Що таке трифазний струм
Сучасний спосіб життя неможливо уявити без електроенергії та благ, які з нею пов'язані. Відсутність природного газу легко компенсується твердопаливними джерелами тепла, вода також доступна, а от без електрики настає справжнісінький «кінець світу».
Переважна більшість сучасних електростанцій генерують трифазний змінний струм. Серед його переваг особливо слід відзначити легкість отримання і наступних перетворень, високу надійність і простоту конструкції призначених для нього асинхронних електродвигунів. Трифазний струм - це найбільш поширений у всьому світі тип електроенергії.
Система трифазного електричного струму являє собою сукупність трьох ланцюгів однофазного струму з однаковою частотою і амплітудою, однак, зміщених щодо один одного на 120 градусів (або, що одне і те ж, 1/3 періоду). Кожна з цих ланцюгів називається фазою, відповідно, всі три формують трифазний струм.
Теоретичні основи досить прості: металева рамка обертається в магнітному полі, перетинаючи лінії напруженості. Щоб відповідно до закону електромагнітної індукції отримати електричний струм, достатньо підключити до її висновків навантаження і створити ланцюг. Якщо ж необхідний трифазний струм, то пристрій ускладнюється: в механізмі розташовуються три ідентичні рамки, зсунуті одна відносно іншої на 120 градусів. Підсумком є генерація трьох електрорухомий сил (ЕРС). У стандартних електростанціях швидкість обертання незмінна.
На практиці ж реалізація трохи відмінна від теорії. Трифазний струм створюють спеціальні машини - генератори. У них обмотки фазних ланцюгів нерухомі (порівняйте з теорією) і певним чином розташовані на полюсах статора (нерухома частина машини). А обертове магнітне поле створюється ротором. Момент обертання йому повідомляє енергія падаючої води в гідроелектростанціях, парової турбіни в АЕС та ін.
Одна з особливостей ланцюгів, що використовують трифазний струм, полягає в залученні на боці споживача всього трьох або чотирьох проводів - три фазних і нульовий. Цього вдається досягти завдяки способом з'єднання обмоток генератора - зіркою або трикутником.
З'єднання зіркою увазі, що кінці всіх трьох обмоток сходяться в одній нульовій точці. Виходячи із закону Кірхгофа, випливає, що сума всіх струмів в цій точці (вузлі) дорівнює нулю, тому ніякого замикання не відбувається. З нульової точки виводиться нульовий провід. Напруга, заміряне між цим проводом і будь-яким з трьох лінійних, в 1.73 разів менше, ніж значення напруги між самими лінійними проводами. У першому випадку виходить фазна напруга, а в другому лінійне.
Важливою особливістю з'єднання зіркою є необхідність уникати перекосу фаз, тобто, контролювати, щоб протікають в гілках струми були приблизно рівні. Та невелика неминуча різниця призводить до появи невеликого струму в нульовому проводі, але він невеликий.
Зовсім інший тип з'єднання обмоток генератора - трикутником, дозволяє скасувати нульовий провід. При її реалізації кожен кінець обмотки з'єднується з початком наступної, фактично, утворюючи трикутник, а напруги знімаються з його вершин. При такому способі фазное і лінійне напруги рівні. Також необхідний контроль за рівністю струмів в гілках, так як при ігноруванні цього загальне значення струму в замкнутому ланцюзі може стати надмірним, викликаючи нагрівання генератора і вихід його з ладу.
Більшість електричних двигунів, призначених для трифазної мережі, передбачають можливість вибору способу з'єднання обмоток на зірку або трикутник. Це дозволяє вибирати робочу напругу. Так, при з'єднанні обмоток навантаження зіркою розрахункове напруга буде в 1.73 разів менше, ніж при трикутнику.