Arus bolak-balik tiga fase

Saat ini, ini adalah sistem arus bolak-balik tiga fase yang paling umum di seluruh dunia.

Sirkuit listrik tiga fase disebut sistem yang terdiri dari tiga sirkuit di mana arus bolak-balik beroperasi, EMF dengan frekuensi yang sama, keluar fase satu sama lain dengan 1/3 periode (φ=2π/ 3). Setiap sirkuit individual dari sistem semacam itu secara singkat disebut fasenya, dan sistem arus bolak-balik tiga fase yang bergeser dalam sirkuit semacam itu disebut arus tiga fase.

Hampir semua generator yang dipasang di pembangkit listrik kami adalah generator arus tiga fasa... Intinya, setiap generator tersebut adalah sambungan dalam satu mesin listrik dari tiga alternator, dirancang sedemikian rupa sehingga induksi di dalamnya EMF bergeser relatif satu sama lain dengan sepertiga dari periode seperti yang ditunjukkan pada gambar. 1.

Beras. 1. Grafik ketergantungan waktu EMF yang diinduksi pada belitan jangkar generator arus tiga fasa

Bagaimana generator seperti itu diimplementasikan mudah dipahami dari rangkaian pada gambar. 2.

Beras. 2. Tiga pasang kabel independen yang terhubung ke tiga angker dari generator arus tiga fase memberi makan jaringan penerangan

Ada tiga armature independen yang terletak di stator mesin listrik dan diimbangi dengan 1/3 lingkaran (120O). Induktor yang umum untuk semua angker berputar di tengah mesin listrik yang ditunjukkan pada diagram dalam bentuk magnet permanen.

Di setiap kumparan EMF bolak-balik diinduksi frekuensi yang sama, tetapi waktu ketika ggl ini melewati nol (atau melalui maksimum) di masing-masing kumparan akan bergeser 1/3 periode relatif satu sama lain karena induktor melewati setiap kumparan 1/3 periode kemudian dari yang sebelumnya.

Setiap belitan generator tiga fase adalah generator arus independen dan sumber energi listrik. Dengan menghubungkan kabel ke ujung masing-masing seperti yang ditunjukkan pada gambar. 2, kita akan mendapatkan tiga sirkuit independen, yang masing-masing dapat memberi daya pada penerima listrik tertentu, misalnya lampu listrik.

Dalam hal ini, untuk mentransfer semua energi yang diserap penerima listrik, enam kabel akan dibutuhkan. Namun, dimungkinkan untuk menghubungkan belitan generator arus tiga fase sedemikian rupa sehingga menangani empat atau bahkan tiga kabel, yaitu menghemat kabel secara signifikan.

Cara pertama ini disebut koneksi bintang (Gbr. 3).

Beras. 3. Sistem pengkabelan empat kabel saat menghubungkan generator tiga fase dengan bintang. Beban (kelompok lampu listrik I, II, III) disuplai dengan tegangan fasa.

Kami akan menyebut terminal gulungan 1, 2, 3 awal, dan terminal 1′, 2′, 3′ akhir dari fase masing-masing.

Sambungan bintang-bintang adalah kita menghubungkan ujung semua belitan ke satu titik generator, yang disebut titik nol atau netral, dan menghubungkan generator ke penerima listrik dengan empat kabel: tiga yang disebut linier kabel datang dari awal belitan 1, 2, 3 dan kabel netral atau netral dari titik nol generator. Sistem pengkabelan ini disebut empat kabel.

Tegangan antara titik nol dan asal setiap fase disebut tegangan fase, dan tegangan antara asal belitan, yaitu titik 1 dan 2, 2 dan 3, 3 dan 1, disebut garis... Fase tegangan biasanya berarti U1, U2, U3, atau dalam bentuk umum Uf dan tegangan saluran - U12, U23, U31, atau dalam bentuk umum Ul.

Antara amplitudo atau nilai rata-rata tegangan fasa dan saluran saat menghubungkan belitan generator dengan bintang, ada rasio Ul = √3Uf ≈ 1.73Ue

Jadi, misalnya, jika tegangan fasa generator adalah Uf = 220 V, maka saat menghubungkan belitan generator dalam bintang, tegangan saluran Ul — 380 V.

Dalam kasus pemuatan seragam dari tiga fase generator, yaitu, dengan arus yang kira-kira sama di masing-masingnya, arus pada kabel netral adalah nol... Oleh karena itu, dalam hal ini, Anda dapat melepas kabel netral dan beralih ke sistem tiga kabel yang lebih ekonomis. Dalam hal ini, semua beban dihubungkan antara pasangan konduktor saluran yang sesuai.

Dalam beban yang tidak seimbang, arus di konduktor netral tidak nol, tetapi secara umum lebih kecil dari arus di konduktor lin. Oleh karena itu, kabel netral bisa lebih tipis dari kabel saluran.

Saat mengoperasikan arus bolak-balik tiga fase, mereka berusaha untuk membuat beban pada fase yang berbeda sama mungkin.Itu sebabnya, misalnya, ketika mengatur jaringan penerangan rumah besar dengan sistem empat kabel, kabel netral dan salah satu kabel linier dimasukkan ke setiap apartemen sedemikian rupa sehingga rata-rata setiap fase memiliki kira-kira sama. memuat.

Cara lain untuk menghubungkan belitan generator, yang juga memungkinkan pengkabelan tiga kabel, adalah koneksi delta yang ditunjukkan pada gambar. 4.

Beras. 4. Diagram koneksi belitan generator tiga fase dengan segitiga

Di sini, ujung setiap kumparan dihubungkan ke awal kumparan berikutnya, sehingga membentuk segitiga tertutup, dan kabel garis dihubungkan ke simpul segitiga ini - titik 1, 2 dan 3. Saat dihubungkan dengan segitiga, tegangan saluran generator sama dengan tegangan fasanya: Ul = Ue.

Oleh karena itu, mengganti belitan generator dari bintang ke delta menyebabkan penurunan tegangan jaringan √3 ≈ 1,73 kali... Sambungan delta juga diperbolehkan hanya dengan beban fasa yang sama atau hampir sama. Jika tidak, arus dalam loop tertutup belitan akan terlalu kuat, yang berbahaya bagi generator.

Saat menggunakan arus tiga fase, penerima (beban) terpisah yang diumpankan oleh pasangan kabel yang terpisah juga dapat dihubungkan baik di bintang, yaitu, sehingga salah satu ujungnya terhubung ke titik yang sama, dan tiga ujung bebas lainnya terhubung. terhubung ke kabel garis jaringan atau dengan segitiga, yaitu, sehingga semua beban dihubungkan secara seri dan membentuk sirkuit umum, ke titik 1, 2, 3 di mana kabel linier jaringan dihubungkan.

Dalam gambar. 5 menunjukkan koneksi bintang beban dengan sistem kabel tiga kabel, dan pada gambar.6 — dengan sistem pengkabelan empat kabel (dalam hal ini, titik umum semua beban dihubungkan ke kabel netral).

Dalam gambar. 7 menunjukkan diagram sambungan beban delta untuk sistem pengkabelan tiga kawat.

Beras. 5. Koneksi bintang beban dengan sistem pengkabelan tiga kawat

Beras. 6. Koneksi bintang beban dengan sistem pengkabelan empat kabel

Beras. 7. Sambungan delta beban dengan sistem pengkabelan tiga kabel

Dalam praktiknya, penting untuk mempertimbangkan hal-hal berikut. Saat beban terhubung delta, setiap beban berada di bawah tegangan listrik, dan saat terhubung bintang, di bawah tegangan √3 kali lebih kecil. Untuk kasus sistem empat kabel, ini jelas dari gambar. 6. Tetapi hal yang sama terjadi pada sistem tiga kabel (Gbr. 5).

Di antara setiap pasangan tegangan saluran di sini, dua beban dihubungkan secara seri, arus yang fasenya digeser sebesar 2π/ 3. Tegangan di setiap beban sama dengan tegangan jaringan yang sesuai dibagi dengan √3.

Jadi, ketika mengalihkan beban dari bintang ke delta, tegangan pada setiap beban, dan karenanya arus di dalamnya, meningkat √3 ≈ 1,73 kali. Jika, misalnya, tegangan saluran dari jaringan tiga kabel adalah 380 V, maka ketika dihubungkan ke bintang (gbr. 5), tegangan masing-masing beban akan sama dengan 220 V, dan ketika dihubungkan dengan a segitiga (gbr. 7) itu akan sama dengan 380 V.

Informasi dari buku teks fisika yang diedit oleh G.S. Landsberg digunakan dalam persiapan artikel.