Як працює трьохфазний генератор: конструкція та принцип роботи

За фазністю генератори поділяються на трифазні та однофазні. Зазвичай, побутова техніка, яка є в кожного у нас вдома, потребує напруги 220 Вольт, тобто підключення до однофазної мережі. В такому випадку для резервного живлення купують звичайний однофазний генератор.

Проте, часто виникають ситуації, коли для електричного обладнання потрібне трифазне живлення – 380 Вольт. Під напругою 380В працюють потужні професійні інструменти (перфоратори, дрилі, компресори). А якщо господар займається виготовленням меблів чи столярною справою, то в його майстерні встановлене обладнання, яке працює лише від 380 Вольт – станки, пили, шліфувальні машини і т.д. Тобто, стаціонарна електрична мережа в такому будинку трифазна. Аналогічно потрібно вибирати і генератор – на три фази.

Трифазні електростанції сильні і потужні. Можуть працювати на дизельному паливі або на бензині. Як дизельні генератори на 3 фази, так і бензинові генератори такого типу мають перевагу перед однофазними. Однофазний може живити лише однофазні електроприлади, а трифазний агрегат дає живлення і трифазній техніці, і однофазній.

Ще одна особливість трифазних станцій в тому, що малої потужності серед них немає. Найнижчий показник – 5-6 кВт. Саме тому вони частіше використовуються на промислових об’єктах, на підприємствах, в майстернях, у виробничих цехах, де потрібні високі показники потужності. Найбільш вживаним є генератор 3 фазний 15 кВт. Як працює трифазний пристрій, і в чому полягає принцип роботи такого генератора, ми розкажемо в даній статті.

Як сконструйований і як працює трифазний генератор

Як і однофазний, так і 3-фазний генератор виконує перетворення механічної енергії двигуна внутрішнього згоряння (бензинового або дизельного) в електричну енергію. В основі роботи кожного синхронного генератора лежить відоме фізичне явище електромагнітної індукції.

Для перетворення одного виду енергії в інший, генератор змінного струму обладнаний статором (нерухомий елемент) і ротором (рухома частина). Завдяки обертанню ротора, в обмотці виникає обертове магнітне поле.

В однофазному генераторі котушка з обмотками одна, а у трифазному їх три штуки. Самі обмотки збудження тут розміщені безпосередньо на статорі, а не на валу (роторі). З’єднання обмоток, як у генератора змінного струму, так і у генератора постійного струму, буває двох типів:

1. Трикутник (використовується рідко, оскільки вимагає великої кількості витків обмотки, що піднімає ціну станції і збільшує її габарити).
2. Зірка – найпопулярніше з’єднання, яке може давати два види вихідної напруги:

• лінійну ( між двома лінійними кабелями);
• фазову (між лінійним кабелем та «нульовою» точкою сходження). Нульовий провід тут відіграє роль стабілізатора напруги, частково вирівнює її на виході.

Всі три котушки з обмотками розташовані на однаковій відстані і продумано зміщені при розташуванні. Зміщення становить 1/3 періоду обертання ротора. Коли якір (ротор) обертається, він пересікається з магнітним потоком, що йде від витків обмотки. Так виробляється електрорушійна сила у 3-фазій електростанції. Вона залежить від швидкості обертання ротора і зміщується при кожному його повному оберті на 120 градусів. Амплітуда її частоти на всіх лініях однакова, оскільки відстань між обмотками на статорі така ж.

Фактично, це три самостійних однофазних генератори, у кожного з яких однакова частота і число обертів. Саме тому до них можна підключати, як трифазних споживачів струму, так і однофазних.

Особливості експлуатації 3-фазного генератора

На панелі є розетки на 380 Вольт і 220 Вольт. Коли до генератора на три фази підключаємо електричне обладнання 380 Вольт, то зняття потужності йде без будь-яких проблем. Генератор на 15 кіловат так і дає 15 кВт до споживачів електричного струму.

Що ж відбувається при підключенні однофазних приладів до трифазного генератора? Підключити їх можна аж по трьох однофазних лініях. Це добре. Але є і проблеми:

• Спрацьовує принцип розподілу потужності на три ланцюги. Тобто, ті самі 15 кіловат потужності при підключенні приладів на 220 Вольт будуть розділені на три лінії по 5 кіловат. А це значить, що потужність падає рівно в 3 рази для кожної однофазної лінії. Це потрібно врахувати при виборі показника потужності.
• Не зважаючи на те, що до однофазного споживача поступає лише третина потужності, мотор продовжує працювати, наче при повному навантаженні. І «їсти» паливо, як на всю потужність. Тобто, дає 5 кіловат, а бензину бере на всі 15. Не дуже приємна звістка.
• І третє – найпроблематичніше. Виникає явище, яке називають «перекосом фаз». Воно полягає в тому, що по трьох однофазних лініях не може бути різниця в потужності більше, ніж на 25%. А це значить, що підключення приладів на 1 фазу до трьохфазної станції необхідно проводити одночасно по всіх трьох ланцюгах. Та ще й прораховувати дуже уважно їх потужність. Коротко: якщо ген маає 6 кВт, то він дасть по 2 кВт на кожну однофазну лінію. Якщо на одну з них ввімкнути насос на 2 кВт, то на другу необхідно підключити прилад не менше, ніж на 1,5 кВт, а на третю – 1 кВт.

Отака арифметика, вельми незручна і трохи заплутана. Одним словом, якщо у вас лише однофазна техніка в будинку, то трифазний резерв аж ніяк не потрібен. А от для підключення 3-фазного обладнання він надзвичайно зручний і продуктивний.

Що таке універсальний генератор

Останнім часом популярності набирають так звані універсальні трифазні генератори. В них вмонтований перемикач фаз Voltage Transfer Switch. Це такий собі свіч-комутатор. Він перемикає витки котушок таким чином, що розподілу потужності на три частини по однофазних лініях не відбувається. Витки з’єднані зигзагоподібно, тому електрорушійна сила в одній обмотці не залежить від таких же сил в двох інших обмотках.

Як працює генератор такого типу з однофазними споживачами? Так само як і з трифазними – на повну потужність генератора, без неприємних явищ розподілу потужності на три ланцюги та без перекосу фаз. Потрібно лише переключити тумблер з позначки 380 Вольт на позначку 220 Вольт. А з силової розетки 32 Ампера можна зняти повну потужність (наприклад, 6 кіловат), як для трифазного станка, так і для однофазного.

Такий генератор дещо дорожчий, ніж звичайний. Але з ним автоматично зникають всі проблеми при підключенні різних по фазності електричних приладів. За це варто і заплатити трохи дорожче.