Трифазний струм — змінний струм у електричному колі, побудованому так, щоб у трьох лініях коливання сили струму відбувалися зі зсувом фази на 2 π / 3.
Одним з кращих винаходів в області електротехніки є відкриття в 1891 р. трифазного струму, коли Михайло Осипович Доліво-Добровольський вперше здійснив передачу енергії трифазним струмом на відстань 175 км. Передана потужність складала більше 220 кВт. Сучасні лінії передач простягаються на сотні тисяч кілометрів, передаючи потужності в сотні тисячі кВт.
Як отримують трифазний струм
Трифазний струм отримують таким чином, якщо в однорідному магнітному полі полюсів NS (Рис 1.) розмістити три витки, розмістивши їх під кутом 120° один відносно іншого і обертати їх з постійною кутовою швидкістю то в витках буде індукуватись ЕРС, в якому буде зсув по фазі 120°.
Рис 1.
Якщо прийняти початкову фазу першого витка, рівній нулю, то ЕРС в витках буде виражатись наступним рівнянням:
Справа на Рис 1.показана векторна діаграма ЕРС трьох витків. Довжина векторів рівна діючому значенню ЕРС. На практиці для отримання трифазного струму на статорі генератора змінного струму роблять три обмотки, зсунуті одна відносно іншої на 120°. Вони називаються фазними обмотками або фазами генератора.
На Рис 2. показано схематично двополюсний генератор трифазного струму.
Двополюсний генератор трифазного струму
На статорі машини є три обмотки з однаковим числом витків з зсувом 120° . Буквами А, В, С показані початок обмотки, буквами X Y, Z кінці обмоток. Магнітне поле створюється обмоткою, що на роторі. Через щітки і кільця до кінців обмоток подається постійна напруга від спеціального генератора чи випрямляча. Ротор генератора за допомогою первинного двигуна (парової турбіни, гідротурбіни) приводиться в рух, його магнітне поле перетинає обмотки статора і в них індукуються синусоїдальні ЕРС.
Рис 2.
Справа в Рис 2. показані криві зміни індукованих ЕРС в всіх трьох обмотках.
Положення в якому показаний ротор в лівій частині Рис 2., відмічено на правій частині пунктиром . В цей момент котушка ǀ находиться над серединами полюсів електромагніту, величина індукованої ЕРС в ній має максимальне значення і направлена згідно з правилом правої руки від кінця котушки до її початку. ЕРС котушки ǀǀ відстає по фазі від ЕРС в котушці ǀ на 1\3 періоду, ЕРС в котушці ǀǀǀ відстає від ЕРС в котушці ǀǀ також на 1\3 періода. Котушки ǀǀ та ǀǀǀ знаходяться в дії південного полюсу електромагніта ротору, тому індукована ЕРС направлена від їх початку до кінця. Три такі ж синусоїди показані як на Рис 2, можна отримати шляхом обертання трьох векторів, що показують в масштабі максимальну величину ЕРС в котушках статора генератора і зсунуті один відносно одного на 120°. (Рис 3.).
Все що сказано вище про електрорушійні сили відноситься також до струмів і напруг. Система трьох змінних ЕРС однієї частоти і однакової амплітуди з зсувом по фазі одна відносно одної на 120° , називається трифазною симетричною системою.
Рис 3.
Обмотки фаз генератора мають однакове число витків й робляться з проводу одного поперечного перерізу. ЕРС індуковані в цих обмотках, будуть рівні по величині. Якщо кожна з фаз генератора буде працювати на окреме навантаження(Рис 4) то ми будемо мати незв’язану трифазну систему. В цьому випадку генератор зв’язаний з споживачем за допомогою шести проводів.
Рис 4.
Струм, що протікає в фазі згідно закону Ома рівний:
Де Іф – фазний струм;
Uф – напруга фазної обмотки генератора;
Zф – повний опір фази споживача;
Незв’язана трифазна система на практиці не використовується.
Фазні обмотки генератора і споживача трифазного струму з’єднуються за схемою зірка або трикутник.
Tweet