Несколько слов о трехфазном генераторе переменного тока
Введение
Трехфазный генератор переменного тока, как следует из названия, имеет три однофазных обмотки, расположенных так, что напряжение, индуцированное в любой одной фазе, смещается на 120º от двух других. Схематическая диаграмма трехфазного статора, показывающая все катушки, становится сложной, и трудно понять, что на самом деле происходит.
Упрощенная схема на рисунке 1, вид A, показывает все обмотки каждой фазы, соединенные вместе как одна обмотка.
Для простоты ротор опущен. Сигналы напряжения, генерируемые по каждой фазе, нарисованы на графике, сдвинутом на фазу на 120º друг от друга. Трехфазный генератор переменного тока, как показано на этой схеме, состоит из трех однофазных генераторов, генерируемые напряжения которых не соответствуют фазе на 120º.
Три фазы не зависят друг от друга.
Рисунок 1 - Подключение трехфазных генераторов переменного тока
Вместо того, чтобы иметь шесть выводов, выходящих из трехфазного генератора переменного тока, одни и те же выводы от каждой фазы могут быть соединены вместе, чтобы сформировать соединение с красным (Y), как показано на рисунке 1, вид B.
Это называется зенитным соединением, потому что без нейтрали обмотки появляются как буква Y, в этом случае боком или вверх ногами.
Нейтральное соединение выводится на клемму, когда должна подаваться однофазная нагрузка. Однофазное напряжение доступно от нейтрали до A, нейтрали до B и нейтрали до C. В трехфазном генераторе с Y-соединением общее напряжение или линейное напряжение через любые два из трех линейных проводов представляет собой вектор сумма отдельных фазных напряжений. Каждое линейное напряжение составляет 1, 73 раза по одному из фазных напряжений.
Поскольку обмотки образуют только один путь для тока между фазами, линейный и фазовый токи одинаковы (равны). Трехфазный статор также может быть подключен таким образом, чтобы фазы соединялись друг с другом; он теперь соединен треугольником (рис.1, вид C). (Delta, потому что это выглядит как греческая буква delta, Δ.)
В дельта-соединении линейные напряжения равны фазным напряжениям, но каждый линейный ток равен 1, 73 раза по фазному току. Как генераторы, так и треугольники используются в генераторах.
Большинство используемых в настоящее время генераторов переменного тока являются трехфазными машинами. Они намного эффективнее, чем двухфазные или однофазные генераторы.
Трехфазные соединения
Катушки статора трехфазных генераторов могут быть соединены друг с другом в соединениях типа «звезда» или «треугольник», как показано на рисунке 2. При этих соединениях из генератора переменного тока выходят только три провода. Это позволяет удобно подключать к трехфазным двигателям или силовым трансформаторам.
Для этого типа системы необходимо использовать трехфазные трансформаторы или их электрический эквивалент.
Рисунок 2 - Трехфазные подключения генератора или трансформатора
Трехфазный трансформатор может состоять из трех однофазных трансформаторов, соединенных в треугольник, зычок или их комбинацию. Если как первичный, так и вторичный подключены в звезде, трансформатор называется уай-уай.
Если обе обмотки подключены в дельта, трансформатор называется дельта-дельта. На рисунке 3 показаны однофазные трансформаторы, соединенные дельта-дельта для работы в трехфазной системе. Вы заметите, что обмотки трансформатора не наклонены для иллюстрации типичной дельта (Δ), как это было сделано с обмотками генератора.
Физически каждый трансформатор на диаграмме стоит один. Между обмотками отдельных трансформаторов нет угловой зависимости.
Однако, если вы будете следовать соединениям, вы увидите, что они образуют электрическую дельта. Например, первичные обмотки соединены друг с другом, образуя замкнутый контур. Каждый из этих контактов питается фазовым напряжением от трехфазного генератора переменного тока.
Генератор переменного тока может быть подключен либо дельта, либо в зависимости от требований нагрузки и напряжения, а также от конструкции системы.
Рисунок 3 - Три однофазных трансформатора, соединенных дельта-дельта
На рис. 4 показаны три однофазных трансформатора, соединенные с помощью wye-wye. Опять же, обратите внимание, что обмотки трансформатора не наклонены. Электрически Y образуется соединениями. Нижние соединения каждой обмотки закорочены вместе. Они образуют общую точку зрения.
Противоположный конец каждой обмотки изолирован. Эти концы образуют руки уайя.
Рисунок 4 - Три однофазных трансформатора, соединенных с wye-wye
Мощность переменного тока на большинстве кораблей распределяется трехфазной трехпроводной системой на 450 вольт. Однофазные трансформаторы наводят напряжение до 117 вольт. Эти трансформаторы соединены дельта-треугольником, как показано на рисунке 3.
При конфигурации дельта-треугольник нагрузка может быть трехфазным устройством, подключенным ко всем фазам; или это может быть однофазное устройство, подключенное только к одной фазе.
На этом этапе важно помнить, что такая система распределения включает все между генератором и нагрузкой. Из-за большого количества вариантов, предлагаемых трехфазными системами, необходимо следить за тем, чтобы любое изменение соединений не обеспечивало нагрузку с неправильным напряжением или неправильной фазой.
Выходная частота
Выходная частота напряжения генератора зависит от скорости вращения ротора и количества полюсов. Чем быстрее скорость, тем выше частота. Чем ниже скорость, тем ниже частота.
Чем больше полюсов на роторе, тем выше частота для заданной скорости. Когда ротор вращается под углом, так что два соседних полюса ротора (северный и южный полюсы) прошли одну обмотку, напряжение, вызванное этой обмоткой, будет меняться в течение одного полного цикла. Для данной частоты, чем больше пар полюсов есть, тем ниже скорость вращения.
Этот принцип проиллюстрирован на рисунке 5; двухполюсный генератор должен вращаться в четыре раза быстрее восьмиполюсного генератора для получения той же частоты генерируемого напряжения.
Рисунок 5 - Регулирование частоты
Частота любого генератора переменного тока в герцах (Гц), который представляет собой число циклов в секунду, связана с числом полюсов и скоростью вращения, что выражается уравнением:
F = NP / 120
где P - число полюсов, N - скорость вращения в оборотах в минуту (об / мин), а 120 - константа, позволяющая преобразовывать минуты в секунды и от полюсов к парам полюсов.
Примеры
Например, двухполюсный генератор с частотой вращения 3600 об / мин имеет частоту 60 Гц; определяется следующим образом:
(2 х 3600) / 120 = 60 Гц
4-полюсный генератор 1800 об / мин имеет частоту 60 Гц. 6-полюсный генератор с частотой 500 об / мин имеет частоту:
(6 х 500) / 120 = 25 Гц
12-полюсный генератор с частотой 4000 об / мин имеет частоту:
(12 х 4000) / 120 = 400 Гц
Ресурс: Введение в двигатель и генератор - Серия обучения электричеству и электронике ВМФ