Технические характеристики трехфазного генератора

Технические характеристики и конструкции современных генераторов

Для выработки электроэнергии на электростанциях применяют синхронные генераторы трехфазного переменного тока. Различают турбогенераторы (первичный двигатель — паровая или газовая турбина) и гидрогенераторы (первичный двигатель — гидротурбина).

Для синхронных электрических машин в установившемся режиме работы имеется строгое соответствие между частотой вращения агрегата n, об/мин, и частотой сети f, Гц:

n = 60f/p, (1)

где р — число пар полюсов обмотки статора генератора.

Паровые и газовые турбины выпускают на большие частоты вращения (3000 и 1500 об/мин), так как при этом турбоагрегаты имеют наилучшие технико-экономические показатели. На тепловых электростанциях (ТЭС), сжигающих обычное топливо, частота вращения агрегатов, как правило, составляет 3000 об/мин, а синхронные турбогенераторы имеют два полюса. На АЭС применяют агрегаты с частотой вращения 1500 и 3000 об/мин.

Быстроходность турбогенератора определяет особенности его конструкции. Эти генераторы выполняются с горизонтальным валом. Ротор турбогенератора, работающий при больших механических и тепловых нагрузках, изготовляется из цельной поковки специальной стали (хромоникелевой или хромоникельмолибденовой), обладающей высокими магнитными и механическими свойствами.

Ротор выполняется неявнополюсным. Вследствие значительной частоты вращения диаметр ротора ограничивается по соображениям механической прочности 1,1-1,2 м при 3000 об/мин. Длина бочки ротора также имеет предельное значение, равное 6-6,5 м. Определяется оно из условий допустимого статического прогиба вала и получения приемлемых вибрационных характеристик.

Общий вид современного турбогенератора

Рис.1. Общий вид современного турбогенератора
1 — обмотка статора; 2 — ротор; 3,4 — соединительные муфты;
5 — корпус статора; 6 — сердечник статора; 7 — возбудитель;
8 — контактные кольца ротора и щетки; 9 — подшипники генератора;
10 — подшипники возбудителя

В активной части ротора, по которой проходит основной магнитный поток, фрезеруются пазы, заполняемые катушками обмотки возбуждения (рис.1). В пазовой части обмотки закрепляются немагнитными легкими, но прочными клиньями из дюралюминия. Лобовая часть обмотки, не лежащая в пазах, предохраняется от смещения под действием центробежных сил с помощью бандажа. Бандажи являются наиболее напряженными в механическом отношении частями ротора и обычно выполняются из немагнитной высокопрочной стали. По обеим сторонам ротора на его валу устанавливаются вентиляторы (чаще всего пропеллерного типа), обеспечивающие циркуляцию охлаждающего газа в машине.

Статор турбогенератора состоит из корпуса и сердечника. Корпус изготовляется сварным, с торцов он закрывается щитами с уплотнениями в местах стыка с другими частями (рис.1). Сердечник статора набирается из изолированных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Листы набирают пакетами, между которыми оставляют вентиляционные каналы. В пазы, имеющиеся во внутренней расточке сердечника, укладывается трехфазная обмотка, обычно двухслойная.

Гидравлические турбины имеют обычно относительно малую частоту вращения (60-600 об/мин). Частота вращения тем меньше, чем меньше напор воды и чем больше мощность турбины. Гидрогенераторы поэтому являются тихоходными машинами и имеют большие размеры и массы, а также большое число полюсов.

Гидрогенераторы выполняют с явнополюсными роторами и преимущественно с вертикальным расположением вала. Диаметры роторов мощных гидрогенераторов достигают 14-16 м, а диаметры статоров — 20-22 м.

Общий вид современного вертикального гидрогенератора

Рис.2. Общий вид современного вертикального гидрогенератора

В машинах с большим диаметром ротора сердечником служит обод, собираемый на спицах, которые крепятся на втулке ротора. Полюсы, как и обод, делают наборными из стальных листов и монтируют на ободе ротора с помощью Т-образных выступов (рис.2). На полюсах помимо обмотки возбуждения размещается еще так называемая демпферная обмотка, которая образуется из медных стержней, закладываемых в пазы на полюсных наконечниках и замыкаемых с торцов ротора кольцами. Эта обмотка предназначена для успокоения колебаний ротора агрегата, которые возникают при всяком возмущении, связанном с резким изменением нагрузки генератора.

В турбогенераторах роль успокоительной обмотки выполняют массивная бочка ротора и металлические клинья, закрывающие обмотку возбуждения в пазах.

Статор гидрогенератора имеет принципиально такую же конструкцию, как и статор турбогенератора, но в отличие от последнего выполняется разъемным. Он делится по окружности на две-шесть равных частей, что значительно облегчает его транспортировку и монтаж.

В последние годы начинают находить применение так называемые капсульные гидрогенераторы, имеющие горизонтальный вал. Такие генераторы заключаются в водонепроницаемую оболочку (капсулу), которая с внешней стороны обтекается потоком воды, проходящим через турбину. Капсульные генераторы изготовляют на мощность несколько десятков мегавольт-ампер. Это сравнительно тихоходные генераторы (n = 60-150 об/мин) с явнополюсным ротором.

Среди других типов синхронных генераторов, применяемых на электростанциях, надо отметить так называемые дизель-генераторы, соединяемые с дизельным двигателем внутреннего сгорания. Это явнополюсные машины с горизонтальным валом. Дизель как поршневая машина имеет неравномерный крутящий момент, поэтому дизель-генератop снабжается маховиком или его ротор выполняется с повышенным маховым моментом.

Номинальные параметры генераторов

Завод-изготовитель предназначает генератор для определенного длительно допустимого режима работы, который называют номинальным. Этот режим работы характеризуется параметрами, которые носят название номинальных данных генератора и указываются на его табличке, а также в паспорте машины.

Номинальное напряжение генератора — это линейное (междуфазное) напряжение обмотки статора в номинальном режиме.

Номинальным током статора генератора называется то значение тока, при котором допускается длительная нормальная работа генератора при нормальных параметрах охлаждения (температура, давление и расход охлаждающего газа и жидкости) и номинальных значениях мощности и напряжения, указанных в паспорте генератора.

Номинальная полная мощность генератора определяется по следующей формуле, кВА:

Номинальная активная мощность генератора — это наибольшая активная мощность, для длительной работы с которой он предназначен в комплекте с турбиной.

Номинальная активная мощность генератора определяется следующим выражением:

Номинальные мощности турбогенераторов должны соответствовать ряду мощностей согласно ГОСТ 533-85Е. Шкала номинальных мощностей крупных гидрогенераторов не стандартизирована.

Номинальный ток ротора — это наибольший ток возбуждения генератора, при котором обеспечивается отдача генератором его номинальной мощности при отклонении напряжения статора в пределах ±5% номинального значения и при номинальном коэффициенте мощности.

Номинальный коэффициент мощности согласно ГОСТ принимается равным 0,8 для генераторов мощностью до 125 MBА, 0,85 для турбогенераторов мощностью до 588 MBА и гидрогенераторов до 360 MBА, 0,9 для более мощных машин. Для капсульных гидрогенераторов обычно cosφном ≈ 1.

Каждый генератор характеризуется также КПД при номинальной нагрузке и номинальном коэффициенте мощности. Для современных генераторов номинальный коэффициент полезного действия колеблется в пределах 96,3-98,8%.

Трехфазный генератор – принцип работы и его устройство

Трехфазный генератор

Генераторы

Тот, кто незнаком с генераторами, объясняем, что это агрегат, в котором из одного вида энергии получается другая. А, точнее, из механической электрическая. При этом эти приборы могут генерировать как ток постоянный, так и ток переменный. До середины двадцатого века использовались в основном генераторы постоянного тока. Это были аппараты больших размеров, которые работали не очень хорошо. Появление на рынке диодов полупроводникового типа позволило изобрести трехфазный генератор переменного тока. Именно диоды позволяют выпрямить переменный ток.

Трехфазный генератор

Принцип работы

В основе работы трехфазного генератора лежит закон Фарадея – закон электромагнитной индукции, который гласит, что электродвижущая сила будет обязательно индуцироваться во вращающейся прямоугольной рамке, которая установлена между двумя магнитами. При этом делается оговорка, что магниты будут создавать вращающееся магнитное поле. Направление вращения и рамки, и магнитного поля обязательно совпадают. Но электродвижущая сила будет возникать и в том случае, если рамка останется неподвижной, а внутри нее вращать магнит.

Читайте также  Бензиновый генератор redverg rd2500b бензиновый генератор redverg rd2500b

Чтобы разобраться, как работает генератор, обратите внимание на рисунок ниже. Это простейшая схема его работы.

Принцип действия генератора тока

Здесь хорошо видны магниты с разными полюсами, рамка, вал и токосъемные кольца, с помощью которых производится отвод тока.

Конечно, это просто схема, хотя лабораторные генераторы так и создавались. На практике же обычные магниты заменяют электромагнитами. Последние – это медная обмотка или катушки индуктивности. Когда по ним проходит электрический ток, образуется необходимое магнитное поле. Такие генераторы установлены во всех автомобилях (это для примера), чтобы их запустить, под капотом устанавливается аккумулятор, то есть, источник постоянного тока. Некоторые модели генераторов запускаются по принципу самовозбуждения или при помощи маломощных генераторов.

Схемa генерaторa переменного токa

Схемa генерaторa переменного токa

Разновидности

В основе классификации заложен принцип действия, поэтому эти агрегаты переменного тока делятся на два класса:

  • Асинхронные. Это самые надежные в работе, небольших размеров и веса, простых по конструкции генераторы. Они прекрасно справляются с перегрузками и коротким замыканием. Правда, необходимо учитывать, что данный вид сразу же выходит из строя, если на него будет действовать большая перегрузка. К примеру, пусковой ток электрооборудования. Поэтому стоит учитывать этот факт, для чего придется приобретать генератор мощностью большей раза в три или четыре, чем потребляемая мощность оборудования при запуске.
  • Синхронные. А вот этот вид легко справляется с краткосрочными нагрузками. Такой генератор может выдержать перегруз раз в пять или шесть. Правда, высокой надежностью он не отличается по сравнению с асинхронным вариантов, к тому же он является обладателем больших размеров и массы.

Конечно, в данном разделении лежит принцип работы агрегата. Но есть и другие критерии.

Отличие генераторов тока

  • Однофазный.
  • Двухфазный.
  • Трехфазный.
  • Многофазный (обычно шесть фаз).
  • Сварочный.
  • Линейный.
  • Индукционный.
  • Стационарный.
  • Переносной.

Устройство трехфазного генератора

В принципе, устройство трехфазного генератора переменного тока достаточно простое. Это корпус с двумя крышками с противоположных сторон. В каждой из них проделаны отверстия для вентиляции. В крышках устроены ниши под подшипники, в которых вращается вал. На передний конец вала устанавливается передаточный элемент. К примеру, на автомобильном генераторе установлен шкив, с помощью которого вращение передается от двигателя внутреннего сгорания на генератор. На противоположном конце вала производится передача электрического тока, ведь вал в этом случае выступает как электромагнит с одной обмоткой.

Передача производится через графитовые щетки и токосъемные кольца (они из меди). Щетки соединены с электрорегулятором (по сути, это обычное реле), который регулирует подачу напряжение 12 вольт с требуемыми отклонениями. Самое важное, что реле не повышает и не понижает напряжение в зависимости от скорости вращения самого вала.

Устройство генератора

Так вот если говорить о трехфазных генераторах переменного тока, то это три вот таких однофазных. Только трехфазный агрегат имеет обмотку не на роторе (валу), а в статоре. И таких обмоток три, которые сдвинуты относительно друг друга по фазе. Вал, как и в первой конструкции, выполняет функции электромагнита, который питается через контакты скользящего типа постоянным током.

Вращение вала создает в обмотках магнитное поле. Электродвижущая сила начинает индуцироваться, когда происходит пересечение магнитного поля обмоток с ротором. А так как обмотки располагаются на статоре симметрично, то есть, через каждые 120º, то соответственно и электродвижущая сила будет иметь одинаковое амплитудное значение.

Трехфазные генераторы: характеристики, применение

Сложно представить современную жизнь без электричества. Это касается и работы обычных бытовых приборов в доме, и функционирования предприятий, заводов, клиник. Даже представить себе страшно, что произойдет, если в одном городе полностью отключится электропитание.

Во многих организациях стараются экономить площадь или переезжать за город. Известно, что за городской чертой нередки случаи сбоев электрической энергии. Но обычно это не пугает компании, так как проблема очень легко и просто решаема. На помощь приходят трехфазные генераторы.

Разные задачи решают разные устройства. В зависимости от них выбирают трехфазные генераторы на бензиновом или дизельном топливе. Это не те аппараты, на которых экономят. Приборы должны быть изготовлены у известного производителя, чтобы исключалась подделка.

Генераторы на бензине

Бензиновые агрегаты применяются повсюду. Это сфера строительства, промышленность, торговля и так далее. В общем, везде, где необходимо электрическое питание.

трехфазные генераторы

Покупая трехфазные генераторы, следует помнить о необходимости обеспечения нагрузок на разных фазах. Также должна поддерживаться разница между электромощностями, которая не должна быть выше двадцати пяти процентов.

Бензиновые агрегаты имеют свой выход однофазного напряжения на 220 В и 50 Гц. Это, конечно, делает их возможности еще шире. Но нужно понимать, что мощность электроприборов не должна быть выше трети выходной мощности двигателя. В противном случае произойдет перекос фаз, и техника не запустится.

Чтобы современное производство работало исправно, на нем должно быть установлено подобное оборудование.

генератор цена

Генераторы на дизеле

Для обеспечения электричеством промышленных объектов, применяются также трехфазные генераторы дизельного типа. Это устройство устанавливают для автономного источника, обеспечивающего электричеством промышленные объекты, работающие на полную мощность.

Конструкция

Дизельный генератор функционирует благодаря преобразованию вращательной энергии коленчатого вала в переменный ток.

  1. Поршни начинают двигаться от коленвала.
  2. Через движение ротору передается энергия.
  3. В итоге в обмотке появляется переменное магнитное поле, преобразовывающееся в электрический ток.

Для получения такого результата необходимо задействование следующих механизмов:

  • дизельного двигателя, от качества которого зависит длительность трехфазной электрической станции — производители генераторов обычно используют агрегаты крупных компаний;
  • системы для функционирования мотора, включая подачу топлива, жидкостное охлаждение, подачу воздуха и другие;
  • синхронный и асинхронный генератор переменного тока;
  • различные автоматические устройства для контроля за включением и отключением мотора, мощность и так далее;
  • рама для выполнения задачи несущей конструкции.

Схема трехфазного генератора выглядит следующим образом:

схема трехфазного генератора

Выбирая трехфазную электрическую дизельную станцию, особое внимание отводят двигателю. Наилучшая производительность будет достигнута с моторами с турбонаддувом и охлаждением воздуха. Эти двигатели являются не самыми дорогими, однако за ними необходимо обеспечить тщательный уход.

Как выбрать генератор трехфазного напряжения

Выбирая подходящий агрегат, необходимо обратить внимание на качество отдельных деталей и на уровень защиты прибора от поражения током.

Что касается двигателя, то в этом случае лучше не экспериментировать с китайскими моторами. Лучше предпочесть английский Cummins, Perkins, немецкий Deutz или наш ЯМЗ или ММЗ.

Генератор переменного тока может иметь разную защиту от поражения током. Коэффициент указывается на маркировке. Если имеется пятая категория, то никакой возможности проникновения нет. Четвертая означает максимальный коэффициент, говорящий о невозможности проникновения под любым углом.

генератор синхронный трехфазный

Генератор трехфазного тока может быть выполнен по-разному. Эти виды используются в зависимости от погодных условий и режима эксплуатации.

Подбирая трехфазный генератор, обращают внимание и на производителя. Чтобы сделать правильный выбор, конечно, необходимо проконсультироваться у специалистов, чтобы они подобрали модель, удовлетворяющую все запросы в электричестве.

Расчет мощности

Правильно рассчитать мощность самостоятельно будет очень проблематично. Перед тем как выбрать подходящее устройство, учитывают:

  • активную нагрузку, то есть коэффициент всех потребностей для стабильной работы;
  • реактивную нагрузку, то есть при автозапуске должно обеспечиваться мощности на треть больше, чем в стандартном режиме.

генератор трехфазного тока

Плюсы и минусы дизельных установок

Дизельные трехфазные генераторы отличаются следующими преимуществами:

  • они дешевы в эксплуатации, в отличие от бензиновых вариантов, и неприхотливы;
  • можно выбирать производственные мощности, компенсируя отсутствие напряжения даже при работе оборудования;
  • к устройству могут быть подключены как трехфазные, так и однофазные приборы.
Читайте также  Токосъемные кольца генератора от шкода

Минусом иногда называют высокую стоимость установки. Однако, учитывая экономию при обслуживании, в итоге работа на солярке может оказаться дешевле, чем на бензине.

Трехфазный или однофазный

Электрические генераторы могут быть однофазными (на 220 В) и трехфазными (на 380 В). Если трехфазных потребителей не имеется, то, конечно, стоит приобрести первый вариант. В противном случае покупают генератор трехфазного напряжения. Он может выдавать как 220 В, так и 380 В, в то время как однофазные способны только на 220 В.

В случае приобретения трехфазного генератора, на котором будут подключаться и однофазные потребители, следует учитывать следующее:

  • между фазами должна быть равномерно распределена нагрузка;
  • мощности не должны отличаться на фазах более двадцати пяти процентов, чтобы не возникло перекоса фаз;
  • однофазный потребитель должен иметь нагрузку не более трети от мощности трехфазного агрегата, то есть если трехфазная станция имеет шесть киловатт, то к ней можно подключить прибор на два киловатта;
  • не должно допускаться замыкание от двух и более фаз.

дизельные трехфазные генераторы

Генератор синхронный трехфазный приобретают:

  • для обеспечения энергией трехфазных потребителей;
  • увеличения мощности;
  • уменьшения сечения кабелей ввода.

Эти универсальные приборы, способные обеспечивать разные нагрузки, требуют ответственного ухода.

Дизельные агрегаты приобретают больше всего для таких промышленных объектов, где необходимо обеспечить стабильную работу при жесткой эксплуатации и для достижения высокой производительности. Они обладают отличной энергоэффективностью и соответствуют необходимым стандартам качества.

Рассмотрим отдельные модели трехфазных генераторов.

Бензиновый агрегат УГБ-10000ЕТ

Прибор часто приобретается при строительных работах, на производственных цехах и в фермерских хозяйствах. Он отлично подойдет в качестве источника резервного питания, если будет отключаться электричество в центральных сетях.

УГБ-10000ЕТ имеет четырехтактный двухцилиндровый мотор, оснащенный воздушным охлаждением. Такой двигатель имеет небольшой расход топлива, низкий уровень шума и вибрации, а также большой срок эксплуатации.

Длительная служба агрегата гарантируется медной обмоткой большого сечения (сама медь является высококачественным продуктом, выплавленным из руды).

Двадцать пять литров топлива здесь хватит, чтобы работал пять часов генератор. Цена такого устройства составляет от 156 до 185 тысяч рублей.

генератор трехфазного напряжения

Дизельный агрегат УГД-10000ЕТ

Другой отечественный генератор на дизеле также подойдет для различных коммерческих целей.

Особенность дизеля заключается в том, что он любит постоянную нагрузку. Поэтому такой агрегат больше приобретают для постоянной работы, если центральное электричество отсутствует или работает с существенными перебоями.

Это также четырехтактный двухцилиндровый агрегат, имеющий воздушное охлаждение и прямой впрыск. Также для прибора характерна автоматическая декомпрессия, комбинированная смазка и ручной насос. Все это делает устройство исключительно надежным, которое может использоваться в самых тяжелых условиях.

Топливный бак рассчитан на тридцать литров и может обеспечить десять часов работы.

Установка весит сто семьдесят килограмм без топлива, поэтому в основном используется в стационарных условиях, хотя легко перемещаться также может этот генератор. Цена его несколько выше: от 193 до 237 тысяч рублей.

Обзор трехфазных дизельных генераторов

Периодические проблемы с электричеством способны испортить качество жизни любому владельцу частного дома или квартиры. Но для промышленных предприятий – это настоящая катастрофа. При этом недорогим маломощным бензогенератором не обойтись. Особенно, если электрическая сеть рассчитана на три фазы.

Рациональный вариант решения проблемы – приобрести трехфазный дизельный генератор.

Такие модели стоят недешево, но вложения оправдают себя довольно быстро.

Преимущества таких генераторов

Основными преимуществами трехфазных моделей дизельных генераторов являются высокие выходные мощности и неприхотливость в эксплуатации двигателя внутреннего сгорания.

К другим достоинствам можно отнести:

  • относительно недорогое и экономичное горючее;
  • большие мощностные ресурсы и высокий КПД;
  • возможность подключения сразу нескольких потребителей энергии;
  • способность выдерживать повышенные нагрузки и перепады напряжения.

Однако подобные агрегаты требуют трехфазной разводки сети, а также допуска на введение в эксплуатацию. Без специальных знаний подключить их довольно сложно, поэтому потребуются услуги профессионала. Неправильный запуск способен вызвать перекос фаз и аварийную остановку работы агрегата.

Функциональные особенности и сфера применения

Если знать, что такое трехфазные дизель-генераторы, можно понять нюансы работы двигателей и других узлов подобных устройств. Такие энергостанции способны обеспечить питанием как трехфазные (360 В), так и однофазные (220 В) электропотребители. Эти приборы универсальны, мощны и неприхотливы, однако немало стоят. При использовании их цена окупается, поскольку генераторы работают на недорогой солярке. Тратится дизельного топлива на выработку киловатта энергии меньше, чем бензина, что увеличивает экономичность агрегата.

Дизель-генераторы трехфазного исполнения используют для автономного энергопитания промышленных предприятий или жилых комплексов большой площади.

Также они подойдут для:

  • школ и больниц;
  • крупных фермерских хозяйств;
  • удаленных стройплощадок;
  • мест разработки полезных ископаемых.

Но можно применять их и в качестве аварийных и резервных источников, если наблюдаются частые проблемы с электроснабжением. Мобильные варианты часто выбирают коммунальщики для устранения неполадок на объектах с отключенным электричеством. Устройства обеспечивают стабильное напряжение при сложных климатических условиях.

Бытовое применение трехфазных дизельных устройств рационально, если генератор будет обеспечивать частный дом с трехфазной разводкой или если коттедж очень большой и жильцы используют много электроприборов.

Отличия от однофазных устройств

Поле в статоре электрогенераторов создается с помощью ротора – вращающейся обмотки в синхронных устройствах. В 3-фазных дизель генераторах таких обмоток три. Благодаря этому достигаются высокие мощностные показатели и реально обеспечить питанием как трехфазные, так и однофазные электроприборы.

К генераторам с одной фазой можно подключать лишь однофазные энергопотребители.

Перед тем как выбрать одно- или трехфазный генератор, нужно учесть возможность его подключения к разводке сети и наличие потребителей с 3-мя фазами. Подобных бытовых приборов не так уж много, чаще это электрокотлы, насосные или подъемные станции. Если их в доме нет, проще приобрести однофазную дизельную модель.

Иногда трехфазные генераторы ставят для обеспечения более стабильного напряжения, чтобы не повредить чувствительные однофазные устройства. Но при этом нужно распределять нагрузку между фазами равномерно: выходная мощность не должна различаться на каждом входе более чем на 25 процентов, чтобы избежать перекоса фаз.

При подключении однофазного прибора также требуется учесть то, что его мощностные показатели не должны превышать трети от номинальной мощности энергостанции.

Обзор моделей

Выбор оптимальной энергостанции невозможен без анализа технических характеристик предлагаемых на рынке устройств.

Сопоставив параметры моделей известных производителей с индивидуальными нуждами, можно найти наиболее экономичное устройство с высоким КПД.

Популярные модели трехфазных генераторов на дизеле Мощность

Дизельные энергостанции трехфазного исполнения – практичный вариант для предприятий малого и среднего бизнеса. В качестве резерва они могут использоваться и на крупных заводах, а также обеспечат энергией жилой комплекс и даже небольшое поселение.

Трехфазный переменный ток

В настоящее время во всем мире получила наибольшее распространение трехфазная система переменного тока .

Трехфазной системой электрических цепей называют систему, состоящую из трех цепей, в которых действуют переменные, ЭДС одной и той же частоты, сдвинутые по фазе друг относительно друга на 1/3 периода ( φ =2 π /3). Каждую отдельную цепь такой системы коротко называют ее фазой, а систему трех сдвинутых по фазе переменных токов в таких цепях называют просто трехфазным током .

Почти все генераторы, установленные на наших электростанциях, являются генераторами трехфазного тока . По существу, каждый такой генератор представляет собой соединение в одной электрической машине трех генераторов переменного тока, сконструированных таким образом, что индуцированные в них ЭДС сдвинуты друг относительно друга на одну треть периода, как это показано на рис. 1.

Графики зависимости от времени ЭДС, индуцированных в обмотках якоря генератора трехфазного тока

Рис. 1. Графики зависимости от времени ЭДС, индуцированных в обмотках якоря генератора трехфазного тока

Как осуществляется подобный генератор легко понять из схемы на рис. 2.

Три пары независимых проводов, присоединенных к трем якорям генератора трехфазного тока, питают осветительную сеть

Рис. 2. Три пары независимых проводов, присоединенных к трем якорям генератора трехфазного тока, питают осветительную сеть

Здесь имеются три самостоятельных якоря, расположенных на статоре электрической машины и смещенных на 1/3 окружности (120 о ). В центре электрической машины вращается общий для всех якорей индуктор, изображенный на схеме в виде постоянного магнита.

трехфазный переменный токВ каждой катушке индуцируется переменная ЭДС одной и той же частоты, но моменты прохождения этих ЭДС через нуль (или через максимум) в каждой из катушек окажутся сдвинутыми на 1/3 периода друг относительно друга, ибо индуктор проходит мимо каждой катушки на 1/3 периода позже, чем мимо предыдущей.

Каждая обмотка трехфазного генератора является самостоятельным генератором тока и источником электрической энергии. Присоединив провода к концам каждой из них, как это показано на рис. 2, мы получили бы три независимые цепи, каждая из которых могла бы питать те или иные электроприемники, например электрические лампы.

В этом случае для передачи всей энергии, которую поглощают электроприемники, требовалось бы шесть проводов. Можно однако, так соединить между собой обмотки генератора трехфазного тока, чтобы обойтись четырьмя и даже тремя проводами, т. е. значительно сэкономить проводку.

Первый из этих способов, называется соединением звездой (рис. 3).

Рис. 3. Четырехпроводная система проводки при соединении трехфазного генератора звездой. Нагрузки (группы электрических ламп I, II, III) питаются фазными напряжениями.

Будем называть зажимы обмоток 1, 2, 3 началами, а зажимы 1 ‘ , 2 ‘ , 3 ‘ — концами соответствующих фаз.

Соединение звезд заключается в том, что мы соединяем концы всех обмоток в одну точку генератора, которая называется нулевой точкой или нейтралью , и соединяем генератор с приемниками электроэнергии четырьмя проводами: тремя так называемыми линейными проводами , идущими от начала обмоток 1, 2, 3, и нулевым или нейтральным проводом , идущим от нулевой точки генератора. Такая система проводки называется четырехпроводной .

трехфазный переменный токНапряжения между нулевой точкой и началом каждой фазы называют фазными напряжениями , а напряжения между началами обмоток, т, е. точками 1 и 2, 2 и 3, 3 и 1, называют линейными . Фазные напряжения обычно обозначают U1 , U 2 , U 3 , или в общем виде U ф, а линейные напряжения — U12, U23 , U 31 , или в общем виде U л.

Между амплитудами или действующими значениями фазных и линейных напряжений при соединении обмоток генератора звездой существует соотношение U л = √ 3 U ф ≈ 1,73 U ф

Таким образом, например, если фазное напряжение генератора U ф = 220 В, то при соединении обмоток генератора звездой линейное напряжение U л — 380 В.

В случае равномерной нагрузки всех трех фаз генератора, т. е. при приблизительно одинаковых токах в каждой из них, ток в нулевом проводе равен нулю . Поэтому в этом случае можно нулевой провод упразднить и перейти к еще более экономной трехпроводной системе. Все нагрузки включаются при этом между соответствующими парами линейных проводов.

При несимметричной нагрузке ток в нулевом проводе не равен нулю, но, вообще говоря, он слабее, чем ток в линейных проводах. Поэтому нулевой провод может быть тоньше, чем линейные.

При эксплуатации трехфазного переменного тока стремятся сделать нагрузку различных фаз по возможности одинаковой. Поэтому, например, при устройстве осветительной сети большого дома при четырехпроводной системе вводят в каждую квартиру нулевой провод и один из линейных с таким расчетом, чтобы в среднем на каждую фазу приходилась примерно одинаковая нагрузка.

Другой способ соединения обмоток генератора, также допускающий трехпроводную проводку — это соединение треугольником, изображенное на рис. 4.

Схема соединения обмоток трехфазного генератора треугольником

Рис. 4. Схема соединения обмоток трехфазного генератора треугольником

Здесь конец каждой обмотки соединен с началом следующей, так что они образуют замкнутый треугольник, а линейные провода присоединены к вершинам этого треугольника — точкам 1, 2 и 3. При соединении треугольником линейное напряжение генератора равно его фазному напряжению : U л = U ф.

Таким образом, переключение обмоток генератора со звезды на треугольник приводит к снижению линейного напряжения в √ 3 ≈ 1,73 раза . Соединение треугольником также допустимо лишь при одинаковой или почти одинаковой нагрузке фаз. Иначе ток в замкнутом контуре обмоток будет слишком силен, что опасно для генератора.

При применении трехфазного тока отдельные приемники (нагрузки), питающиеся от отдельных пар проводов, также могут быть соединены либо звездой, т. е. так, что один конец их присоединен к общей точке, а оставшиеся три свободных конца присоединяются к линейным проводам сети, либо треугольником, т. е. так, что все нагрузки соединяются последовательно и образуют общий контур, к точкам 1, 2, 3 которого присоединяются линейные провода сети.

На рис. 5 показано соединение нагрузок звездой при трехпроводной системе проводки, а на рис. 6 — при четырехпроводной системе проводки (в этом случае общая точка всех нагрузок соединяется с нулевым проводом).

На рис. 7 показана схема соединения нагрузок треугольником при трехпроводной системе проводки.

Соединение нагрузок звездой при трехпроводной системе проводк

Рис. 5. Соединение нагрузок звездой при трехпроводной системе проводки

Соединение нагрузок звездой при четырехпроводной системе проводок

Рис. 6. Соединение нагрузок звездой при четырехпроводной системе проводок

Соединение нагрузок треугольником при трехпроводной системе проводки

Рис. 7. Соединение нагрузок треугольником при трехпроводной системе проводки

Практически важно иметь в виду следующее. При соединении нагрузок треугольником каждая нагрузка находится под линейным напряжением, а при соединении звездой — под напряжением, в √ 3 раз меньшим. Для случая четырехпроводной системы это ясно из рис. 6. Но то же имеет место в случае трехпроводной системы (рис. 5).

Между каждой парой линейных напряжений здесь включены последовательно две нагрузки, токи в которых сдвинуты по фазе на 2 π /3. Напряжение на каждой нагрузке равно соответствующему линейному напряжению, деленному на √ 3 .

Таким образом, при переключении нагрузок со звезды на треугольник напряжения на каждой нагрузке, а следовательно, и ток в ней повышаются в √ 3 ≈ 1,73 раза. Если, например, линейное напряжение трехпроводной сети равнялось 380 В, то при соединении звездой (рис. 5) напряжение на каждой из нагрузок будет равно 220 В, а при включении треугольником (рис. 7) будет равно 380 В.

При подготовке статьи использовалась информация из учебника физики под редакцией Г. С. Ландсберга.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: