Dreiphasiger Wechselstrom

Heutzutage ist es das am weitesten verbreitete dreiphasige Wechselstromsystem weltweit.

Als dreiphasiger Stromkreis wird ein System bezeichnet, das aus drei Stromkreisen besteht, in denen Wechselströme wirken, EMF gleicher Frequenz, die um 1/3 der Periode phasenverschoben zueinander sind (φ=2π/3). Jeder einzelne Stromkreis eines solchen Systems wird kurz seine Phase genannt, und das System aus drei phasenverschobenen Wechselströmen in solchen Stromkreisen wird einfach als Drehstrom bezeichnet.

Fast alle in unseren Kraftwerken installierten Generatoren sind Drehstromgeneratoren... Im Wesentlichen ist jeder dieser Generatoren eine Verbindung in einer elektrischen Maschine von drei Lichtmaschinen, die so ausgelegt sind, dass die in ihnen induziert werden EMF um ein Drittel der Periode gegeneinander verschoben, wie in Abb. 1.

Reis. 1. Diagramme der Zeitabhängigkeit der in den Ankerwicklungen eines Drehstromgenerators induzierten EMF

Wie ein solcher Generator implementiert ist, lässt sich anhand der Schaltung in Abb. leicht verstehen. 2.

Reis. 2. Drei Paare unabhängiger Drähte, die an drei Anker eines Drehstromgenerators angeschlossen sind, versorgen das Beleuchtungsnetz

Auf dem Stator einer elektrischen Maschine befinden sich drei unabhängige Anker, die um 1/3 eines Kreises (120°) versetzt sind. Ein allen Ankern gemeinsamer Induktor dreht sich im Zentrum der elektrischen Maschine, die im Diagramm in der Form dargestellt ist Dauermagnet.

In jeder Spule Es wird eine alternierende EMF induziert Gleiche Frequenz, aber die Zeitpunkte, zu denen diese EMKs in jeder Spule den Nullpunkt (oder das Maximum) durchlaufen, werden um 1/3 einer Periode relativ zueinander verschoben, da der Induktor jede Spule 1/3 einer Periode später durchläuft vom vorherigen.

Jede Wicklung eines Drehstromgenerators ist ein unabhängiger Stromgenerator und eine Quelle elektrischer Energie. Durch Anschließen der Drähte an die jeweiligen Enden, wie in Abb. gezeigt. 2 würden wir drei unabhängige Stromkreise erhalten, von denen jeder beispielsweise bestimmte elektrische Empfänger mit Strom versorgen könnte elektrische Lampen.

In diesem Fall die gesamte aufgenommene Energie zu übertragen elektrische EmpfängerEs werden sechs Drähte benötigt. Es ist jedoch möglich, die Wicklungen eines Drehstromgenerators so anzuschließen, dass sie vier oder sogar drei Drähte verarbeiten, also den Verkabelungsaufwand deutlich einsparen.

Die erste dieser Möglichkeiten wird als Sternverbindung bezeichnet (Abb. 3).

Reis. 3. Vierleiter-Verkabelungssystem beim Anschluss eines Drehstromgenerators mit Stern. Lasten (Gruppen elektrischer Lampen I, II, III) werden mit Phasenspannungen versorgt.

Wir nennen die Anschlüsse der Spulen 1, 2, 3 den Anfang und die Anschlüsse 1′, 2′, 3′ die Enden der jeweiligen Phasen.

Die Verbindung der Sterne besteht darin, dass wir die Enden aller Wicklungen mit einem Punkt des Generators verbinden, der Nullpunkt oder Neutralleiter genannt wird, und den Generator über vier Drähte mit den Stromempfängern verbinden: drei sogenannte lineare Drähte, die vom Anfang der Wicklungen 1, 2, 3 kommen, und Neutralleiter oder Neutralleiter, der vom Nullpunkt des Generators geht. Dieses Verkabelungssystem wird Vierleiter genannt.

Die Spannungen zwischen dem Nullpunkt und dem Ursprung jeder Phase werden als Phasenspannungen bezeichnet, und die Spannungen zwischen dem Ursprung der Wicklungen, also den Punkten 1 und 2, 2 und 3, 3 und 1, werden als Leitung bezeichnet. Phase Spannungen bedeuten normalerweise U1, U2, U3 oder allgemein Uf und Netzspannung – U12, U23, U31 oder allgemein Ul.

Zwischen Amplituden oder Mittelwerten Phasen- und Netzspannung Bei der Verbindung der Wicklungen des Generators mit einem Stern ergibt sich ein Verhältnis Ul = √3Uf ≈ 1,73Ue

Wenn also beispielsweise die Phasenspannung des Generators Uf = 220 V beträgt, beträgt die Netzspannung Ul bei Sternschaltung der Wicklungen des Generators 380 V.

Bei gleichmäßiger Belastung der drei Phasen des Generators, also bei annähernd gleichen Strömen in jeder von ihnen, ist der Strom im Neutralleiter Null... Daher können Sie in diesem Fall den Neutralleiter entfernen und auf ein noch wirtschaftlicheres Dreileitersystem umsteigen. In diesem Fall werden alle Verbraucher zwischen den entsprechenden Außenleiterpaaren angeschlossen.

Bei unsymmetrischer Belastung ist der Strom im Neutralleiter nicht Null, sondern im Allgemeinen kleiner als der Strom in den Außenleitern. Daher kann der Neutralleiter dünner sein als der Leitungsdraht.

Beim Betrieb von Drehstrom ist man bestrebt, die Belastung der verschiedenen Phasen möglichst gleich zu gestalten.Aus diesem Grund werden beispielsweise bei der Gestaltung des Beleuchtungsnetzes eines großen Hauses mit einem Vierleitersystem in jede Wohnung ein Neutralleiter und einer der linearen Leiter eingeführt, sodass im Durchschnitt jede Phase ungefähr gleich ist Belastung.

Eine andere Möglichkeit der Verbindung der Generatorwicklungen, die auch eine Dreileiterverdrahtung ermöglicht, ist die in Abb. dargestellte Dreieckschaltung. 4.

Reis. 4. Anschlussplan der Wicklungen eines Drehstromgenerators mit Dreieck

Hier ist das Ende jeder Spule mit dem Anfang der nächsten verbunden, sodass sie ein geschlossenes Dreieck bilden, und die Leitungsdrähte sind mit den Eckpunkten dieses Dreiecks verbunden – den Punkten 1, 2 und 3. Bei einer Verbindung mit einem Dreieck: die Netzspannung des Generators ist gleich seiner Phasenspannung: Ul = Ue.

Daher führt das Umschalten der Wicklungen des Generators von Stern auf Dreieck zu einer Verringerung der Netzspannung um das √3 ≈ 1,73-fache... Dreieckschaltung ist auch nur bei gleicher oder nahezu gleicher Phasenbelastung zulässig. Andernfalls wird der Strom im geschlossenen Regelkreis der Wicklungen zu stark, was für den Generator gefährlich ist.

Bei Verwendung von Drehstrom können separate Empfänger (Lasten), die über separate Adernpaare gespeist werden, auch entweder sternförmig angeschlossen werden, d. h. so, dass ein Ende von ihnen mit einem gemeinsamen Punkt verbunden ist und die anderen drei freien Enden mit den Leitungsdrähten des Netzwerks oder mit einem Dreieck verbunden, d. h. so dass alle Lasten in Reihe geschaltet sind und einen gemeinsamen Stromkreis bilden, an dessen Punkte 1, 2, 3 die linearen Drähte des Netzwerks angeschlossen sind.

In Abb. In Abb. 5 zeigt die Sternschaltung von Lasten mit einem Dreileiter-Verkabelungssystem und in Abb.6 – mit einem Vierleiter-Verkabelungssystem (in diesem Fall ist der gemeinsame Punkt aller Lasten mit dem Neutralleiter verbunden).

In Abb. 7 zeigt ein Dreieck-Last-Anschlussdiagramm für ein Dreileiter-Verkabelungssystem.

Reis. 5. Sternschaltung von Lasten mit Dreileiter-Verdrahtungssystem

Reis. 6. Sternschaltung von Lasten mit Vierleiter-Verdrahtungssystem

Reis. 7. Dreieckschaltung von Lasten mit einem Dreileiter-Verkabelungssystem

In der Praxis ist es wichtig, Folgendes zu berücksichtigen. Bei Dreieckschaltung steht jede Last unter Netzspannung, bei Sternschaltung liegt die Spannung √3-mal geringer. Für den Fall eines Vierleitersystems wird dies aus Abb. deutlich. 6. Das Gleiche gilt jedoch auch für ein Dreileitersystem (Abb. 5).

Zwischen jedem Netzspannungspaar sind hier zwei Lasten in Reihe geschaltet, deren Ströme um 2π/3 phasenverschoben sind. Die Spannung in jeder Last ist gleich der entsprechenden Netzspannung geteilt durch √3.

Wenn also Lasten von Stern auf Dreieck umgeschaltet werden, erhöhen sich die Spannungen an jeder Last und damit der Strom darin um das √3 ≈ 1,73-fache. Wenn beispielsweise die Netzspannung eines Dreileiternetzes 380 V beträgt, beträgt die Spannung jeder Last bei einer Sternschaltung (Abb. 5) 220 V und bei einer Sternschaltung (Abb. 5). Dreieck (Abb. 7) beträgt sie 380 V.

Bei der Erstellung des Artikels wurden Informationen aus einem von G.S. Landsberg herausgegebenen Physiklehrbuch verwendet.