Wartości napięcia, prądu i mocy dla połączeń w gwiazdę i trójkąt

Wielkie odkrycie praw Faradaya: kiedy drut przecina linie sił pola magnetycznego, w przewodzie indukowana jest siła elektromotoryczna, powodująca prąd w obwodzie, do którego ten drut wchodzi, co posłużyło za podstawę do stworzenia generatorów elektrycznych z obracającym się wirnikiem - magnesem. W tym przypadku pole elektromagnetyczne jest indukowane w uzwojeniach stojana (patrz — Praktyczne zastosowanie prawa indukcji elektromagnetycznej Faradaya).

Uzyskane napięcia mogą być bardzo różne: wszystko zależy od konstrukcji generatora, liczby uzwojeń w stojanie i sposobu ich połączenia. W praktycznej elektrotechnice najbardziej rozpowszechniony jest jednak trójfazowy układ prądu sinusoidalnego zaproponowany przez wybitnego rosyjskiego inżyniera M.O. Dolivo-Dobrovolsky w 1888 roku (57 lat po odkryciu Faradaya).

Spośród wszystkich systemów wielofazowych, trójfazowe zapewniają najbardziej ekonomiczny przesył energii elektrycznej na duże odległości i pozwalają tworzyć niezawodne i łatwe w obsłudze generatory, silniki i transformatory.Ale trzy uzwojenia można połączyć na dwa sposoby: „trójkąt” (ryc. 1) i „gwiazda” (ryc. 2).

Ryż. 1

Ryż. 2

Faza to napięcie Uph wytwarzane przez jedno uzwojenie, liniowy Ul to napięcie między dwoma przewodami liniowymi. Innymi słowy, napięcie fazowe Czy napięcie między każdym z przewodów liniowych a przewodem neutralnym.

Gdy symetryczny generator jest połączony w gwiazdę, napięcie sieciowe jest 1,73 razy wyższe niż napięcie fazowe, tj. Wielka Brytania = 1,73 • Upph. Wynika to z faktu, że Ul jest podstawą trójkąta równoramiennego o kącie ostrym 30°: Ul = UAB = Uf2 cos 30° = 1,73 • Uph.

Po podłączeniu i obciążeniu w gwiazdę odpowiedni prąd linii jest równy prądowi fazowemu obciążenia. Jeśli obciążenie trójfazowe jest symetryczne, prąd w przewodzie neutralnym będzie równy 0. W takim przypadku potrzeba przewodu neutralnego całkowicie zniknie, a obwód trójfazowy stanie się trójprzewodowy. To połączenie nazywa się „gwiazda-gwiazda bez przewodu neutralnego”. Przy symetrycznym obciążeniu fazowym prądy liniowe są o 1,73 wyższe niż prądy fazowe, Il = 1,73 • 3If.

Podczas podłączania generatora trójfazowego do gwiazdy stosuje się dwa napięcia, co korzystnie odróżnia to połączenie od połączenia w trójkąt. Ale kiedy obciążenie jest połączone w trójkąt, wszystkie fazy mają tę samą wartość liczbową napięcia sieciowego, niezależnie od rezystancji fazowej, co jest ważne w przypadku obciążeń oświetleniowych — żarówek.

Układ trójfazowy z przewodem neutralnym służy do zasilania odbiorników dwoma napięciami różniącymi się o współczynnik 1,73, np. nogi podłączone do napięcia fazowego i silniki podłączone do napięcia sieciowego.

Napięcie znamionowe determinowane jest budową generatorów i sposobem podłączenia ich uzwojeń.

Na rysunku 3 przedstawiono zależności określające wartość mocy dla obwodu prądu przemiennego w połączeniu w gwiazdę i trójkąt.

Ryż. 3.

Z wyglądu wzory są takie same, wydaje się, że nie ma przyrostu ani utraty mocy dla tych dwóch typów obwodów. Ale nie wyciągaj pochopnych wniosków.

Po ponownym połączeniu z trójkąta w gwiazdę napięcie na każdym uzwojeniu fazowym jest 1,73 razy niższe, chociaż napięcie sieci pozostaje takie samo.Spadek napięcia powoduje zmniejszenie prądu w uzwojeniach o to samo 1,73 razy. A jednak — gdy są połączone w trójkąt, prąd liniowy był 1,73 razy większy niż prąd fazowy, a teraz te prądy są sobie równe. W rezultacie prąd linii po ponownym podłączeniu do gwiazdy zmniejsza się o 1,73 x 1,73 = 3 razy.

Nowa moc jest rzeczywiście obliczana według tego samego wzoru, ale zastępuje różne wartości!

Podczas ponownego podłączania silnika elektrycznego z trójkąta do gwiazdy i zasilania go z tej samej sieci moc wytwarzana przez ten silnik zmniejsza się 3-krotnie. Podczas przełączania z uzwojeń gwiazda-trójkąt generatorów lub uzwojeń wtórnych transformatorów napięcie sieciowe spada 1,73 razy, na przykład z 380 do 220 V.

Moc generatora lub transformatora pozostaje taka sama, ponieważ napięcie i prąd w każdym uzwojeniu fazowym są zachowane, mimo że prąd w przewodach linii wzrasta 1,73 razy.Podczas przełączania uzwojeń generatorów lub uzwojeń wtórnych transformatorów z trójkąta na gwiazdę zachodzą odwrotne zjawiska: napięcie sieciowe wzrasta 1,73 razy, prądy w uzwojeniach fazowych pozostają takie same, prądy w przewodach linii maleją o 1,73 razy.