стараются максимально равномерно нагрузить трехфазные проводники. Когда трехфазная система переменного тока разветвляется на отдельные линии переменного тока, как в домашних хозяйствах, симметричная нагрузка уже не обеспечивается. Поэтому добавляется нейтральный проводник (четырехпроводная система) для передачи компенсационных токов в соответствии со степенью асимметрии между внешними проводниками. Этот нейтральный проводник, как и внешние проводники, является «активным проводником» трехфазной системы, который может проводить ток при нормальной работе, в отличие от дополнительного заземляющего проводника. См. рис. 2 Трехфазный ток

Трехфазный ток можно использовать в конфигурации треугольник  или звезда .

Конфигурация «звезда»

При использовании конфигурации «звезда» (трехфазная система) три фазных провода в трехфазной системе соединяются на одном конце. Результирующая конвергенция образует центральную точку или точку звезды, которая соединяется с нейтральным проводником (N). Затем свободные концы подключаются к внешним проводникам (L1, L2 и L3). См. рис. 3 Трехфазный ток

Такое расположение выгодно тем, что можно отводить два разных напряжения для симметричной нагрузки (т. е. фазы u, v и w имеют одинаковый импеданс). Исходя из типичного фазного напряжения в Германии, между внешним проводником (L1, L2 или L3) и нейтральным проводником (N) проходит напряжение 230 В. Если снять напряжение между двумя внешними проводниками (например, L1 и L2), получается 400 В.

Совместное использование трех фазных проводов имеет место в 9Например, электродвигатели 0005 ( трехфазный двигатель ). Когда напряжения в двигателе направляются тремя катушками, расположенными по кругу, снова создается вращающееся магнитное поле, которое запускает вращение основного ротора с короткозамкнутым ротором.

Концы трех фазных проводников помечены следующим образом:

Для работы электродвигателя в конфигурации звезды внешние проводники L1, L2 и L3 подключаются к концам проводников u1, v1 и w1:

Остальные концы фазных проводов (u2, v2 и w2) соединены перемычками (соединены между собой) для реализации вышеупомянутой точки звезды.

Конфигурация треугольником

В конфигурации треугольника (трехфазная система) три фазных провода трехфазной системы соединены последовательно, при этом конец одного фазного провода соединяется с противоположным концом следующего проводник. Это приводит к трем точкам пересечения (u1, v1 и w1), к которым присоединяются внешние проводники, и их обозначения стандартизированы: L1, L2 и L3 (ранее: R, S и T).

См. рис. 2 Переменный ток

Нейтральный проводник (N) не требуется, как для конфигурации звезды. В сетях электроснабжения потребителей в Германии и Центральной Европе на пересекающихся концах фазных проводов проходит 400 вольт, а на отдельные внешние проводники «заземляется» 230 вольт.