Трехфазная электрическая мощность

Трехфазный трансформатор с четырехпроводным выходом для сети 208Y / 120 В: один провод для нейтрали, другие для фаз A, B и C

Трехфазная электроэнергия - это распространенный метод производства , передачи и распределения электроэнергии переменного тока . ^[1] Это тип многофазной системы и наиболее распространенный метод, используемый электрическими сетями во всем мире для передачи энергии. Он также используется для питания больших двигателей и других тяжелых нагрузок.

Трехфазная схема трехпроводной, как правило , более экономичным , чем эквивалентный двухпроводной однофазной цепи в одной и той же линии заземления напряжения , поскольку он использует меньше материала проводника для передачи определенного количества электрической энергии. ^[2] Полифазные энергосистемы были независимо изобретены Галилео Феррарисом , Михаилом Доливо-Добровольским , Йонасом Венстрёмом , Джоном Хопкинсоном и Николой Тесла в конце 1880-х годов.

Линейное и фазное напряжение [ править ]

В проводники между источником напряжения и нагрузкой , называются линии, и напряжение между любыми двумя линиями, называется линейное напряжение . Напряжение, измеренное между любой линией и нейтралью, называется фазным напряжением . ^[3] Например, для сети 208/120 В напряжение сети составляет 208 Вольт, а фазное напряжение - 120 Вольт.

Принцип [ править ]

В симметричной трехфазной системе электропитания по трем проводникам проходит переменный ток той же частоты и амплитуды напряжения относительно общего эталона, но с разностью фаз между ними в одну треть цикла. Общая ссылка обычно соединяется с землей и часто с токоведущим проводом, называемым нейтралью. Из-за разности фаз напряжение на любом проводе достигает своего пика на одной трети цикла после одного из других проводников и на одной трети цикла до оставшегося проводника. Эта фазовая задержка обеспечивает постоянную передачу мощности сбалансированной линейной нагрузке. Это также позволяет создавать вращающееся магнитное поле в электродвигателе.и генерировать другие схемы размещения фаз с использованием трансформаторов (например, двухфазную систему с использованием трансформатора Скотта-Т ). Амплитуда разности напряжений между двумя фазами в (1,732 ...) раз больше амплитуды напряжения отдельных фаз.${\ displaystyle {\ sqrt {3}}}$

Симметричные трехфазные системы, описанные здесь, просто называются трехфазными системами, потому что, хотя можно спроектировать и реализовать асимметричные трехфазные системы питания (то есть с неравными напряжениями или фазовыми сдвигами), они не используются на практике. потому что им не хватает важнейших преимуществ симметричных систем.

В трехфазной системе, питающей сбалансированную и линейную нагрузку, сумма мгновенных токов трех проводников равна нулю. Другими словами, ток в каждом проводнике по величине равен сумме токов в двух других, но с противоположным знаком. Обратный путь для тока в любом фазном проводе - это два других фазовых проводника.

Преимущества [ править ]

По сравнению с однофазным источником питания переменного тока, в котором используются два проводника (фаза и нейтраль ), трехфазный источник питания без нейтрали и с одинаковым межфазным напряжением и током на фазу может передавать в три раза больше мощности, используя всего в 1,5 раза больше проводов (т.е. три вместо двух). Таким образом, отношение емкости к материалу проводника увеличивается вдвое. ^[4] Отношение емкости к материалу проводника увеличивается до 3: 1 при использовании незаземленной трехфазной и однофазной системы с заземлением от центра (или 2,25: 1, если в обоих проводах используются заземления того же калибра, что и проводники).

Постоянная передача мощности и компенсация фазных токов теоретически возможны с любым числом (более одной) фаз, поддерживая соотношение емкости к материалу проводника, которое вдвое больше, чем у однофазной мощности. Однако двухфазное питание приводит к менее плавному (пульсирующему) крутящему моменту в генераторе или двигателе (что затрудняет плавную передачу мощности), а более трех фаз излишне усложняют инфраструктуру. ^[5]

Трехфазные системы также могут иметь четвертый провод, особенно в распределительных сетях низкого напряжения. Это нейтральный провод. Нейтраль позволяет обеспечить три отдельных однофазных источника питания с постоянным напряжением и обычно используется для питания групп бытовых объектов, каждая из которых является однофазной нагрузкой. Подключения расположены таким образом, чтобы, насколько это возможно, в каждой группе от каждой фазы потреблялась одинаковая мощность. Далее в системе распределения токи обычно хорошо сбалансированы. Трансформаторы могут быть подключены таким образом, чтобы у них была четырехпроводная вторичная обмотка, но трехпроводная первичная, при этом допускаются несбалансированные нагрузки и связанные с ними нейтральные токи вторичной стороны.

Трехфазные источники питания обладают свойствами, которые делают их очень востребованными в системах распределения электроэнергии:

• Фазные токи имеют тенденцию нейтрализовать друг друга, суммируясь до нуля в случае линейной сбалансированной нагрузки. Это позволяет уменьшить размер нейтрального проводника, поскольку по нему проходит небольшой ток или нет. При сбалансированной нагрузке все фазные проводники проводят одинаковый ток и, следовательно, могут быть одинакового размера.
• Передача мощности на линейную сбалансированную нагрузку является постоянной, что помогает снизить вибрации генератора и двигателя.
• Трехфазные системы могут создавать вращающееся магнитное поле с заданным направлением и постоянной величиной, что упрощает конструкцию электродвигателей, поскольку не требуется пусковая цепь.

Большинство бытовых нагрузок однофазные. В домах в Северной Америке трехфазное питание может питать многоквартирный дом, но бытовые нагрузки подключаются только как однофазные. В районах с более низкой плотностью для распределения может использоваться только одна фаза. Некоторые мощные бытовые приборы, такие как электрические плиты и сушилки для одежды, питаются от двухфазной системы с напряжением 240 вольт или от двух фаз трехфазной системы только с напряжением 208 вольт.

Последовательность фаз [ править ]

Электропроводка для трех фаз обычно обозначается цветовым кодом, который зависит от страны. Подключение фаз в правильном порядке необходимо для обеспечения заданного направления вращения трехфазных двигателей. Например, насосы и вентиляторы могут не работать в обратном направлении. Сохранение идентичности фаз требуется, если существует возможность одновременного подключения двух источников; прямое соединение между двумя разными фазами - это короткое замыкание.

Генерация и распространение [ править ]

На электростанции , электрический генератор преобразует механическую энергию в набор из трех переменного электрического тока , по одному от каждой катушки (или обмотки) генератора. Обмотки расположены таким образом, что токи находятся на одной и той же частоте , но с пиками и впадинами их волновых форм смещения , чтобы обеспечить три дополнительных токов с фазовым разделением одной трети цикла ( 120 ° или 2π / 3 радиан ). Частота генератора обычно составляет 50 или 60 Гц , в зависимости от страны.

На электростанции трансформаторы изменяют напряжение от генераторов до уровня, подходящего для передачи , чтобы минимизировать потери.

После дальнейших преобразований напряжения в сети передачи, напряжение окончательно преобразуется до стандартного использования до подачи электроэнергии потребителям.

Большинство автомобильных генераторов генерируют трехфазный переменный ток и преобразуют его в постоянный с помощью диодного моста . ^[8]

Трансформаторные соединения [ править ]

Обмотка трансформатора, соединенная «треугольником», включается между фазами трехфазной системы. Трансформатор типа "звезда" соединяет каждую обмотку фазного провода с общей нейтралью.

Можно использовать один трехфазный трансформатор или три однофазных трансформатора.

В системе «открытый треугольник» или «V» используются только два трансформатора. Замкнутый треугольник, состоящий из трех однофазных трансформаторов, может работать как открытый треугольник, если один из трансформаторов вышел из строя или его необходимо удалить. ^[9] В разомкнутом треугольнике каждый трансформатор должен пропускать ток для своих соответствующих фаз, а также ток для третьей фазы, поэтому мощность снижается до 87%. С одним из трех трансформаторов недостающих , а остальные две эффективности на 87%, емкость составляет 58% ( ² / ₃ из 87%). ^{[10] [11]}

Если система с питанием по схеме треугольника должна быть заземлена для обнаружения паразитного тока на землю или защиты от перенапряжения, может быть подключен заземляющий трансформатор (обычно зигзагообразный трансформатор ), чтобы токи замыкания на землю возвращались с любой фазы на землю. Другой вариант - это система "треугольник с заземлением", которая представляет собой замкнутый треугольник, заземленный на одном из переходов трансформаторов. ^[12]

Трехпроводные и четырехпроводные схемы [ править ]

Есть две основные трехфазные конфигурации: звезда (Y) и треугольник (Δ). Как показано на схеме, дельта-конфигурация требует только трех проводов для передачи, а конфигурация звезда (звезда) может иметь четвертый провод. Четвертый провод, если он есть, используется как нейтраль и обычно заземляется. В трех- и четырехпроводном обозначении не учитывается заземляющий провод, расположенный над многими линиями передачи, который предназначен исключительно для защиты от неисправностей и не пропускает ток при нормальном использовании.

Четырехпроводная система с симметричным напряжением между фазой и нейтралью получается, когда нейтраль соединяется с «общей точкой звезды» всех обмоток питания. В такой системе все три фазы будут иметь одинаковую величину напряжения относительно нейтрали. Были использованы другие несимметричные системы.

Четырехпроводная система «звезда» используется, когда необходимо обслуживать смесь однофазных и трехфазных нагрузок, например, смешанные нагрузки освещения и электродвигателя. Примером применения является местное распределение в Европе (и в других местах), где каждый потребитель может получать питание только от одной фазы и нейтрали (что является общим для трех фаз). Когда группа потребителей, совместно использующих нейтраль, потребляет неравные фазные токи, общий нейтральный провод переносит токи, возникающие в результате этих дисбалансов. Инженеры-электрики пытаются спроектировать трехфазную систему питания для любого места так, чтобы мощность, потребляемая от каждой из трех фаз, была одинаковой, насколько это возможно на этом участке. ^[13]Инженеры-электрики также стараются организовать распределительную сеть таким образом, чтобы нагрузки были максимально сбалансированы, поскольку те же принципы, которые применяются к отдельным помещениям, также применимы к распределительной системе электроснабжения в широком масштабе. Следовательно, органы электроснабжения прилагают все усилия для распределения мощности, потребляемой на каждой из трех фаз, по большому количеству помещений, так что в среднем в точке питания наблюдается как можно более сбалансированная нагрузка.

Для домашнего использования некоторые страны, такие как Великобритания, могут подавать одну фазу и нейтраль с высоким током (до 100  А ) на один объект, в то время как другие, такие как Германия, могут поставлять 3 фазы и нейтраль каждому потребителю, но с предохранителем меньшей мощности. номинальный ток, обычно 40–63  А на фазу, и «вращается», чтобы избежать эффекта увеличения нагрузки на первую фазу. ^{[ необходима цитата ]}

На основе соединения звезда (Y) и треугольник (Δ). Как правило, существует четыре различных типа соединений обмоток трехфазного трансформатора для целей передачи и распределения.

• звезда (Y) - звезда (Y) используется для малого тока и высокого напряжения.
• Дельта (Δ) - Дельта (Δ) используются для больших токов и низких напряжений.
• Дельта (Δ) - звезда (Y) используется для повышающих трансформаторов, т. Е. На генерирующих станциях.
• звезда (Y) - дельта (Δ) используется для понижающих трансформаторов, т. е. в конце передачи.

В Северной Америке иногда используется питание по схеме «треугольник» с высоким плечом, когда одна обмотка трансформатора, подключенного по схеме «треугольник», питающего нагрузку, имеет центральный отвод, а этот центральный отвод заземлен и подключен как нейтраль, как показано на второй схеме. Эта установка создает три различных напряжения: если напряжение между центральным ответвлением (нейтралью) и каждым из верхнего и нижнего ответвлений (фазное и противофазное) составляет 120  В (100%), напряжение между фазной и противофазной линиями составляет 240 В (200%), а напряжение между нейтралью и «верхней ветвью» составляет ≈ 208 В (173%). ^[9]

Причина для обеспечения питания, подключенного по схеме треугольника, обычно заключается в том, чтобы приводить в действие большие двигатели, требующие вращающегося поля. Однако в рассматриваемых помещениях также потребуются «нормальные» североамериканские источники питания 120 В, два из которых выведены (180 градусов «не в фазе») между «нейтралью» и любой из центральных фазовых точек с отводом.

Сбалансированные схемы [ править ]

В идеально сбалансированном корпусе все три линии имеют одинаковые нагрузки. Изучая схемы, мы можем установить взаимосвязь между линейным напряжением и током, а также напряжением и током нагрузки для нагрузок, соединенных звездой и треугольником.

В сбалансированной системе каждая линия будет производить равные величины напряжения при фазовых углах, равномерно разнесенных друг от друга. С V _{1 в} качестве эталона и V _3, отстающим V _2, отстающим от V ₁ , используя обозначение угла , и V _LN, напряжение между линией и нейтралью, мы имеем: ^[14]

${\ displaystyle {\ begin {align} V_ {1} & = V _ {\ text {LN}} \ angle 0 ^ {\ circ}, \\ V_ {2} & = V _ {\ text {LN}} \ angle {-120} ^ {\ circ}, \\ V_ {3} & = V _ {\ text {LN}} \ angle {+120} ^ {\ circ}. \ End {align}}}$

Эти напряжения подаются на нагрузку, соединенную звездой или треугольником.

Уай (или, звезда; Y) [ править ]

Напряжение, воспринимаемое нагрузкой, будет зависеть от подключения нагрузки; для случая звезды, подключение каждой нагрузки к фазе (между фазой и нейтралью) дает: ^[14]

${\ displaystyle {\ begin {align} I_ {1} & = {\ frac {V_ {1}} {\ left | Z _ {\ text {total}} \ right |}} \ angle (- \ theta), \ \ [2pt] I_ {2} & = {\ frac {V_ {2}} {\ left | Z _ {\ text {total}} \ right |}} \ angle \ left (-120 ^ {\ circ} - \ theta \ right), \\ [2pt] I_ {3} & = {\ frac {V_ {3}} {\ left | Z _ {\ text {total}} \ right |}} \ angle \ left (120 ^ { \ circ} - \ theta \ right), \ end {align}}}$

где Z _total - это сумма полного сопротивления линии и нагрузки ( Z _total = Z _LN + Z _Y ), а θ - фаза полного сопротивления ( Z _total ).

Разность фазового угла между напряжением и током каждой фазы не обязательно равна 0 и зависит от типа импеданса нагрузки Z _y . Индуктивные и емкостные нагрузки приводят к тому, что ток либо отстает, либо опережает напряжение. Однако относительный фазовый угол между каждой парой линий (от 1 до 2, от 2 до 3 и от 3 до 1) по-прежнему будет составлять -120 °.

Применяя закон Кирхгофа (KCL) к нейтральному узлу, три фазных тока суммируются с полным током в нейтральной линии. В сбалансированном случае:

${\ displaystyle I_ {1} + I_ {2} + I_ {3} = I _ {\ text {N}} = 0.}$

Дельта (Δ) [ править ]

В схеме треугольника нагрузки подключаются поперек линий, поэтому нагрузки видят линейные напряжения: ^[14]

${\displaystyle {\begin{aligned}V_{12}&=V_{1}-V_{2}=\left(V_{\text{LN}}\angle 0^{\circ }\right)-\left(V_{\text{LN}}\angle {-120}^{\circ }\right)\\&={\sqrt {3}}V_{\text{LN}}\angle 30^{\circ }={\sqrt {3}}V_{1}\angle \left(\phi _{V_{1}}+30^{\circ }\right),\\[3pt]V_{23}&=V_{2}-V_{3}=\left(V_{\text{LN}}\angle {-120}^{\circ }\right)-\left(V_{\text{LN}}\angle 120^{\circ }\right)\\&={\sqrt {3}}V_{\text{LN}}\angle {-90}^{\circ }={\sqrt {3}}V_{2}\angle \left(\phi _{V_{2}}+30^{\circ }\right),\\[3pt]V_{31}&=V_{3}-V_{1}=\left(V_{\text{LN}}\angle 120^{\circ }\right)-\left(V_{\text{LN}}\angle 0^{\circ }\right)\\&={\sqrt {3}}V_{\text{LN}}\angle 150^{\circ }={\sqrt {3}}V_{3}\angle \left(\phi _{V_{3}}+30^{\circ }\right).\\\end{aligned}}}$

(Φ _v1 - фазовый сдвиг для первого напряжения, обычно принимаемый равным 0 °; в этом случае Φ _v2 = −120 ° и Φ _v3 = −240 ° или 120 °.)

Дальше:

${\displaystyle {\begin{aligned}I_{12}&={\frac {V_{12}}{\left|Z_{\Delta }\right|}}\angle \left(30^{\circ }-\theta \right),\\[2pt]I_{23}&={\frac {V_{23}}{\left|Z_{\Delta }\right|}}\angle \left(-90^{\circ }-\theta \right),\\[2pt]I_{31}&={\frac {V_{31}}{\left|Z_{\Delta }\right|}}\angle \left(150^{\circ }-\theta \right),\end{aligned}}}$

где θ - фаза дельта-импеданса ( Z _Δ ).

Относительные углы сохранены, поэтому I ₃₁ отстает, I ₂₃ отстает I ₁₂ на 120 °. Расчет линейных токов с использованием KCL на каждом узле треугольника дает:

${\displaystyle {\begin{aligned}I_{1}&=I_{12}-I_{31}=I_{12}-I_{12}\angle 120^{\circ }\\&={\sqrt {3}}I_{12}\angle \left(\phi _{I_{12}}-30^{\circ }\right)={\sqrt {3}}I_{12}\angle (-\theta )\end{aligned}}}$

и аналогично для каждой другой строки:

${\displaystyle {\begin{aligned}I_{2}&={\sqrt {3}}I_{23}\angle \left(\phi _{I_{23}}-30^{\circ }\right)={\sqrt {3}}I_{23}\angle \left(-120^{\circ }-\theta \right),\\[2pt]I_{3}&={\sqrt {3}}I_{31}\angle \left(\phi _{I_{31}}-30^{\circ }\right)={\sqrt {3}}I_{31}\angle \left(120^{\circ }-\theta \right),\end{aligned}}}$

где, опять же, θ - фаза импеданса дельта ( Z _Δ ).

Проверка векторной диаграммы или преобразование из векторной нотации в комплексную показывает, как разница между двумя линейными напряжениями приводит к линейному напряжению, которое больше в √ 3 раза . Поскольку в схеме "треугольник" нагрузка соединяется между фазами трансформатора, она обеспечивает разность межфазных напряжений, которая в √ 3 раза больше, чем напряжение между фазой и нейтралью, подаваемое на нагрузку в конфигурации "звезда". Поскольку передаваемая мощность равна V ² / Z, полное сопротивление в конфигурации треугольника должно быть в 3 раза больше, чем было бы в конфигурации звезды, чтобы передавалась такая же мощность.

Однофазные нагрузки [ править ]

За исключением двухполюсной системы с треугольником , однофазные нагрузки могут быть подключены к любым двум фазам, или нагрузка может быть подключена от фазы к нейтрали. ^[15] Распределение однофазной нагрузки между фазами трехфазной системы уравновешивает нагрузку и позволяет наиболее экономично использовать проводники и трансформаторы.

В симметричной трехфазной четырехпроводной системе звезда, три фазных провода имеют одинаковое напряжение относительно нейтрали системы. Напряжение между линейными проводниками в √ 3 раза больше напряжения между фазным проводом и нейтралью: ^[16]

${\displaystyle V_{\text{LL}}={\sqrt {3}}V_{\text{LN}}.}$

Все токи, возвращающиеся от потребителей к трансформатору питания, делятся на нейтральный провод. Если нагрузки равномерно распределены по всем трем фазам, сумма возвратных токов в нулевом проводе будет приблизительно равна нулю. Любая несимметричная фазовая нагрузка на вторичной обмотке трансформатора будет неэффективно использовать мощность трансформатора.

При обрыве питающей нейтрали напряжение между фазой и нейтралью больше не поддерживается. Фазы с более высокой относительной нагрузкой будут испытывать пониженное напряжение, а фазы с более низкой относительной нагрузкой будут испытывать повышенное напряжение, вплоть до межфазного напряжения.

Высокой ноги дельта обеспечивает фаза-нейтраль отношения V _LL = 2  V _LN  , однако, Л.Н. нагрузка накладывается на одну фазу. ^[9] На странице производителя трансформатора рекомендуется, чтобы нагрузка LN не превышала 5% мощности трансформатора. ^[17]

Поскольку √ 3 ≈ 1,73, определение V _LN как 100% дает V _LL ≈ 100% × 1,73 = 173% . Если V _LL был установлен на 100%, то V _LN ≈ 57,7% .

Несбалансированные нагрузки [ править ]

Когда токи в трех проводах под напряжением трехфазной системы не равны или не находятся под точным фазовым углом 120 °, потери мощности больше, чем в идеально сбалансированной системе. Метод симметричных компонент используется для анализа неуравновешенных систем.

Нелинейные нагрузки [ править ]

При линейных нагрузках нейтраль пропускает ток только из-за дисбаланса между фазами. Газоразрядные лампы и устройства, использующие входной каскад выпрямителя и конденсатора, такие как импульсные источники питания , компьютеры, офисное оборудование и т.п., создают гармоники третьего порядка , которые синфазны на всех фазах питания. Следовательно, такие гармонические токи складываются в нейтрали в системе звезды (или в заземленном (зигзагообразном) трансформаторе в системе треугольника), что может привести к тому, что ток нейтрали превысит фазный ток. ^{[15] [18]}

Трехфазные нагрузки [ править ]

Важным классом трехфазной нагрузки является электродвигатель . Трехфазный асинхронный двигатель имеет простую конструкцию, изначально высокий пусковой момент и высокий КПД. Такие двигатели находят широкое применение в промышленности. Трехфазный двигатель более компактен и дешевле, чем однофазный двигатель того же класса напряжения и номинала, а однофазные двигатели переменного тока мощностью более 10  л.с. (7,5 кВт) встречаются редко. Трехфазные двигатели также меньше вибрируют и, следовательно, служат дольше, чем однофазные двигатели той же мощности, используемые в тех же условиях. ^[19]

Нагреватели сопротивления, такие как электрические котлы или отопление помещений, могут быть подключены к трехфазным системам. Аналогичным образом может быть подключено электрическое освещение.

Мерцание линейной частоты в свете вредно для высокоскоростных камер, используемых при трансляции спортивных мероприятий для замедленного воспроизведения. Его можно уменьшить, равномерно распределив источники света с линейной частотой по трем фазам, чтобы освещенная область освещалась всеми тремя фазами. Этот метод успешно применялся на Олимпийских играх 2008 года в Пекине. ^[20]

Выпрямители могут использовать трехфазный источник для создания шестиимпульсного выхода постоянного тока. ^[21] Выход таких выпрямителей намного более плавный, чем выпрямленный однофазный, и, в отличие от однофазного, не падает до нуля между импульсами. Такие выпрямители могут использоваться для зарядки аккумуляторов, процессов электролиза, таких как производство алюминия, или для работы двигателей постоянного тока. «Зигзагообразные» трансформаторы могут производить эквивалент шестифазного двухполупериодного выпрямления, двенадцать импульсов за цикл, и этот метод иногда используется для снижения стоимости фильтрующих компонентов при одновременном улучшении качества получаемого постоянного тока.

Одним из примеров трехфазной нагрузки является электродуговая печь, используемая в сталеплавильном производстве и при переработке руд.

Во многих странах Европы электроплиты обычно рассчитаны на трехфазное питание. Индивидуальные нагревательные элементы часто подключаются между фазой и нейтралью, чтобы обеспечить возможность подключения к однофазной цепи, если трехфазная сеть недоступна. ^[22] Другими обычными трехфазными нагрузками в быту являются безбаквальные системы водяного отопления и накопительные нагреватели . Дома в Европе и Великобритании стандартизированы на номинальное напряжение 230 В между любой фазой и землей. (Существующие источники питания по-прежнему составляют около 240 В в Великобритании и 220 В на большей части континента.) Большинство групп домов питаются от трехфазного уличного трансформатора, так что отдельные помещения с потреблением выше среднего могут питаться от второго или подключение третьей фазы.

Фазовые преобразователи [ править ]

Фазовые преобразователи используются, когда трехфазное оборудование необходимо эксплуатировать от однофазного источника питания. Они используются, когда трехфазное питание недоступно или стоимость неоправданна. Такие преобразователи также могут позволять изменять частоту, позволяя регулировать скорость. Некоторые железнодорожные локомотивы используют однофазный источник для привода трехфазных двигателей, питаемых от электронного привода. ^[23]

Роторный фазовый преобразователь представляет собой трехфазный двигатель со специальными исходными механизмами и коэффициент мощности коррекцией , которая дает сбалансированные трехфазные напряжения. При правильной конструкции эти вращающиеся преобразователи могут обеспечить удовлетворительную работу трехфазного двигателя от однофазного источника. В таком устройстве накопление энергии осуществляется за счет инерции (эффект маховика) вращающихся компонентов. Внешний маховик иногда находится на одном или обоих концах вала.

Трехфазный генератор может приводиться в движение однофазным двигателем. Эта комбинация двигатель-генератор может обеспечивать функцию преобразователя частоты, а также преобразование фазы, но требует двух машин со всеми их затратами и потерями. Метод двигатель-генератор также может формировать источник бесперебойного питания при использовании в сочетании с большим маховиком и двигателем постоянного тока с батарейным питанием; такая комбинация будет обеспечивать почти постоянную мощность по сравнению с временным падением частоты, которое испытывает резервная генераторная установка, пока не сработает резервный генератор.

Конденсаторы и автотрансформаторы могут использоваться для аппроксимации трехфазной системы в статическом преобразователе фазы, но напряжение и фазовый угол дополнительной фазы могут быть полезны только для определенных нагрузок.

Частотно-регулируемые приводы и цифровые преобразователи фазы используют силовые электронные устройства для синтеза сбалансированного трехфазного источника питания из однофазной входной мощности.

Тестирование [ править ]

Проверка чередования фаз в цепи имеет большое практическое значение. Два источника трехфазного питания нельзя подключать параллельно, если они не имеют одинаковой последовательности фаз, например, при подключении генератора к распределительной сети под напряжением или при параллельном подключении двух трансформаторов. В противном случае соединение будет вести себя как короткое замыкание, и будет течь избыточный ток. Направление вращения трехфазных двигателей можно изменить, поменяв местами любые две фазы; Может оказаться непрактичным или вредным испытание машины путем кратковременного включения двигателя для наблюдения за его вращением. Последовательность фаз двух источников можно проверить, измерив напряжение между парами клемм и наблюдая, что клеммы с очень низким напряжением между ними будут иметь одну и ту же фазу,тогда как пары, которые показывают более высокое напряжение, находятся на разных фазах.

Если абсолютная идентичность фаз не требуется, можно использовать приборы для проверки чередования фаз, чтобы идентифицировать последовательность чередования за одно наблюдение. Прибор для проверки чередования фаз может содержать миниатюрный трехфазный двигатель, направление вращения которого можно наблюдать непосредственно через корпус прибора. В другом шаблоне используется пара ламп и внутренняя фазосдвигающая схема для отображения чередования фаз. Другой тип инструмента может быть подключен к обесточенному трехфазному двигателю и может обнаруживать небольшие напряжения, вызванные остаточным магнетизмом, когда вал двигателя вращается вручную. Лампа или другой индикатор загорается, чтобы показать последовательность напряжений на клеммах для данного направления вращения вала. ^[24]

Альтернативы трехфазному [ править ]

Двухфазная электроэнергия

Используется, когда трехфазное питание недоступно, и позволяет удвоить нормальное рабочее напряжение для мощных нагрузок.

Двухфазная электроэнергия

Использует два напряжения переменного тока с фазовым сдвигом на 90 градусов между ними. Двухфазные цепи могут быть соединены двумя парами проводов, или два провода могут быть объединены, что требует только трех проводов для цепи. Токи в общем проводе в 1,4 раза превышают ток в отдельных фазах, поэтому общий провод должен быть больше. Двухфазные и трехфазные системы могут быть соединены трансформатором Скотт-Т , изобретенным Чарльзом Ф. Скоттом . ^[25] Очень ранние машины переменного тока, особенно первые генераторы на Ниагарском водопаде , использовали двухфазную систему, и некоторые оставшиеся двухфазные системы распределения все еще существуют, но трехфазные системы вытеснили двухфазную систему для современных установок.

Моноциклическая мощность

Асимметричная модифицированная двухфазная система питания, используемая General Electric около 1897 года, отстаиваемая Чарльзом Протеем Штайнметцем и Элиху Томсоном.. Эта система была разработана, чтобы избежать нарушения патентных прав. В этой системе генератор был намотан с однофазной обмоткой полного напряжения, предназначенной для освещения нагрузок, и с небольшой частью (обычно 1/4 линейного напряжения) обмоткой, которая вырабатывала напряжение в квадратуре с основными обмотками. Намерение состояло в том, чтобы использовать эту дополнительную обмотку «силового провода» для обеспечения пускового момента для асинхронных двигателей, при этом основная обмотка обеспечивает питание осветительных нагрузок. После истечения срока действия патентов Westinghouse на симметричные двухфазные и трехфазные системы распределения электроэнергии моноциклическая система вышла из употребления; его было сложно анализировать, и его хватило не на то, чтобы разработать удовлетворительный учет энергии.

Системы высокого фазового порядка

Были построены и испытаны для передачи энергии. Такие линии передачи обычно используют шесть или двенадцать фаз. Линии передачи высокого фазного порядка позволяют передавать чуть меньшую, чем пропорционально большую мощность через заданный объем без затрат на преобразователь постоянного тока высокого напряжения (HVDC) на каждом конце линии. Однако, соответственно, для них требуется больше единиц оборудования.

Цветовые коды [ править ]

Проводники трехфазной системы обычно обозначаются цветовым кодом, чтобы обеспечить сбалансированную нагрузку и обеспечить правильное чередование фаз для двигателей . Используемые цвета могут соответствовать международному стандарту IEC 60446 (позже IEC 60445 ), более старым стандартам или вообще не соответствовать стандарту и могут отличаться даже в пределах одной установки. Например, в США и Канаде для заземленных (заземленных) и незаземленных систем используются разные цветовые коды.

См. Также [ править ]

Заметки [ править ]

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

• История и временная шкала питания переменного тока