Spannungs-, Strom- und Leistungswerte für Stern- und Dreieckschaltungen

Die Entdeckung der Gesetze durch den großen Faraday: Wenn ein Draht die Kraftlinien eines Magnetfelds kreuzt, wird im Draht eine elektromotorische Kraft induziert, die einen Strom in dem Stromkreis verursacht, in den dieser Draht eintritt, was als Grundlage für die Schöpfung diente von elektrischen Generatoren mit einem rotierenden Rotor – einem Magneten. In diesem Fall wird EMF in den Statorwicklungen induziert (siehe – Eine praktische Anwendung des Faradayschen Gesetzes der elektromagnetischen Induktion).

Die resultierenden Spannungen können sehr unterschiedlich sein: Alles hängt von der Bauart des Generators, der Anzahl der Wicklungen im Stator und der Art ihrer Verschaltung ab. In der praktischen Elektrotechnik ist jedoch das vom herausragenden russischen Ingenieur M.O. vorgeschlagene dreiphasige Sinusstromsystem am weitesten verbreitet. Dolivo-Dobrovolsky im Jahr 1888 (57 Jahre nach Faradays Entdeckung).

Von allen Mehrphasensystemen bieten Dreiphasensysteme die wirtschaftlichste Übertragung elektrischer Energie über große Entfernungen und ermöglichen Ihnen die Erstellung zuverlässiger und benutzerfreundlicher Generatoren, Motoren und Transformatoren.Drei Wicklungen können jedoch auf zwei Arten verbunden werden: „Dreieck“ (Abb. 1) und „Stern“ (Abb. 2).

Reis. 1

Reis. 2

Phase ist die Spannung Uph, die von einer Wicklung erzeugt wird, linear Ul ist die Spannung zwischen zwei linearen Leitern. Mit anderen Worten, Phasenspannung Ob die Spannung zwischen den einzelnen Leitungsdrähten und dem Neutralleiter liegt.

Bei der Sternschaltung eines symmetrischen Generators ist die Netzspannung 1,73-mal höher als die Phasenspannung, d. h. Uk = 1,73 • Uph. Dies folgt aus der Tatsache, dass Ul die Basis eines gleichschenkligen Dreiecks mit spitzen Winkeln von 30 ° ist: Ul = UAB = Uf2 cos 30 ° = 1,73 • Uph.

Bei Sternschaltung und Belastung entspricht der entsprechende Leitungsstrom dem Phasenstrom der Last. Wenn die dreiphasige Last symmetrisch ist, beträgt der Strom im Neutralleiter 0. In diesem Fall entfällt die Notwendigkeit des Neutralleiters vollständig und der dreiphasige Stromkreis wird dreiadrig. Diese Verbindung wird „Stern-Stern ohne Neutralleiter“ genannt. Bei symmetrischer Phasenbelastung sind die Leitungsströme um 1,73 höher als die Phasenströme, Il = 1,73 • 3If.

Beim Anschluss eines Drehstromgenerators an einen Stern werden zwei Spannungen verwendet, was diese Verbindung vorteilhaft von einer Dreieckschaltung unterscheidet. Wenn die Last jedoch in Dreieck geschaltet ist, liegen alle Phasen unter dem gleichen numerischen Wert der Netzspannung, unabhängig vom Phasenwiderstand, was für Beleuchtungslasten – Glühlampen – wichtig ist.

Ein Dreiphasensystem mit Neutralleiter dient zur Versorgung von Empfängern mit zwei Spannungen, die sich um den Faktor 1,73 unterscheiden, beispielsweise Beine, die an die Phasenspannung angeschlossen sind, und Motoren, die an die Netzspannung angeschlossen sind.

Die Nennspannung wird durch die Konstruktion des Generators und die Art der Wicklungsschaltung bestimmt.

Abbildung 3 zeigt die Zusammenhänge, die den Leistungswert für den Wechselstromkreis in Stern- und Dreieckschaltung bestimmen.

Reis. 3.

Scheinbar sind die Formeln die gleichen, es scheint bei diesen beiden Schaltungstypen keinen Leistungsgewinn oder -verlust zu geben. Aber ziehen Sie keine voreiligen Schlüsse.

Bei der Umschaltung von Dreieck auf Stern ergibt sich für jede Phasenwicklung eine um das 1,73-fache niedrigere Spannung, obwohl die Netzspannung gleich bleibt. Durch die Spannungsreduzierung verringert sich der Strom in den Wicklungen um das gleiche 1,73-fache. Und doch – wenn sie in Dreieck geschaltet sind, war der Leitungsstrom 1,73-mal höher als der Phasenstrom, und jetzt sind diese Ströme gleich. Dadurch verringert sich der Leitungsstrom beim erneuten Anschluss an einen Stern um das 1,73 x 1,73 = 3-fache.

Die neue Leistung wird zwar nach der gleichen Formel berechnet, ersetzt aber andere Werte!

Wenn ein Elektromotor von einem Dreieck auf einen Stern umgeschaltet und aus demselben Netz gespeist wird, wird die von diesem Motor entwickelte Leistung um das Dreifache reduziert. Beim Umschalten von Stern- auf Dreieckwicklungen von Generatoren oder Sekundärwicklungen von Transformatoren sinkt die Netzspannung um das 1,73-fache, beispielsweise von 380 auf 220 V.

Die Leistung des Generators oder Transformators bleibt gleich, da Spannung und Strom in jeder Phasenwicklung erhalten bleiben, auch wenn der Strom in den Leitungsdrähten um das 1,73-fache ansteigt.Beim Umschalten der Wicklungen von Generatoren oder der Sekundärwicklungen von Transformatoren von Dreieck auf Stern treten die gegenteiligen Phänomene auf: Die Netzspannung des Netzes steigt um das 1,73-fache, die Ströme in den Phasenwicklungen bleiben gleich, die Ströme in den Leitungsdrähten nehmen ab um das 1,73-fache.