บทที่ 5

ระบบไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟส

§ 61 เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามเฟส

คุณสมบัติของเฟสเดียว กระแสสลับ- อย่างไรก็ตาม ระบบเฟสเดียวไม่ประหยัดเนื่องจากความไม่สมบูรณ์ของเครื่องจักรไฟฟ้าเฟสเดียว ตัวอย่างเช่น ด้วยขนาดและน้ำหนักของวัสดุแอคทีฟที่เท่ากัน (เหล็กและทองแดง)! และการสูญเสียพลังงาน กำลังของเครื่องจักรแบบเฟสเดียวจะน้อยกว่ากำลังของเครื่องจักรแบบสามเฟสถึง 1.5 เท่า ดังนั้นระบบไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟสจึงถูกนำมาใช้เพื่อส่งกระแสไฟฟ้าผ่านสายไฟในระยะทางไกลโดยสูญเสียพลังงานน้อยกว่า

ระบบไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟสหรือเพียงระบบสามเฟสคือวงจรไฟฟ้ากระแสสลับหรือเครือข่ายที่องค์ประกอบทั้งสามทำงาน d.s. ความถี่เดียวกัน แต่เปลี่ยนเฟสร่วมกันประมาณหนึ่งในสามของช่วงเวลา

เรียกว่าแต่ละวงจรที่ประกอบขึ้นเป็นระบบสามเฟส เฟส.

ถ้าจ. d.s. ในทั้งสามเฟสมีแอมพลิจูดเท่ากันจึงเรียกว่าระบบสามเฟสดังกล่าว สมมาตร.

การส่งสัญญาณครั้งแรกของโลก กระแสสามเฟสดำเนินการโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย M. O. Dolivo-Dobrovolsky ในปี พ.ศ. 2434

ในรูป รูปที่ 63 แสดงไดอะแกรมของเครื่องกำเนิดสามเฟสสองขั้วที่ง่ายที่สุด ในร่องของสเตเตอร์(ส่วนที่อยู่กับที่ของเครื่อง)จะมีอยู่

สามคอยล์ A - X, B - Y และ C - Z เลื่อนในอวกาศ 1/3 ของวงกลม (120°) โรเตอร์ (ส่วนที่หมุนของเครื่อง) วางอยู่ภายในสเตเตอร์ ซึ่งเป็นแม่เหล็กไฟฟ้าสองขั้วที่ขับเคลื่อนโดยกระแสตรงที่กระตุ้นสนามแม่เหล็ก โรเตอร์ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์บางชนิด เส้นแม่เหล็กหมุนด้วยโรเตอร์ ข้ามตัวนำของขดลวดที่ฝังอยู่ในช่องของสเตเตอร์ และเหนี่ยวนำ เช่น ในขดลวดเหล่านี้ d.s แปรผันตามไซน์ซอยด์ อย่างไรก็ตามไซนัสอยด์เช่น กับ. เฟส A, B และ C จะถูกเลื่อนไปทีละ 1/3 ของช่วงเวลา (รูปที่ 64)

ปล่อยให้แรงเคลื่อนไฟฟ้าสูงสุดเป็นบวก E m ในขดลวด A - X เกิดขึ้นในขณะที่ด้าน A อยู่ตรงข้ามจุดศูนย์กลางของขั้วโลกเหนือ และด้าน X อยู่ตรงข้ามจุดศูนย์กลางของขั้วโลกใต้ ค่าบวกสูงสุด e d.s. E m ในขดลวด B - Y จะเกิดขึ้นในขณะที่ศูนย์กลางของขั้วโลกเหนืออยู่ใต้ตัวนำ B

และศูนย์กลางของขั้วโลกใต้อยู่ใต้ตัวนำ Y เมื่อต้องการทำเช่นนี้ โรเตอร์จะต้องหมุน 1/3 ของวงกลม (120°) ซึ่งสอดคล้องกับระยะเวลาเท่ากับ 1/3 ของระยะเวลา ค่าบวกสูงสุด e d.s. E m ในคอยล์ C - Z จะเกิดขึ้น 1/3 ของช่วงเวลาหลังจากค่าสูงสุดเท่ากันในคอยล์ B - Y ซึ่งสอดคล้องกับการหมุนของโรเตอร์อีก 1/3 ของวงกลม

เมื่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าถูกโหลดที่ขั้ว คอยล์ A-X, B - Y และ C - Z มีการตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าเรียกว่า เฟส- เมื่อไม่มีโหลด (ที่ไม่มีโหลด) แรงดันไฟฟ้าเฟสจะเท่ากับ em เหนี่ยวนำให้เกิดในเฟสของขดลวดสเตเตอร์

ระบบกระแสสลับ 3 กระแสที่เลื่อนไปเป็นเฟส 1/3 ของรอบระยะเวลาหนึ่งเรียกว่า กระแสไฟ 3 เฟส

กระแสดังกล่าวสามารถรับได้โดยใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าพิเศษ มาดูดีไซน์ของมันกัน

(รูปที่ 23) สเตเตอร์มีขดลวดอิสระสามขดลวด ชดเชย 1/3 ของวงกลม (120°) ที่ศูนย์กลางของเครื่องใช้ไฟฟ้า ตัวเหนี่ยวนำจะหมุน ดังแสดงในแผนภาพเป็นแม่เหล็กถาวร

ในแต่ละขดลวด (ขดลวด) จะเหนี่ยวนำ EMF สลับที่มีความถี่เท่ากัน แต่โมเมนต์ของ EMF ที่ผ่านผ่านศูนย์ (หรือผ่านสูงสุด) ในแต่ละขดลวดจะถูกเลื่อนไป 1/3 ของรอบที่สัมพันธ์กับแต่ละขดลวด อื่น ๆ เพราะ ตัวเหนี่ยวนำผ่านไปแต่ละขดลวด 1/3 ของคาบช้ากว่าโดย ก่อนหน้านี้. โดยพื้นฐานแล้วเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดังกล่าวมีการเชื่อมต่อในเครื่องเดียว รถยนต์ไฟฟ้าเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับสามเครื่องได้รับการออกแบบในลักษณะที่แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในตัวพวกเขา ขยับสัมพันธ์กันประมาณหนึ่งในสามของช่วงเวลา ภาพกราฟิกกระแสไฟสามเฟสแสดงไว้ในรูปที่. 24. ขดลวดเฟสใดๆ ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

กระแสไฟสามเฟสเป็นอิสระ

แหล่งที่มา พลังงานไฟฟ้าและสำหรับเธอ

สามารถเชื่อมต่อเครื่องรับของคุณเองได้ ใน

ในกรณีนี้จะได้โซ่อิสระสามเส้น (รูปที่ 25) โครงการนี้เรียกว่า "ระบบสามเฟสแบบแยกส่วน" ต้องใช้สายไฟหกเส้นในการส่งพลังงานไฟฟ้า

ในทางปฏิบัติจะไม่มีการใช้ระบบดังกล่าว ขดลวดเฟสของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและหม้อแปลงสามเฟสและเครื่องรับพลังงานไฟฟ้าเชื่อมต่อกันในรูปแบบดาวหรือเดลต้า ในกรณีนี้คุณสามารถใช้สายไฟสี่หรือสามเส้นได้

สารประกอบ "ดาว" คือปลายของขดลวดเฟสเชื่อมต่อกับจุดหนึ่งของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (รูปที่ 26) ซึ่งเรียกว่าจุดศูนย์หรือเป็นกลาง และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเชื่อมต่อกับตัวรับพลังงานด้วยสายไฟสี่เส้น: สายเชิงเส้นสามเส้นที่มาจาก จุดเริ่มต้นของขดลวด และเส้นศูนย์หรือเส้นลวดที่เป็นกลางไปจากจุดศูนย์กำเนิด ระบบสายไฟนี้เรียกว่า สี่สาย

ในกรณีที่มีโหลดสม่ำเสมอในทั้งสามเฟสของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า กล่าวคือ มีกระแสเท่ากันในแต่ละเฟสโดยประมาณ กระแสในเส้นลวดที่เป็นกลางจะเป็นศูนย์ ดังนั้นในกรณีนี้คุณสามารถกำจัดลวดที่เป็นกลางออกและไปยังจุดที่ประหยัดกว่าได้ สามสาย ระบบ (รูปที่ 27) ผู้บริโภคทุกคนจะถูกเปิดระหว่างคู่ของเส้นลวดเชิงเส้นและจุดศูนย์ของโหลด

เมื่อเชื่อมต่อกับ "สามเหลี่ยม" (รูปที่ 28) ปลายของแต่ละขดลวดจะเชื่อมต่อกับจุดเริ่มต้นของขดลวดถัดไปเพื่อให้เป็นรูปสามเหลี่ยมปิดและสายไฟเชิงเส้นจะเชื่อมต่อกับจุดยอดของสามเหลี่ยมนี้

ผู้บริโภคโดยเฉลี่ยเผชิญกับไฟฟ้าทุกวันโดยการเปิดไฟและเสียบอุปกรณ์อย่างใดอย่างหนึ่งเข้ากับเต้ารับ สวิตช์แตกต่างกันเล็กน้อย แต่ด้วยซ็อกเก็ตทุกอย่างซับซ้อนกว่ามาก ลองคิดดูว่าซ็อกเก็ตทำงานอย่างไร

เริ่มจากตัวที่ผลิตและติดตั้งเมื่อประมาณ 10-15 ปีที่แล้วกันก่อน มันเชื่อมต่อกับสายไฟเพียงสองเส้นเท่านั้น ฉนวนของสายไฟเส้นใดเส้นหนึ่งต้องมีสีน้ำเงินหรือสีน้ำเงิน นี่คือวิธีการกำหนดตัวนำที่เป็นกลางในการทำงาน กระแสที่ไหลผ่านไม่ได้มาจากแหล่งกำเนิด แต่มาจากผู้บริโภค สายนี้ไม่เป็นอันตรายอย่างยิ่งและหากคุณคว้ามันโดยไม่ต้องสัมผัสสายที่สองก็จะไม่มีอะไรเลวร้ายหรือน่ากลัวเกิดขึ้น

แต่สายที่สองซึ่งมีสีใดก็ได้ยกเว้นสีน้ำเงิน ฟ้า แถบเหลืองเขียวและดำนั้นอันตรายและร้ายกาจกว่า มันถูกเรียกว่าตัวนำเฟส

เมื่อสัมผัสสายนี้ก็จะสามารถรับแรงกระแทกได้ดี และนี่ไม่ใช่เรื่องตลกเพราะความตึงเครียด เครือข่ายในครัวเรือนไฟฟ้ากระแสสลับ 220 โวลต์ และกระแสไฟฟ้าใดๆ ที่มีแรงดันไฟฟ้าเกิน 50 โวลต์ สามารถฆ่าคนได้ภายในไม่กี่วินาที การมีอยู่ของแรงดันไฟฟ้าบนตัวนำเฟสสามารถกำหนดได้โดยตัวบ่งชี้พิเศษ ในรูป รูปที่ 1.12 แสดงหนึ่งในตัวบ่งชี้เหล่านี้ ทำมาในรูปแบบของไขควงธรรมดาที่มีช่องแบน (มี ไขควงตัวบ่งชี้พร้อมช่องข้าม) ด้ามจับมีหลอดไฟไดโอดในตัวทำจากพลาสติกโปร่งแสง ส่วนบนของด้ามจับเป็นโลหะ แตะส่วนการทำงานของตัวบ่งชี้ไปที่ตัวนำ และใช้นิ้วโป้งแตะส่วนโลหะบนที่จับ หากไดโอดสว่างขึ้น คุณไม่ควรสัมผัสสายไฟนี้ - ตอนนี้มีกระแสไฟแล้ว โปรดทราบว่าเมื่อคุณสัมผัส ตัวนำที่เป็นกลางไฟ LED จะไม่สว่างขึ้น (โดยธรรมชาติหากตัวนำนี้ไม่สัมผัสกับสายเฟส)

หลายคนเคยได้ยินคำลึกลับเช่น เฟสเดียว สามเฟส ศูนย์ กราวด์ หรือดิน และรู้ว่าสิ่งเหล่านี้เป็นแนวคิดที่สำคัญในโลกแห่งไฟฟ้า อย่างไรก็ตามไม่ใช่ทุกคนที่เข้าใจความหมายของพวกเขา อย่างไรก็ตามจำเป็นต้องรู้เรื่องนี้ โดยไม่ต้องลงรายละเอียดทางเทคนิคที่ไม่จำเป็น ช่างซ่อมบ้านเราสามารถพูดได้ว่าเครือข่ายสามเฟสเป็นวิธีการส่งสัญญาณดังกล่าว กระแสไฟฟ้าเมื่อกระแสสลับไหลผ่านสายไฟสามเส้นและไหลกลับผ่านสายเดียว ข้างต้นต้องมีการชี้แจงบางอย่าง ใดๆ วงจรไฟฟ้าประกอบด้วยสายไฟสองเส้น วิธีหนึ่งที่กระแสไฟฟ้าส่งถึงผู้บริโภค (เช่น กาต้มน้ำ) และอีกวิธีหนึ่งจะส่งกลับ ถ้าเปิดวงจรแบบนี้จะไม่มีกระแสไหล นั่นคือคำอธิบายทั้งหมด วงจรเฟสเดียว- เส้นลวดที่กระแสไหลผ่านเรียกว่าเฟสหรือเฟสเดียวและส่งคืน - ศูนย์หรือศูนย์ วงจรสามเฟสประกอบด้วยสายไฟสามเฟสและสายไฟกลับหนึ่งเส้น สิ่งนี้เป็นไปได้เนื่องจากเฟสของกระแสสลับในแต่ละสายไฟทั้งสามเส้นจะเลื่อนสัมพันธ์กับสายไฟที่อยู่ติดกัน 120° (รูปที่ 1.13) หนังสือเรียนเกี่ยวกับเครื่องกลไฟฟ้าจะช่วยตอบคำถามนี้โดยละเอียดยิ่งขึ้น การส่งกระแสสลับเกิดขึ้นอย่างแม่นยำโดยใช้เครือข่ายสามเฟส นี่เป็นประโยชน์เชิงเศรษฐกิจ - คุณไม่จำเป็นต้องเพิ่มอีกสองรายการ สายไฟที่เป็นกลาง- เมื่อเข้าใกล้ผู้บริโภคกระแสจะแบ่งออกเป็นสามเฟสและแต่ละเฟสจะได้รับเป็นศูนย์ ในรูปแบบนี้มักจะจบลงในอพาร์ทเมนต์และบ้าน แม้ว่าบางครั้งจะมีการนำเครือข่ายสามเฟสเข้ามาในบ้านโดยตรงก็ตาม โดยปกติ, เรากำลังพูดถึงเกี่ยวกับภาคเอกชนและสถานการณ์นี้มีข้อดีและข้อเสีย

ตามชื่อ ระบบสามเฟสประกอบด้วยแหล่งไฟฟ้าสามแห่งและสามวงจรที่เชื่อมต่อกัน สายไฟทั่วไปสายส่ง

แหล่งพลังงานสำหรับทุกระยะคือ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามเฟสตามอัตภาพแสดงไว้ในรูปที่ 1.14 และรูป 1.15 ในรูปแบบของสามขดลวด: AX, VU และ CZ

ข้าว. 1.12. ตัวบ่งชี้ที่ง่ายที่สุด

ข้าว. 1.16. แผนภาพการเชื่อมต่อสำหรับบ้านสามชั้น

ขดลวดของเฟสเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามารถเชื่อมต่อด้วยสายไฟหกเส้น (รูปที่ 1.14) พร้อมโหลด Z A, Z B, Z c และด้วยวิธีนี้สามารถรับวงจรเฟสอิสระสามวงจรได้ แต่ถ้าคุณเชื่อมต่อปลายของขดลวดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเฟส X, Y, Z กับปลายของโหลดทั้งสามด้วยสายเดียวคุณสามารถประหยัดได้สอง สายเชื่อมต่อ(รูปที่ 1.15) วิธีการเชื่อมต่อนี้เรียกว่าการเชื่อมต่อแบบดาว ลวดทั่วไปที่ระบุเรียกว่าเป็นกลางหรือเป็นกลาง

เนื่องจากลำดับของมอเตอร์สามเฟสที่เชื่อมต่อกันเป็นโหลดกลายเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการกำหนดทิศทางการหมุน เพื่อให้มั่นใจว่าไม่มีความกำกวมนี้ จึงได้นำแบบแผนตามเงื่อนไขต่อไปนี้มาใช้ การกำหนดสีเฟส: A - ฉนวนสีเหลือง; B - สีเขียว; C - แดงและเป็นกลาง - ดำ

ข้าว. 1.17. แผนภาพไฟฟ้าการเชื่อมต่อเดลต้า

สำหรับการเชื่อมต่อแบบสตาร์ ยกเว้น แรงดันไฟฟ้าเท่ากันที่ขั้วของแต่ละเฟส ( แรงดันเฟสระหว่างเฟสกับสายสามัญ - (UV) ยังมีแรงดันไฟฟ้าระหว่าง ขั้นตอนที่แตกต่างกันเรียกว่าแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้น - (/„. แรงดันไฟฟ้าของสายในกรณีนี้ ค่าเฟสจะมากกว่า l/z เท่า

หากกระแสในทุกเฟสเท่ากัน (โหลดดังกล่าวเรียกว่าสมมาตร ตัวอย่างคือมอเตอร์สามเฟส) แสดงว่าไม่มีกระแสไฟฟ้าในเส้นลวดที่เป็นกลางและไม่จำเป็นต้องใช้ลวดนี้ แต่โหลดที่เชื่อมต่ออื่นๆ นั้นไม่สมดุล ดังนั้นสำหรับพวกเขา ลวดที่เป็นกลางจำเป็น. ในรูป รูปที่ 1.16 แสดงตัวอย่างการเชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟเข้ากับบ้านสามชั้น

พบได้น้อยกว่าการเชื่อมต่อแบบดาวเล็กน้อย เครือข่ายสามเฟสใช้การเชื่อมต่อแบบสามเหลี่ยม (รูปที่ 1.17) ขดลวดเฟสต้นทาง แรงเคลื่อนไฟฟ้าในขณะเดียวกันก็เชื่อมต่อกันเพื่อให้ปลายอันหนึ่งเชื่อมต่อกับจุดเริ่มต้นของอันถัดไป ฯลฯ

ข้อดีของการต่อเฟสกับรูปสามเหลี่ยมก็คือคู่ด้วย โหลดไม่สมมาตรไม่จำเป็นต้องใช้สายที่สี่ ในรูป รูปที่ 1.18 แสดงแผนภาพของเครือข่ายแสงสว่างของอาคารที่พักอาศัยเมื่อเฟสของเครื่องรับเชื่อมต่อกันด้วยรูปสามเหลี่ยม โปรดทราบว่าการเชื่อมต่อโหลดในกรณีจ่ายแรงดันไฟฟ้าจากแหล่งกำเนิดโดยใช้วิธีเดลต้าสามารถทำได้โดยใช้เดลต้าหรือสตาร์ก็ได้

ข้าว. 1.18. แผนผังของเครือข่ายไฟส่องสว่างเมื่อเชื่อมต่อเฟสในรูปสามเหลี่ยม