Глава V

ТРЕХФАЗНЫЙ ТОК

§ 62. Трехфазные генераторы

Выше были рассмотрены свойства однофазного переменного тока. Однако однофазная система неэкономична вследствие несовершенства однофазных электрических машин. Так, например, при одинаковых габаритах, весах активных материалов (стали и меди) и потерях энергии мощность однофазной машины в 1,5 раза меньше мощности трехфазной машины. Поэтому для электрификации используются трехфазные системы переменного тока. Двигатели трехфазного тока весьма просты по устройству, дешевы и надежны, а, кроме того, применение трехфазного тока вместо однофазного дает значительную экономию металла для линейных проводов.
Многофазной системой называется цепь переменного тока, в которой действуют две или более э. д. с. одинаковой частоты, но взаимно смещенные по фазе на определенные углы. Отдельные цепи, составляющие многофазную систему, называются фазами. Наиболее широкое распространение получила система трехфазного переменного тока. Впервые в мире передача трехфазного тока была осуществлена русским ученым М. О. Доливо-Добровольским в 1891 г.
Трехфазная система состоит из трех электрических цепей, э. д. с. источников энергии в которых имеют одинаковую частоту, но сдвинуты по фазе друг относительно друга на 1/3 периода. Если э. д. с. во всех трех фазах имеют одинаковую амплитуду, то такая трехфазная система называется симметричной .
На рис. 66 показана схема простейшего двухполюсного трехфазного генератора. Он состоит из статора (неподвижной части (от латинского слова - стоящий) и ротора - вращающейся части (от латинского слова - вращающийся). В стальном сердечнике статора имеются впадины - пазы. В пазах статора уложены три катушки А - X , В - Y и C - Z , оси которых сдвинуты в пространстве на 1/3 окружности (120°). Эти катушки являются тремя фазными обмотками генератора.

Внутри статора помещается ротор (вращающаяся часть машины), представляющий собой двухполюсный электромагнит, по обмотке которого протекает постоянный ток, возбуждающий магнитное поле. Ротор приводится во вращение каким-либо первичным двигателем, например паровой или гидравлической турбиной. Магнитное поле, вращаясь вместе с ротором, пересекает проводники катушек, заложенных в пазах статора, и индуктирует в этих катушках э. д. с., изменяющиеся синусоидально. При этом э. д. с., индуктированные в катушках АХ , ВY и СZ , будут сдвинуты по фазе одна по отношению к другой на 1/3 периода (рис. 67).

Действительно, пусть положительный максимум э. д. с. Е m в катушке А - X наступает в момент, когда сторона А окажется против центра северного полюса, а сторона X - против центра южного полюса. Положительный максимум э. д. с. Е m в катушке В - Y наступит в тот момент, когда центр северного полюса окажется под проводником В , а центр южного полюса - под проводником Y . Для этого ротор должен повернуться на 1/3 окружности (120°), что соответствует промежутку времени, равному 1/3 периода. Положительный максимум э. д. с. Е m в катушке С - Z наступит через 1/3 периода после такого же максимума в катушке В - Y , что соответствует дальнейшему повороту ротора на 1/3 окружности.
При нагрузке генератора в обмотках (в катушках) статора АХ , ВY и СZ протекают токи и на зажимах катушек устанавливаются напряжения, называемые фазными . При отсутствии нагрузки (при холостом ходе) фазные напряжения равны э. д. с., индуктируемым в фазных обмотках статора.

Сложно представить современную жизнь без электричества. Это касается и работы обычных бытовых приборов в доме, и функционирования предприятий, заводов, клиник. Даже представить себе страшно, что произойдет, если в одном городе полностью отключится электропитание.

Во многих организациях стараются экономить площадь или переезжать за город. Известно, что за городской чертой нередки случаи сбоев электрической энергии. Но обычно это не пугает компании, так как проблема очень легко и просто решаема. На помощь приходят трехфазные генераторы.

Разные задачи решают разные устройства. В зависимости от них выбирают трехфазные генераторы на бензиновом или не те аппараты, на которых экономят. Приборы должны быть изготовлены у известного производителя, чтобы исключалась подделка.

Генераторы на бензине

Бензиновые агрегаты применяются повсюду. Это сфера строительства, промышленность, торговля и так далее. В общем, везде, где необходимо электрическое питание.

Покупая трехфазные генераторы, следует помнить о необходимости обеспечения нагрузок на разных фазах. Также должна поддерживаться разница между электромощностями, которая не должна быть выше двадцати пяти процентов.

Бензиновые агрегаты имеют свой выход однофазного напряжения на 220 В и 50 Гц. Это, конечно, делает их возможности еще шире. Но нужно понимать, что мощность электроприборов не должна быть выше трети выходной мощности двигателя. В противном случае произойдет перекос фаз, и техника не запустится.

Чтобы современное производство работало исправно, на нем должно быть установлено подобное оборудование.

Генераторы на дизеле

Для обеспечения электричеством промышленных объектов, применяются также трехфазные генераторы дизельного типа. Это устройство устанавливают для автономного источника, обеспечивающего электричеством промышленные объекты, работающие на полную мощность.

Конструкция

Дизельный генератор функционирует благодаря преобразованию вращательной энергии коленчатого вала в

1. Поршни начинают двигаться от коленвала.
2. Через движение ротору передается энергия.
3. В итоге в обмотке появляется переменное магнитное поле, преобразовывающееся в электрический ток.

Для получения такого результата необходимо задействование следующих механизмов:

• дизельного двигателя, от качества которого зависит длительность трехфазной электрической станции — производители генераторов обычно используют агрегаты крупных компаний;
• системы для функционирования мотора, включая подачу топлива, жидкостное охлаждение, подачу воздуха и другие;
• синхронный и переменного тока;
• различные автоматические устройства для контроля за включением и отключением мотора, мощность и так далее;
• рама для выполнения задачи несущей конструкции.

Схема трехфазного генератора выглядит следующим образом:

Выбирая трехфазную электрическую дизельную станцию, особое внимание отводят двигателю. Наилучшая производительность будет достигнута с моторами с турбонаддувом и охлаждением воздуха. Эти двигатели являются не самыми дорогими, однако за ними необходимо обеспечить тщательный уход.

трехфазного напряжения

Выбирая подходящий агрегат, необходимо обратить внимание на качество отдельных деталей и на уровень защиты прибора от поражения током.

Что касается двигателя, то в этом случае лучше не экспериментировать с китайскими моторами. Лучше предпочесть английский Cummins, Perkins, немецкий Deutz или наш ЯМЗ или ММЗ.

Может иметь разную защиту от поражения током. Коэффициент указывается на маркировке. Если имеется пятая категория, то никакой возможности проникновения нет. Четвертая означает максимальный коэффициент, говорящий о невозможности проникновения под любым углом.

Генератор может быть выполнен по-разному. Эти виды используются в зависимости от погодных условий и режима эксплуатации.

Подбирая трехфазный генератор, обращают внимание и на производителя. Чтобы сделать правильный выбор, конечно, необходимо проконсультироваться у специалистов, чтобы они подобрали модель, удовлетворяющую все запросы в электричестве.

Расчет мощности

• активную нагрузку, то есть коэффициент всех потребностей для стабильной работы;
• реактивную нагрузку, то есть при автозапуске должно обеспечиваться мощности на треть больше, чем в стандартном режиме.

Плюсы и минусы дизельных установок

Дизельные трехфазные генераторы отличаются следующими преимуществами:

• они дешевы в эксплуатации, в отличие от бензиновых вариантов, и неприхотливы;
• можно выбирать производственные мощности, компенсируя отсутствие напряжения даже при работе оборудования;
• к устройству могут быть подключены как трехфазные, так и однофазные приборы.

Минусом иногда называют высокую стоимость установки. Однако, учитывая экономию при обслуживании, в итоге работа на солярке может оказаться дешевле, чем на бензине.

Трехфазный или однофазный

Электрические генераторы могут быть однофазными (на 220 В) и трехфазными (на 380 В). Если трехфазных потребителей не имеется, то, конечно, стоит приобрести первый вариант. В противном случае покупают генератор трехфазного напряжения. Он может выдавать как 220 В, так и 380 В, в то время как однофазные способны только на 220 В.

В случае приобретения трехфазного генератора, на котором будут подключаться и однофазные потребители, следует учитывать следующее:

• между фазами должна быть равномерно распределена нагрузка;
• мощности не должны отличаться на фазах более двадцати пяти процентов, чтобы не возникло перекоса фаз;
• однофазный потребитель должен иметь нагрузку не более трети от мощности трехфазного агрегата, то есть если трехфазная станция имеет шесть киловатт, то к ней можно подключить прибор на два киловатта;
• не должно допускаться замыкание от двух и более фаз.

Трехфазный приобретают:

• для обеспечения энергией трехфазных потребителей;
• увеличения мощности;
• уменьшения сечения кабелей ввода.

Эти универсальные приборы, способные обеспечивать разные нагрузки, требуют ответственного ухода.

Дизельные агрегаты приобретают больше всего для таких промышленных объектов, где необходимо обеспечить стабильную работу при жесткой эксплуатации и для достижения высокой производительности. Они обладают отличной энергоэффективностью и соответствуют необходимым стандартам качества.

Рассмотрим отдельные модели трехфазных генераторов.

Бензиновый агрегат УГБ-10000ЕТ

Прибор часто приобретается при строительных работах, на производственных цехах и в фермерских хозяйствах. Он отлично подойдет в качестве источника резервного питания, если будет отключаться электричество в центральных сетях.

УГБ-10000ЕТ имеет четырехтактный двухцилиндровый мотор, оснащенный воздушным охлаждением. Такой двигатель имеет небольшой расход топлива, низкий уровень шума и вибрации, а также большой срок эксплуатации.

Длительная служба агрегата гарантируется медной обмоткой большого сечения (сама медь является высококачественным продуктом, выплавленным из руды).

Двадцать пять литров топлива здесь хватит, чтобы работал пять часов генератор. Цена такого устройства составляет от 156 до 185 тысяч рублей.

Дизельный агрегат УГД-10000ЕТ

Другой отечественный генератор на дизеле также подойдет для различных коммерческих целей.

Особенность дизеля заключается в том, что он любит постоянную нагрузку. Поэтому такой агрегат больше приобретают для постоянной работы, если центральное электричество отсутствует или работает с существенными перебоями.

Это также четырехтактный двухцилиндровый агрегат, имеющий воздушное охлаждение и прямой впрыск. Также для прибора характерна автоматическая декомпрессия, комбинированная смазка и ручной насос. Все это делает устройство исключительно надежным, которое может использоваться в самых тяжелых условиях.

Топливный бак рассчитан на тридцать литров и может обеспечить десять часов работы.

Установка весит сто семьдесят килограмм без топлива, поэтому в основном используется в стационарных условиях, хотя легко перемещаться также может этот генератор. Цена его несколько выше: от 193 до 237 тысяч рублей.

• Электрогенераторы подразделяются на: однофазные (220 В) и трёхфазные (380 В).

• При отсутствии трёхфазных потребителей рациональнее применять однофазную электростанцию для более полного использования её мощности.
• К однофазным генераторам возможно подключать только однофазные потребители.
• Трёхфазные электростанции на 380 В применяются при необходимости подключения трёхфазных потребителей.
• Трёхфазные способны выдавать напряжение как 220В так и 380В, а однофазные только одно из них.
• Трёхфазные генераторы могут снабжать резервным электричеством загородные дома с трёхфазной разводкой сети.

А что же делать если у Вас трёхфазный ввод в дом, но нет трёхфазых потребителей? Это очень важный вопрос, потому что здесь есть 2 варианта:

1. Поставить трёхфазный генератор. В таком случае, нужно будет распределять всю нагрузку в доме на каждую из трёх фаз генератора. В теории это всё достаточно просто, но на деле всё запутаннее - при таком подключении нужно учитывать один крайне важный момент - на каждой из трёх фаз должна быть равномерная нагрузка. В случае, если разница в нагрузках по фазам начинает превышать 25%, то появляется опасность возникновения перекоса фаз, который приводит к выходу генератора из строя.

К примеру, если у Вас нагрузка 3 кВт, то на каждой из фаз генератора должно висеть по 1 кВт. Допустимо небольшое отклонение по каждой из фаз, но не более 25%. Таким образом, если на 1-ой фазе будет нагрузка 1 кВт, то нагрузка 1,5 кВт для 2-ой фазы и 0,5 кВт для 3-ей фазы являются не допустимыми - слишком велик риск перекоса фаз.

2. Поставить однофазный генератор. Подключение такого генератора к 3-хфазному вводу у профессионалов не вызывает никаких сложностей, поэтому мы осуществляем такие подключения регулярно. Риск перекоса фаз в случае с установкой однофазного генератора полностью исключен.

Вывод: если у Вас 3-х фазный ввод в дом, но нет трёхфазных потребителей, лучше купить однофазный генератор, это самый оптимальный вариант. Если Вы всё же склоняетесь к трёхфазной электростанции, то стоит основательно взвесить существующие плюсы такого генератора с минусам в виде потенциального риска перекоса фаз.

В случае, если Вы выбираете 3х-фазный электрогенератор для подключения 1-фазных потребителей, важно знать:

• При подключении к трёхфазным электрогенераторам однофазных потребителей, необходимо равномерно распределить нагрузку между фазами.
• Разница мощностей на разных фазах не должна превышать 20-25%. Иначе, возникнет перекос фаз, что может повлечь за собой поломку электростанции.
• Потребляемая мощность однофазной нагрузки не должна превышать 1/3 от номинальной мощности трёхфазного генератора. Т.е., к 6-ти киловаттной трёхфазной станции можно подключать 2-х киловаттный однофазный чайник.
• Ни в коем случае не допускается замыкание двух или более фаз у трёхфазной электростанции.

Многие клиенты обращаются к нам со словами: «у меня в доме трехфазная разводка, значит, мне нужен трехфазный генератор». Это глубокое заблуждение, и причина его - в том, что почти никто не понимает сути трехфазной и однофазной систем электроснабжения. В этой статье мы простым человеческим языком объясним, в чем отличие и как выбрать нужный генератор.

Что такое «1 фаза» и «3 фазы»

Как известно, для работы тока нужно два провода: по первому ток приходит, по второму уходит. Провод под напряжением (по которому приходит ток), называется «фаза», по которому уходит - «ноль».

«1 фаза» - это ОДИН провод под напряжением .Посмотрите на обычную советскую розетку - там два контакта: «фаза» и «ноль». В современных розетках есть еще и третий контакт, заземление (или просто «земля»); он нужен только для того, чтобы при коротком замыкании электричество мирно ушло в землю, не натворив бед. Наличие или отсутствие третьего контакта, «земли», не меняет сути: в розетке на 220 В - ОДНА фаза (то есть ОДИН провод, по которому приходит ток).

Итак, однофазный ток - это три провода («фаза», «ноль», «земля») и обычная розетка на 220 В, в которую мы включаем ОДНОФАЗНЫЕ потребители, от лампочки до холодильника.

Трехфазный ток - это ТРИ провода под напряжением + «ноль» и «земля». Всего пять проводов. В загородном доме трехфазный ток (380 В) нужен только для мощных потребителей, как правило, содержащих в себе электромоторы - например, для насосов, а для обычной бытовой техники нужен обычный однофазный (220 В). К примеру, некоторые кухонные электроплиты и другие нагревательные приборы рассчитаны на 380 В, но им достаточно и 220 В: они просто будут работать не на полную мощность.

Почему разводка трехфазная, если все розетки однофазные?

Прочитав первый абзац, вы наверняка задумались: «если у меня все розетки ОДНОфазные, почему же электрик сказал, что разводка ТРЕХфазная?»

Ошибки здесь нет. Дело в том, что от электростанции к вашему дому приходит трехфазный кабель на 380 В, а по дому он «расползается» на однофазные (по 220 В). Как это происходит, почему напряжение меняется? Никакой мистики. Оказывается, в трехфазном кабеле 380 В - это напряжение только между фазами; а напряжение между одной фазой (любой) и «нулем» - как раз 220. Провода разветвляются на нужное количество и к розеткам подводится по одной «фазе» (от разных фаз) и по одному «нулю». Получаем однофазные розетки по 220 В. Итак, «трехфазная разводка» означает, что к дому подведен трехфазный кабель и (в подавляющем большинстве случаев) разведен на однофазные.

Возникает вопрос: значит, нужен трехфазный резервный генератор, чтобы при необходимости запитать от него потребителей вместо подходящих к дому трех фаз?

Нет, достаточно однофазного. Мы просто ставим несколько перемычек в нашем автоматическом блоке управления, и при запуске генератора ток с одного провода расходится на три. В остальное время дом питается от электросети как обычно. Заострим ваше внимание, что нет необходимости переделывать трехфазную разводку в доме или перебирать распределительный щит. Кажущаяся проблема несовместимости трехфазного сетевого ввода и однофазного генератора решается с помощью блока автоматики.

Независимо от типа разводки, трехфазный генератор нужен ТОЛЬКО тогда, когда в доме есть трехфазные потребители (например, мощный насос или другое оборудование на базе электромоторов). Если их нет, ставится однофазный генератор.

«Хорошо, - скажете вы, - давайте просто поставим трехфазный генератор вместо входящих проводов электросети, пусть он питает весь дом». Однако у трехфазных генераторов есть одна особенность: все три фазы должны быть загружены приблизительно равномерно (с разницей не более 25-30%). Поскольку от разных фаз будут запитаны разные розетки и лампочки, вам придется, включив чайник, в пределах нескольких микросекунд включить еще минимум два электроприбора близкой мощности, питающиеся от других фаз. Иначе генератор может выйти из строя (в лучшем случае - сгорит предохранитель или произойдет аварийная остановка). Как вы понимаете, включить одновременно несколько приборов близкой мощности невозможно физически. Конечно, существуют так называемые симметрирующие трансформаторы - они преобразуют три фазы в одну без ущерба для генератора, но с колоссальной потерей мощности, что крайне невыгодно (не говоря о высокой стоимости самого трансформатора).

Почему же не ломается трехфазный генератор на электростанции, от которого идут провода к вашему дому? Дело в том, что его мощность и загрузка настолько велики, что он попросту не «чувствует» отключение-подключение целых многоэтажек, для него это капля в море.

Итак, какой резервный генератор выбрать в вашей ситуации?

Если в доме нет трехфазных потребителей - однозначно однофазный (даже если разводка - трехфазная).

Если у вас есть, например, трехфазный насос, но вы готовы отказаться от него на то время, когда сеть отключается - тоже однофазный.

Если же без трехфазных потребителей не обойтись и генератор должен питать и обычные электроприборы (лампочку, телевизор, микроволновку), и мощные трехфазные - придется выбирать:

Или устанавливать трехфазный генератор с симметрирующим трансформатором (теряя мощность и переплачивая лишнее),

Или рассчитывать постоянно меняющуюся нагрузку таким образом, чтобы все фазы генератора были загружены равномерно (вряд ли это комфортно для жильцов),

Или сталкиваться с регулярными остановками генератора (это некомфортно для жильцов и рискованно для долгой жизни генератора).

Надеемся, эта статья помогла вам разобраться в одно- и трехфазных генераторах и разводках. Теперь осталось правильно рассчитать необходимую мощность и выбрать, какой именно генератор вам требуется: , бензиновым или газовым генератором, но делать и то, и другое лучше вместе со специалистами.

Купить дизель генератор