Трехфазное питание в доме: есть ли смысл?

Несимметричная нагрузка при соединении приемников звездой

Нагрузка трехфазной электрической сети будет считаться несимметричной, если хотя бы одно из фазных сопротивлений не равно другим. Проще говоря, сопротивления фаз не равны, например: r_a = r_b = r_c, x_a = x_b ≠ x_c. В общем случае  считают, что несимметричная нагрузка возникает при отключении одной из фаз.

Возникает не симметрия чаще всего при подключении к трехфазной сети однофазных электроприемников. Они могут иметь различные мощности, режимы работы, различное территориальное расположение, что тоже влияет на величину фазной нагрузки.

В случае, когда необходимо подключить однофазные потребители электрической энергии, для более равномерной загрузки их делят на три примерно одинаковые по мощности группы.

Один вывод однофазных потребителей подключают к одной из трех фаз, а второй вывод подключают к нейтральному проводу. Так как все электроприемники рассчитываются на одно напряжение, то в пределах каждой фазы они соединяются параллельно.

Главной особенностью электрической сети несимметричной нагрузкой является то, что она должна в обязательном порядке иметь нейтральный провод. Это объяснимо тем, что при его отсутствии величины фазных напряжений будут в значительной степени зависеть от величины не симметрии сети, то есть от величин и характера сопротивления каждой из фаз. Поскольку сопротивления фаз могут варьироваться довольно в широких пределах в зависимости от количества подключенных электроприемников, также широко будет варьироваться и напряжения на потребителях электрической энергии, а это недопустимо.

Для иллюстрации выше сказанного ниже приведена векторная диаграмма для трехфазной несимметричной цепи при наличии нейтрального провода:

Ниже приведена приведена векторная диаграмма для этой же цепи, но при отсутствии нулевого рабочего (нейтрального) провода:

Также можно посмотреть видео, где объясняется, что может произойти в электрической цепи при обрыве нулевого провода:

Необходимость нулевого провода станет еще более очевидной, если представить, что вам необходимо подключить однофазного потребителя к одной из фаз, при этом остальные две подключать нельзя, так как приемник рассчитан на фазное напряжение 220 В, а не на линейное 380В, как в таком случае получить замкнутый контур для протекания электрического тока? Только использовать нулевой рабочий проводник.

Для повышения надежности соединения электроприемников в цепь нулевого рабочего проводника не устанавливают коммутационную аппаратуру (автоматические выключатели, предохранители или разъединители).

Фазные токи, углы сдвига, а также фазные мощности при несимметричной нагрузке будут различными. Для вычисления их фазных значений можно применить формулу (5), а вот для вычисления трехфазной мощности формула (6) уже не подходит. Для определения мощностей необходимо пользоваться выражением:

Если существует необходимость определения тока нейтрального провода, то необходимо решать задачу комплексным методом. Если существует векторная диаграмма, то определить ток можно по ней.

Пример

В осветительной электрической сети с напряжением в 220 В в фазе А включено 20 ламп, фазе В – 10 ламп, а в фазе С – 5 ламп. Параметры лампы U_ном = 127 В, Р_ном = 100 Вт. Необходимо определить ток нейтрального провода и каждой лампы.

Решение

Если учесть, что лампы накаливания имеют только активное сопротивление (реактивное слишком мало и им пренебрегают), то по формуле мощности определим ток лампы, а по закону Ома ее сопротивление:

Зная число и сопротивление ламп нетрудно определить сопротивления фаз, а также фазные токи:

Для определения тока в нейтральном проводе I_N решим задачу комплексным методом. Так как при сделанных ранее допущениях комплексные напряжения приемника равны комплексным ЭДС источника, получим:

Где комплексные значения фазных сопротивлений будут равны Z_a = 8,05 Ом, Z_b = 16,1 Ом, Z_с = 32,2 Ом.

Комплексные значения токов, а также действующее значение тока нейтрального провода будут иметь вид:

Чем три фазы отличаются от одной?

В обоих видах питания присутствует рабочий нулевой проводник (НОЛЬ). Про защитное заземление я подробно рассказал здесь, это обширная тема. По отношению к нулю на всех трёх фазах – напряжение 220 Вольт. А вот по отношению этих трёх фаз друг к другу – на них 380 Вольт.

Напряжения в трёхфазной системе

Так получается, потому что напряжения (при активной нагрузке , и ток) на трёх фазных проводах отличаются на треть цикла, т.е. на 120°.

Получается, что если у нас есть трехфазное напряжение, то у нас есть три фазных напряжения по 220 В. И однофазных потребителей (а таких – почти 100% в наших жилищах) можно подключать к любой фазе и нулю. Только делать это надо так, чтобы потребление по каждой фазе было примерно одинаковым, иначе возможен перекос фаз.

А защититься от перекоса фаз лучше всего с помощью реле напряжения, например Барьер или ФиФ ЕвроАвтоматика.

Кроме того, чрезмерно нагруженной фазе будет тяжело и обидно, что другие “отдыхают”)

Пример расчёта мощностных показателей

Наиболее простым примером может считаться расчет потребления энергии симметричной нагрузкой. Сколько будет потреблять электроэнергии трехфазный асинхронный двигатель, подключенный в сеть с линейным напряжением 380 В, и потребляющий ток 10 А по каждой фазе? Коэффициент мощности cosϕ=0.76. Тогда потребляемая мощность равна:

P=√3Uл∙Iл∙cosϕ=√3∙380∙10∙0,76=5000 ВА.

Более сложный расчет бытовой сети:

• Фазное напряжение – 220 В;
• Потребление по линиям – 10 А, 5 А, 2 А;
• Первые две фазы подключены к активной нагрузке (электроплита, чайник);
• Третья нагружена на люминесцентные светильники с cosϕ=0,5.

Pобщ=Uа∙Iа∙cosϕа+ Ub∙Ib∙cosϕb+ Uc∙Ic∙cosϕc=220∙10+220∙5+220∙2∙0,5=3520 ВА.

Используя онлайн калькулятор расчетов, можно избавиться от большинства ошибок и сократить время вычислений. Требуется лишь правильно ввести данные по текущим параметрам

Что такое трехфазная сеть?

Любой дом или квартира перед вводом в эксплуатацию подключается к местной электросети. Такая сеть может быть однофазной или трехфазной. При однофазном подключении к дому подводится два провода, фаза и ноль, между которыми напряжение 220 В. Трехфазная же сеть характеризуется наличием четырех проводов: трех фаз и ноля. Между каждой фазой и нолем напряжение 220 В, а между самими фазами 380 В (как показано на изображении).

Для учета электроэнергии в такой сети необходим трехфазный счетчик, который устанавливается местным РЭСом. Типичным примером такого счетчика является INCOTEX Меркурий 231 АМ-01, предназначенный для учета активной электроэнергии.

Что такое фаза

Каждая часть многофазной системы, имеющая одинаковую характеристику тока, называется фазой. Поэтому определение фазы имеет двоякое значение в электротехнике. Во-первых, как величина, изменяющаяся синусоидально, а во-вторых, как отдельная часть в системе многофазных электрических цепей. Количество фаз определяет наименование цепей: двухфазные, трехфазные, шестифазные и т.д.

Самыми распространенными цепями в современной энергетике являются трехфазные. Они имеют ряд преимуществ перед другими видами цепей, как однофазными, так и многофазными. Они более экономичны при производстве и передаче электроэнергии. Трехфазное напряжение возникает в результате вращения магнита внутри катушки. С его помощью достаточно просто образуется вращающееся круговое магнитное поле, обеспечивающее работу асинхронных двигателей. Данное явление известно, как ЭДС или по-другому, электродвижущая сила индукции.

Вращающийся магнит называется ротором, а катушки, расположенные вокруг него, образуют статор. Переменное напряжение получается путем преобразования постоянного напряжения, когда прямая линия принимает синусоидальную конфигурацию с изменяющимися положительными и отрицательными значениями.

Изменение магнитного потока происходит за счет вращения ротора, что и приводит к образованию переменного напряжения. В статоре имеется три катушки, в каждой из которых присутствует собственная отдельная электрическая цепь. Каждая катушка сдвинута относительно друг друга на 120 градусов по окружности. Под действием вращающегося магнита во всех катушках возникает одинаковое переменное напряжение между фазами в трехфазной сети.

Трехфазные цепи дают возможность получать два эксплуатационных напряжения на одной установке – фазное и линейное.

Главные отличия

Общим фактором является количество проводов и напряжение. На этом отличия и заканчиваются. Однофазное подключение характеризуется подведением к дому или квартире двух/трех проводов (фаза, ноль, заземление). Обычно сечение проводников составляет 4-6 мм2. А в доме используют проводку 1,5-2,5 мм2.

При этом оно ограничено по максимальной мощности потребления, которая не должна превышать десяти кВт. Могут возникнуть трудности с подключением потребителей, рассчитанных на трехфазное напряжение. При подключении потребуются дополнительные устройства, а также нужно быть готовым, что произойдет потеря мощности.

Обычно к многоквартирному дому подводится три фазы, а в каждую квартиру приходит только одна фаза. При этом стараются распределять нагрузку пропорционально, исключая перекос фаз. Так же учитывают то, что напряжение 220В является менее опасным чем 380В, с точки зрения техники безопасности.

Если потребитель планирует подключение к электрической сети с выделенной мощностью более десяти кВт — необходимо использовать трехфазное напряжение.

Отличие в этом случае заключается в подведении к дому или коттеджу кабеля с четырьмя/пяти жилами. В чем состоит отличие от двухпроводного подключения. В этом случае потребитель получает две величины напряжения: линейное будет равно 380 В, а фазное — 220 В.

Замер производят следующим образом. Фазное напряжение меряют между нулевым проводником и каждой фазой попеременно, линейное замеряют между фазами.

На рисунке снизу показано, как измерить фазное и линейное напряжение.

Следует учитывать, что в коттеджах, где установленная мощность превышает десять киловатт, но отсутствует трехфазная нагрузка, активная мощность должна распределяться между фазами равномерно.

В этом состоит разница при однофазном подключении, распределять мощности нет необходимости.

На нижеприведенном рисунке представлена схема подсоединения однофазной равномерно распределенной по трём фазам нагрузки и формула зависимости линейного напряжения от фазного.

При этом не требуется использовать коммутационное оборудование (автоматы, пускатели) на большие токи. Чаще трехфазная сеть применяется для промышленных предприятий, магазинов, офисных помещений.

16 Режимы работы трехфазного премника.

 Различают
два вида соединений: в
звезду и в
треугольник. В
свою очередь при соединении в звезду
система может быть трех- и четырехпроводной.

Соединение
в звезду

На
рис. 6 приведена трехфазная система при
соединении фаз генератора и нагрузки
в звезду. Здесь провода  АА’,  ВВ’
и  СС’ – линейные провода.

Линейным называется
провод, соединяющий начала фаз обмотки
генератора и приемника. Точка, в которой
концы фаз соединяются в общий узел,
называется нейтральной (на
рис. 6  N и N’ – соответственно
нейтральные точки генератора и нагрузки).

Провод,
соединяющий нейтральные точки генератора
и приемника, называется нейтральным (на
рис. 6  показан пунктиром). Трехфазная
система при соединении в звезду без
нейтрального провода называется трехпроводной, с
нейтральным проводом – четырехпроводной.

Все
величины, относящиеся к фазам, носят
название фазных
переменных, к
линии —  линейных. Как
видно из схемы на рис. 6, при соединении
в звезду линейные токи  и  равны
соответствующим фазным токам. При
наличии нейтрального провода ток в
нейтральном проводе .
Если система фазных токов симметрична,
то .
Следовательно, если бы симметрия токов
была гарантирована, то нейтральный
провод был бы не нужен. Как будет показано
далее, нейтральный провод обеспечивает
поддержание симметрии напряжений на
нагрузке при несимметрии самой нагрузки.

Поскольку
напряжение на источнике противоположно
направлению его ЭДС, фазные напряжения
генератора (см. рис. 6) действуют от точек
А, В и С к нейтральной точке N;  —
фазные напряжения нагрузки.

Линейные
напряжения действуют между линейными
проводами. В соответствии со вторым
законом Кирхгофа для линейных напряжений
можно записать

;

(1)

Отметим,
что всегда  —
как сумма напряжений по замкнутому
контуру.

На
рис. 7 представлена векторная диаграмма
для симметричной системы напряжений.
Как показывает ее анализ (лучи фазных
напряжений образуют стороны равнобедренных
треугольников с углами при осно. вании,
равными 300), в этом случае

(4)

Обычно
при расчетах принимается .
Тогда для случая прямого
чередования фаз ,  (при обратном
чередовании фаз фазовые
сдвиги у  и  меняются
местами). С учетом этого на основании
соотношений (1) …(3) могут быть определены
комплексы линейных напряжений. Однако
при симметрии напряжений эти величины
легко определяются непосредственно из
векторной диаграммы на рис. 7. Направляя
вещественную ось системы координат по
вектору  (его
начальная фаза равна нулю), отсчитываем
фазовые сдвиги линейных напряжений по
отношению к этой оси, а их модули
определяем в соответствии с (4). Так для
линейных напряжений  и  получаем: ; .

Соединение
в треугольник

В
связи с тем, что значительная часть
приемников, включаемых в трехфазные
цепи, бывает несимметричной, очень важно
на практике, например, в схемах с
осветительными приборами, обеспечивать
независимость режимов работы отдельных
фаз. Кроме четырехпроводной, подобными
свойствами обладают и трехпроводные
цепи при соединении фаз приемника в
треугольник

Но в треугольник также
можно соединить и фазы генератора (см.
рис. 8).

  Для
симметричной системы ЭДС имеем

.

Таким
образом, при отсутствии нагрузки в фазах
генератора в схеме на рис. 8 токи будут
равны нулю. Однако, если поменять местами
начало и конец любой из фаз, то  и
в треугольнике будет протекать ток
короткого замыкания. Следовательно,
для треугольника нужно строго соблюдать
порядок соединения фаз: начало одной
фазы соединяется с концом другой.

Схема
соединения фаз генератора и приемника
в треугольник представлена на рис. 9.

Очевидно,
что при соединении в треугольник линейные
напряжения равны соответствующим
фазным. По первому закону Кирхгофа связь
между линейными и фазными токами
приемника определяется соотношениями

Аналогично
можно выразить линейные токи через
фазные токи генератора.

На
рис. 10 представлена векторная диаграмма
симметричной системы линейных и фазных
токов. Ее анализ показывает, что при
симметрии токов

.

(5)

В
заключение отметим, что помимо
рассмотренных соединений «звезда —
звезда» и «треугольник — треугольник»
на практике также применяются схемы
«звезда — треугольник» и «треугольник
— звезда».

Как рассчитать трехфазную сеть

В качестве примера можно взять некие производственные площади с установленным оборудованием и по этим исходным данным делать расчет мощности трехфазного тока.

В каждом станке используется электродвигатель. Их общая мощность Ру1 составляет 50 кВт, с учетом активной мощности. Кроме того, в помещении установлены осветительные приборы общей мощностью (Ру2) – 3 кВт. Символ Ру обозначает величину установленной суммарной мощности для конкретных групп потребителей. Работа оборудования осуществляется от трехфазной сети с 4 проводами и номинальным напряжением 380 В.

Кроме того, при расчетах учитывается коэффициент спроса Кс, действующий в режиме максимальной нагрузки. Он учитывает наивысшее количество включений потребителей данной группы. Для электродвигателей Кс1 берется с учетом величины их загруженности и составляет 0,35. Для приборов освещения Кс2 составляет 0,9. Все потребители выравниваются усредненным коэффициентом мощности cos φ = 0,75.

Расчеты начинаются с определения силовой нагрузки Р1 = 0,35 х 50 = 17,5 кВт. Далее рассчитывается осветительная нагрузка Р2 = 0,9 х 3 = 2,7 кВт. Таким образом, величина полной расчетной нагрузки составит Р = Р1 + Р2 = 17,5 + 2,7 = 20,2 кВт.

Для определения и расчета тока используется формула I = (1000 x P)/(1,73 x Uн x cos φ), в которой Р является расчетной мощностью потребителей, Uн – номинальным напряжением 380 вольт, cos φ – коэффициентом мощности.

Подставив нужные значения, находим значение силы и мощности по току: I = (1000 x 20,2)/(1,73 x 380 x 0,75) = 41 А. Полученный результат дает возможность узнать, сможет ли сеть обеспечить нормальную работу потребителей.

Недостатки трехфазного питания

У трехфазного питания существует также и несколько неприятных моментов, которые стоит учитывать перед подключением:

1. Расходы на подключение и покупку оборудования

Если у вас уже заведен в дом однофазный ввод, то переподключение на трехфазный потребует дополнительных растрат. В такие растраты включается:

• Оформление договора. Согласно текущему законодательству оформление договора на установку трехфазного ввода и счетчика стоит 550 рублей.
• Покупка счетчика и проводов. Средняя стоимость трехфазного счетчика, внесенного в госреестр, составляет 1500 рублей. Также для ввода понадобится примерно 20 м изолированного кабеля СИП сечением 16 мм2, стоимостью 1200 рублей. Еще стоит учесть необходимость организации проводки внутри дома для трехфазного дома. Этот показатель сложно просчитать, так как все дома разные по площади.
• Дополнительные автоматы. Для каждой фазы потребуется свой автомат. Также потребуется установка реле контроля напряжения, чтобы можно было всегда «мониторить» напряжение по каждой фазе и в случае перекосов, переключаться между фазами.

Чтобы электромонтеры подключили вас к трехфазной сети, придется стать в очередь и пару недель подождать. Если не хотите ждать, то придется отдельно заплатить за срочность. В итоге подключение трехфазного питания выльется своему владельцу в кругленькую сумму.

1. Увеличенные размеры щитовой

Для подключения трехфазного питания необходимо смонтировать крупногабаритную щитовую. Это обусловлено наличием дополнительного защитного и распределительного оборудования. Обычно такой силовой шкаф или щитовая устанавливается на улице, чтобы не занимала много места в доме.

Стоит отметить, что для распределительных щитов энергосбыт предъявляет определенные требования. Например, защита щитовой от пыли и грязи должна быть не ниже стандарта IP31, а во влажных помещениях IP54. Для некоторых владельцев дачных участков или частного дома поиск подходящего места для шкафа или монтаж такой конструкции может стать настоящим испытанием.

1. Перепланировка проводки в доме

Если изначально в доме была одна фаза, то подключение еще двух потребует от хозяина глобальной перепланировки проводки. Так изначально все розетки и лампочки были «посажены» на одну фазу. С трехфазным подключением необходимо будет эти розетки переносить, а это означает немалый ремонт в доме, так как придется штробить стены под проводку. Естественно эта работа требует дополнительных затрат времени и денег.

Конструкция трехфазного трансформатора

Ранее мы уже говорили, что трехфазный трансформатор представляет собой три взаимосвязанных однофазных трансформатора на одном многослойном сердечнике, и можно достичь значительной экономии в стоимости, размере и весе, объединив три обмотки в одну магнитную цепь, как показано на рисунке.

Трехфазный трансформатор обычно имеет три магнитных цепи, которые чередуются, чтобы обеспечить равномерное распределение диэлектрического потока между обмотками высокого и низкого напряжения. Исключением из этого правила является трехфазный трансформатор типа корпусной. В конструкции типа корпусной, даже несмотря на то, что три ядра находятся вместе, они не переплетены.

Трехфазный трансформатор с сердечником является наиболее распространенным методом построения трехфазного трансформатора, позволяя фазам быть магнитно связанными. Поток каждой конечности использует две другие ветви для своего обратного пути с тремя магнитными потоками в сердечнике, создаваемыми линейными напряжениями, различающимися по фазе времени на 120 градусов. Таким образом, поток в сердечнике остается почти синусоидальным, создавая синусоидальное вторичное напряжение питания.

Конструкция трехфазного трансформатора с кожухом пятиступенчатого типа тяжелее и дороже в сборке, чем сердечник. Пятиконтактные сердечники обычно используются для очень больших силовых трансформаторов, так как они могут быть выполнены с уменьшенной высотой. Материалы сердечника трансформаторов типа корпусной, электрические обмотки, стальной корпус и охлаждение практически такие же, как и для более крупных однофазных типов.

Схема подключения трехфазной розетки

Схема подключения выбирается в соответствии с используемыми бытовыми приборами. Большинство из них подключаются к обычным розетками на 220 В. Однако, существует оборудование, для которого может понадобиться именно трехфазная розетка.

На входе устанавливается трехполюсный автоматический выключатель на 40 ампер. К нему подключаются три фазных и один нулевой провод. После автомата устанавливается такой же трехфазный счетчик. Далее фазы распределяются по нагрузкам, в том числе к ним подключаются и розетки трехфазные силовые. Для прокладки линий внутри помещений применяются провода и кабели только с медными жилами. В наружных сетях допускается использование кабельно-проводниковой продукции с алюминиевыми жилами.

Схема подключения предусматривает наличие разноцветной изоляции, промаркированной в соответствии с их назначением.

• Желто-зеленым цветом обозначается заземляющий провод РЕ
• Голубым цветом – нулевой рабочий провод
• Фазные провода L1, L2 и L3 могут обозначаться любыми цветами, чаще всего – красным, черным и белым.

Эта маркировка является обязательной для всех стандартных многожильных проводников. Если подключается розетка трехфазная 16А с 4 контактами, в этом случае в схеме отсутствует заземляющий провод, а вместо заземление оборудования выполняется его зануление. Такое подключение известно, как TN-C система, объединяющая защитный и нулевой проводники по всей длине электрической цепи.

В соответствии с целевым использованием, силовые розетки могут быть подключены по отдельности, каждая из которых отходит от силового щита или целыми группами по шлейфовой схеме. Подобная схема требует обязательного соблюдения полярности при подключении контактов. В противном случае, при разной полярности контактов, роторы электродвигателей будут вращаться в разных направлениях, в результате агрегаты очень быстро выйдут из строя.

2.2. СОЕДИНЕНИЕ ИСТОЧНИКОВ И ПРИЕМНИКОВ ЭНЕРГИИ ЗВЕЗДОЙ

Соединение обмоток генератора и приемников энергии звездой представляет
со-бой схему, когда концы фаз соединяются в общий узел; а их начала
присоединяются к линейным проводам (см. рис. 2.1.3).
По рисунку может показаться, что линейное напряжение вдвое больше фазного.
Но это не так. Линейное напряжение равно не алгебраической сумме, а
геометрической разности.
Для того чтобы получить вектор линейного напряжения, например Uл (АВ),
нужно к концу вектора UфА подстроить вектор UфВ с обратным знаком. Вектор,
соединяющий начало координат с концом вектора UфВ, и будет вектором
линейного напряжения
Uл (АВ). Аналогично ведется построение векторов линейных напряжений
Uл (ВС) и Uл (АС) (рис. 2.2.1).

В результате построений образовалась трехлучевая звезда линейных напряжений,
повернутых относительно звезды фазных напряжений на угол 30° против
часовой стрелки.
Из полученных таким образом треугольников с тупым углом в 120° следует:

Для симметричной системы, когда
и

или

Если линейное напряжение, например, равно 380 В, то фазное будет:

Если же фазное напряжение U_ф = 127В, то линейное будет:

В промышленности пользуются напряжением 127, 220 и 380 В.
В высоковольтных линиях электропередачи применяют напряжение 6 кВ, 10
кВ, 35 кВ, 110 кВ, 220 кВ, 400 кВ, 500 кВ и более.
В низковольтных установках применяются, как правило, четырехпроводные
линии электропередачи, а в высоковольтных — трехпроводные.
Четырехпроводные линии удобны при совместном электропитании силовых
и осветительных потребителей.
Электродвигатели, например, подключаются к трем линейным проводам, а
осветительные приборы — к одному линейному и нулевому проводам.
При электроснабжении жилых домов в них вводят четырехпроводный кабель.
В квартиры же подается один нулевой провод и один линейный. При этом
линейные провода чередуются от квартиры к квартире. Это необходимо
для того, чтобы наиболее равномерно загрузить сеть по фазам.
На рис. 2.2.2. показана схема электроснабжения жилого дома.

Простая схема подключения электрощита частного дома 15 кВт

Самый простой-бюджетный вариант сборки щита учета представлен ниже. Здесь используется лишь самые необходимые элементы:

2. Бокс пластиковый 3 модуля, с проушинами для пломбы

3. Трехполюсный Защитный автоматический выключатель, характеристика С25 (для выделенной мощности в 15кВт нужен именно этот номинал)

4. Прибор учета электрической энергии (счетчик) 3-фазный 380В

5. Блок распределительный коммутационный, возможностью подключения проводов сечением до 16мм.кв.

Простой щит учета, система заземления TT

Этот вариант чаще используется как временный, например, для подключения бытовки на время строительства, так как имеет мало средств защиты.

Для своего дома, в котором вы планируете постоянно жить, даже для дачного, я советую применять следующую сборку:

Схемы трехфазных цепей

Обмотки генератора или трансформатора в трёхфазных цепях можно соединить между собой по двум схемам:

• звезда;
• треугольник.

Соединения выполняются на клеммнике (борно) агрегата или трансформатора, куда выводятся концы обмоток.

Соединение перемычками обмоток

Присоединение нагрузки к генератору (трансформатору) можно произвести по следующим схемам:

• присоединение «звезда – звезда» с использованием нулевого проводника;
• подключение «звезда – звезда» без использования нулевого провода;
• подсоединение «звезда – треугольник»;
• схема «треугольник – треугольник»;
• соединение «треугольник – звезда».

Внимание! Такое разнообразие схем вызвано тем, что собственные обмотки генератора и собственные обмотки нагрузки могут быть соединены по-разному. При различных типах сопряжения получаются разные соответствия между фазными и линейными значениями

Соединение может быть выполнено на заводе при сборке генератора, к месту подсоединения питающего кабеля уже выведены вторые концы обмоток. Информация о схеме соединения обмоток наносится на прикреплённую к статору машины табличку.

На электрических двигателях, трансформаторах или иных потребителях также производят необходимые манипуляции по переключению выводов обмоток. На картинке, приведённой ниже, красным маркером отмечены концы обмоток, соединённые перемычкой. Синим маркером – фазы питания.

Соединения на борно двигателя

Соединение звездой

Буквенное обозначение начала обмоток – «А», «В», «С», концов – «X», «Y», «Z». Нулевая точка маркируется как «О». У каждой обмотки есть два конца. При соединении «звезда» все три одноименных вывода обмоток (начала) соединяются между собой в одну точку «О». К свободным концам подключается нагрузка.

Схема соединения обмоток «звездой»

Соединение треугольником

При выполнении этого присоединения на борно ставятся перемычки, включающие обмотки в следующей последовательности:

• конец «А» – с началом «В»;
• конец «В» – с началом «С»;
• конец «С» – с началом «А».

Графическое изображение катушек становится похожим на треугольник, отсюда пошло название.

Когда хотят использовать подключаемый асинхронный двигатель с максимальным коэффициентом полезного действия, то его обмотки соединяют в треугольник. В этом случае фазные напряжения совпадают (Uл = Uф), линейный ток будет вычисляться по формуле:

Iл = √3*Iф.

Подключая в качестве нагрузки двигатель, необходимо учесть ряд нюансов:

• достигается увеличение мощности в 1,5 раза;
• повышается значение пускового тока, по сравнению с рабочим в 7 раз из-за тяжёлого запуска;
• резкое увеличение нагрузки на валу электромашины будет вызывать резкое увеличение тока.

Из-за всего этого есть риск возникновения перегрева машины, что не происходит при соединении обмоток нагрузки по схеме «звезда». Там двигатель не расположен к перегреванию, и его пуск осуществляется плавно.

Включение обмоток по схеме «треугольник»

При двух видах включения обмоток различают и дают определение двум видам токов: линейному и фазному. Запомнить различия просто:

• ток, протекающий через проводник, который соединяет источник с приёмником, называется линейным;
• ток, движущийся по обмоткам источника или нагрузки, называется фазным.

Стоит обратить внимание на формулы мощности при различных схемах соединения источника с нагрузкой. Мощность тока при схеме «звезда» определяется по формуле:

Мощность тока при схеме «звезда» определяется по формуле:

P = 3*Uф*Iф*cosϕ = √3*Uл*Iл*cosϕ,

где:

• Uф – фазное напряжение;
• Uл – линейное напряжение;
• Iф – фазный ток;
• Iл – линейный ток;
• cosϕ – сдвиг фаз.

Мощность тока при схеме «треугольник» вычисляется по формуле:

P = 3* Uф* Iф*cosϕ = √3*Uл*Iл*cosϕ.

К сведению

Обращать внимание на линейный и фазный токи необходимо тогда, когда генератор (источник) нагружается несимметрично при подключении нагрузки

Соединения в трёхфазной цепи

Что такое трехфазный ток

Это система, объединяющая три электроцепи с токами, которые разнятся по фазе на 1/3 периода. Причём их собственные ЭДС совпадают по частоте и амплитуде и имеют такой же фазовый сдвиг. У такой структуры фазное и линейное напряжения соответственно равны 220 В и 380 В. Частота периодических колебаний – 50 герц (Гц).

Если подключить к осциллографу токовые синусоидальные сигналы от трёхфазной сети, то можно будет увидеть, что они совершают прохождение своих точек максимума в регулярной фазовой последовательности.

Общая формула мощности переменного тока:

где:

• P – мощность, (Вт);
• I – ток, (А);
• U – напряжение, (В);
• cosϕ – коэффициент мощности.

Значение cosϕ должно стремиться к единице. Средний коэффициент мощности лежит в интервале 0,7-0,8. Чем он выше, тем больше КПД установки.

В случае 3-х фазных сетей мощность будет зависеть от схемы соединения источника и нагрузки.