Трехфазная схема | Система звезда и треугольник

В электрической цепи существует два типа систем: одноконтурная и трехфазная система. В одноконтурной цепи присутствует только одна фаза, то есть ток будет проходить только по одному проводу, а для завершения цепи будет использоваться нейтральная линия. Таким образом, в одноконтурной цепи можно передавать минимальное количество энергии. Генерирующая станция и нагрузка также будут одноконтурными. Это старая система, используемая с давних времен.
В 1882 году было сделано новое изобретение в полифазных системах, которое позволило использовать более одной фазы для генерации, передачи и нагрузки. Трехфазная цепь является полифазной системой, где три фазы передаются вместе от генератора к нагрузке.

Каждая фаза имеет разность фаз 120o, то есть 120o электрически. Таким образом, из общего числа 360o, три фазы равномерно разделены на 120o каждая. Мощность в трехфазной системе непрерывна, так как все три фазы участвуют в генерации общей мощности. Синусоидальные волны для трехфазной системы показаны ниже-
Три фазы могут использоваться как одноконтурные. Поэтому, если нагрузка одноконтурная, то одну фазу можно взять из трехфазной цепи, а нейтральную линию можно использовать как заземление для завершения цепи.

Почему трехфазная система предпочтительнее одноконтурной?

Существует множество причин, почему трехфазная система предпочтительнее одноконтурной. Трехфазная система может использоваться как три одноконтурные линии, поэтому она может действовать как три одноконтурные системы. Генерация трехфазного и одноконтурного тока одинакова в генераторе, за исключением расположения катушек в генераторе, чтобы получить разность фаз 120o. Проводник, необходимый для трехфазной цепи, составляет 75% от проводника, необходимого для одноконтурной цепи. Кроме того, мгновенная мощность в одноконтурной системе падает до нуля, как видно из синусоидальной кривой, но в трехфазной системе суммарная мощность от всех фаз обеспечивает непрерывную мощность нагрузке.

Можно сказать, что существуют три источника напряжения, соединенных вместе, чтобы образовать трехфазную цепь, и они находятся внутри генератора. Генератор имеет три источника напряжения, которые работают вместе с разностью фаз 120o. Если мы можем организовать три одноконтурные цепи с разностью фаз 120o, то это станет трехфазной цепью. Таким образом, разность фаз 120o обязательна, иначе цепь не будет работать, трехфазная нагрузка не сможет получать активную мощность, и это может также привести к повреждению системы.

Размер или количество металла в трехфазных устройствах не имеет значительных различий. Теперь, если рассмотреть трансформатор, его размер будет почти таким же для одноконтурной и трехфазной систем, потому что трансформатор будет создавать только связь потока. Таким образом, трехфазная система будет иметь более высокую эффективность по сравнению с одноконтурной, потому что при том же или небольшом различии в массе трансформатора, трехфазная линия будет выведена, тогда как в одноконтурной системе будет только одна. Потери в трехфазной цепи будут минимальными. Таким образом, в целом, трехфазная система будет иметь лучшую и более высокую эффективность по сравнению с одноконтурной системой.
В трехфазной цепи, соединения могут быть двух типов:

1. Звезда

2. Треугольник

Менее распространенным является открытый треугольник, где используются два однофазных трансформатора для обеспечения трехфазного питания. Эти соединения обычно используются только в аварийных условиях, так как их эффективность ниже по сравнению с замкнутыми треугольниками (которые используются в стандартных операциях).

Звездное соединение

В звездном соединении используется четыре провода, три из которых являются фазными, а четвертый — нейтральный, который берется из звездной точки. Звездное соединение предпочтительно для передачи энергии на большие расстояния, потому что оно имеет нейтральную точку. Здесь необходимо понять концепцию сбалансированного и несбалансированного тока в системе энергоснабжения.

Когда через все три фазы проходит одинаковый ток, это называется сбалансированным током. Когда ток в любой из фаз не равен, это называется несбалансированным током. В этом случае, при сбалансированном состоянии через нейтральную линию не будет проходить ток, и, следовательно, нет необходимости в нейтральном терминале. Однако, когда в трехфазной цепи будет проходить несбалансированный ток, нейтраль играет важную роль. Она будет направлять несбалансированный ток к земле и защищать трансформатор. Несбалансированный ток влияет на трансформатор и может также привести к его повреждению, поэтому звездное соединение предпочтительно для передачи энергии на большие расстояния.
Звездное соединение показано ниже-

В звездном соединении линейное напряжение в √3 раз больше фазного напряжения. Линейное напряжение — это напряжение между двумя фазами в трехфазной цепи, а фазное напряжение — это напряжение между одной фазой и нейтральной линией. Ток одинаков для линейного и фазного. Это показано выражением ниже

Треугольное соединение

В треугольном соединении используется только три провода, и нейтральный терминал не берется. Обычно треугольное соединение предпочтительно для коротких расстояний из-за проблемы несбалансированного тока в цепи. Рисунок ниже показывает треугольное соединение. На нагрузочной станции, если требуется, землю можно использовать как нейтральный путь.

В треугольном соединении линейное напряжение равно фазному напряжению. Линейный ток в √3 раз больше фазного тока. Это показано выражением ниже,

В трехфазной цепи звездное и треугольное соединения могут быть организованы четырьмя различными способами:

1. Звезда-Звезда

2. Звезда-Треугольник

3. Треугольник-Звезда

4. Треугольник-Треугольник

Однако мощность не зависит от схемы соединения трехфазной системы. Общая мощность в цепи будет одинаковой как в звездном, так и в треугольном соединении. Мощность в трехфазной цепи можно рассчитать по уравнению ниже,

Поскольку имеется три фазы, множитель 3 добавляется в обычное уравнение мощности, а коэффициент мощности (cos φ) является