3 х фазный ток: Трёхфазный ток, преимущества трёхфазного тока при использовании

Трёхфазный ток, преимущества трёхфазного тока при использовании

Преимущества трёхфазного тока очевидны только специалистам электрикам. Что такое трехфазный ток для обывателя представляется весьма смутно. Давайте развеем неопределенность.

Трехфазный переменный ток

Большинство людей, за исключением специалистов – электриков, имеют весьма смутное представление, что такое так называемый «трёхфазный» переменный ток, да и в понятиях, что такое сила тока, напряжение и электрический потенциал, а также мощность, – часто путаются.

Попытаемся простым языком дать начальные понятия об этом. Для этого обратимся к аналогиям. Начнём с простейшей – протекания постоянного тока в проводниках. Его можно сравнить с водным потоком в природе. Вода, как известно, всегда течёт от более высокой точки поверхности к более низкой. Всегда выбирает самый экономичный (наикратчайший) путь. Аналогия с протеканием тока – полнейшая. Причём количество воды протекающей в единицу времени через какое-то сечение потока будет аналогично силе тока в электрической цепи.

Высота любой точки русла реки относительно нулевой точки – уровня моря – будет соответствовать электрическому потенциалу любой точки цепи. А разница в высоте любых двух точек реки будет соответствовать напряжению между двумя точками цепи.

Используя эту аналогию можно легко представить в уме законы протекания постоянного электрического тока в цепи. Чем выше напряжение – перепад высот, тем больше скорость потока, и, следовательно, количество воды протекающей по реке в единицу времени.

Водный поток, точно так же как электрический ток при своём движении испытывает сопротивление русла – по каменистому руслу вода будет протекать бурно, меняя направление, немного нагреваясь от этого (бурные потоки даже в сильные морозы не замерзают вследствие нагрева от сопротивления русла). В гладком канале или трубе вода потечёт быстро и в итоге в единицу времени канал пропустит гораздо больше воды, чем извилистое и каменистое русло. Сопротивление потоку воды полностью аналогично электрическому сопротивлению в цепи.

Теперь представим закрытую бутылку, в которой налито немного воды. Если мы начнём эту бутылку вращать вокруг поперечной оси, то вода в ней будет перетекать попеременно от горлышка к донышку и наоборот. Это представление – аналогия переменному току. Казалось бы, одна и та же вода перетекает туда-сюда и что? Тем не менее, этот переменный поток воды способен совершать работу.

Откуда вообще появилось понятие переменный ток? к содержанию

Да с тех самых пор, когда человечество, узнав, что перемещение магнита вблизи проводника вызывает электрический ток в проводнике. Именно движение магнита вызывает ток, если магнит положить рядом с проводом и не двигать – никакого тока в проводнике это не вызовет. Далее, мы хотим получить (генерировать) в проводнике ток, чтобы использовать его в дальнейшем для каких-либо целей. Для этого изготовим катушку из медного провода и начнём возле неё двигать магнит. Магнит можно передвигать возле катушки как угодно – двигать по прямой туда-сюда, но, чтобы не двигать магнит руками, создать такой механизм технически сложнее, чем просто начать его вращать около катушки, аналогично вращению бутылки с водой из предыдущего примера.

Вот именно таким образом – по техническим причинам – мы и получили синусоидальный переменный ток, используемый ныне повсеместно. Синусоида – это развёрнутое во времени описание вращения.

В дальнейшем оказалось, что законы протекания переменного тока в цепи отличаются от протекания постоянного тока. Например, для протекания постоянного тока сопротивление катушки равно просто омическому сопротивлению проводов. А для переменного тока – сопротивление катушки из проводов значительно увеличивается из-за появления, так называемого индуктивного сопротивления. Постоянный ток через заряженный конденсатор не проходит, для него конденсатор – разрыв цепи. А переменный ток способен свободно протекать через конденсатор с некоторым сопротивлением. Далее выяснилось, что переменный ток может быть преобразован с помощью трансформаторов в переменный ток с другими напряжением или силой тока. Постоянный ток такой трансформации не поддаётся и, если мы включим любой трансформатор в сеть постоянного тока (что делать категорически нельзя), то он неизбежно сгорит, так как постоянному току будет сопротивляться только омическое сопротивление провода, которое делается как можно меньше, и через первичную обмотку потечёт большой ток в режиме короткого замыкания.

Заметим также, что электродвигатели могут быть созданы для работы и от постоянного тока, и от переменного тока. Но разница между ними такая – электродвигатели постоянного тока сложнее в изготовлении, но зато позволяют плавно изменять скорость вращения обычным регулирующим силу тока реостатом. А электродвигатели переменного тока гораздо проще и дешевле в изготовлении, но вращаются только с одной, обусловленной конструкцией скоростью. Поэтому в практике широко применяются и те, и другие. В зависимости от назначения. Для целей управления и регулирования применяются двигатели постоянного тока, а в качестве силовых установок – двигатели переменного тока.

Далее конструкторская мысль изобретателя генератора двигалась примерно в таком направлении – если удобнее всего для генерации тока использовать вращение магнита рядом с катушкой, то почему бы вместо одной катушки генератора не расположить вокруг вращающегося магнита несколько катушек (места-то вокруг вон сколько)?

Получится сразу же, как бы несколько генераторов, работающих от одного вращающегося магнита.

Причём переменный ток в катушках будет отличаться по фазе – максимум тока в последующих катушках будет несколько запаздывать относительно предыдущих. То есть синусоиды тока, если их графически изобразить, будут, как бы между собой, сдвинуты. Это важное свойство – сдвиг фаз, о котором мы расскажем ниже.

Примерно так рассуждая, американский изобретатель Никола Тесла и изобрёл сначала переменный ток, а затем и трёхфазную систему генерации тока с шестью проводами. Он расположил три катушки вокруг магнита на равном расстоянии под углами 120 градусов, если за центр углов принять ось вращения магнита.

(Число катушек (фаз) вообще-то может быть любым, но для получения всех тех преимуществ, что даёт многофазная система генерации тока, минимально достаточно трёх).

Далее русский учёный электротехник Михаил Осипович Доливо-Добровольский развил изобретение Н. Тесла, впервые предложив трёх – и четырёхпроводную систему передачи трёхфазного переменного тока. Он предложил соединить один конец всех трёх обмоток генератора в одну точку и передавать электроэнергию всего по четырём проводам.

(Экономия на дорогих цветных металлах существенная). Оказалось, что при симметричной нагрузке каждой фазы (равным сопротивлением) ток в этом общем проводе равняется нулю. Потому что при суммировании (алгебраическом, с учётом знаков) сдвинутых по фазе на 120 градусов токов они взаимно уничтожаются. Этот общий провод так и назвали – нулевой. Поскольку ток в нём возникает только при неравномерности нагрузок фаз и численно он небольшой, гораздо меньше фазных токов, то представилась возможность использовать в качестве «нулевого» провод меньшего сечения, чем для фазных проводов.

По этой же самой причине (сдвиг фаз на 120 градусов) трехфазные трансформаторы получились значительно менее материалоёмкими, так как в магнитопроводе трансформатора происходит взаимопоглощение магнитных потоков и его можно делать с меньшим сечением.

Сегодня трёхфазная система электроснабжения осуществляется четырьмя проводами, три из них называются фазными и обозначаются латинскими буквами: на генераторе – А, В и С, у потребителя – L1, L2 и L3. Нулевой провод так и обозначается – 0. 

Напряжение между нулевым проводом и любым из фазных проводов называется – фазным и составляет в сетях потребителей – 220 вольт.

Между фазными проводами тоже существует напряжение, причём значительно выше, чем фазное напряжение. Это напряжение называется линейным и составляет в цепях потребителей 380 вольт. Почему же оно больше фазного? Да всё это из-за сдвига фаз на 120 градусов. Поэтому, если на одном проводе, к примеру, в данный момент времени потенциал равен плюс 200 вольт, то на другом фазном проводе в этот же момент времени потенциал будет минус 180 вольт. Напряжение – это разность потенциалов, то есть оно будет + 200 – (-180)=+380 В.

Возникает вопрос, если по нулевому проводу ток не протекает, то нельзя ли его вообще убрать. Можно. И мы получим трёхпроводную систему электроснабжения. С соединением потребителей так называемым «треугольником» – между фазными проводами. Однако нужно заметить, что при неравномерной нагрузке в сторонах «треугольника» на генератор будут действовать разрушающие его нагрузки, поэтому данную систему можно применять при огромном количестве потребителей, когда неравномерности нагрузок нивелируются. Передача электроэнергии от больших электростанций при высоких фазных и линейных напряжениях (сотни тысяч вольт) так и осуществляются. Почему же применяется такое высокое напряжение. Ответ простой – чтобы уменьшить потери в проводах на нагрев. Так как нагрев проводов (потери энергии) пропорционален квадрату протекающего тока, то желательно чтобы протекающий ток был минимален. Ну а для передачи необходимой мощности при минимальном токе нужно повышать напряжение. Линии электропередач (ЛЭП) так и обозначаются, к примеру, ЛЭП – 500 – это линия электропередачи под напряжением 500 киловольт.

Кстати потери в проводах ЛЭП можно ещё более снизить, применяя передачу постоянного тока высокого напряжения (перестаёт действовать емкостная составляющая потерь, действующая между проводами), проводились даже такие эксперименты, но широкого распространения пока такая система не получила, видимо вследствие большей экономии в проводах при трёхфазной системе генерации.

Выводы: преимущества трёхфазной системы к содержанию

В заключение статьи подведём итоги, – какие же преимущества даёт трёхфазная система генерации и электроснабжения?

1. Экономия на количестве проводов, необходимых для передачи электроэнергии. Учитывая немалые расстояния (сотни и тысячи километров) и то, что для проводов используют цветные металлы с малым удельным электрическим сопротивлением, экономия получается весьма существенной.
2. Трёхфазные трансформаторы, при равной мощности с однофазными, имеют значительно меньшие размеры магнитопровода. Что позволяет получить существенную экономию.
3. Очень важно, что трёхфазная система передачи электроэнергии создаёт при подключении потребителя к трём фазам как бы вращающееся электромагнитное поле. Опять-таки, вследствие сдвига фаз. Это свойство позволило создать чрезвычайно простые и надёжные трёхфазные электродвигатели, у которых нет коллектора, а ротор, по сути, представляет собой простую «болванку» в подшипниках, к которой не нужно подсоединять никакие провода. (На самом деле конструкция короткозамкнутого ротора имеет свои особенности и вовсе не болванка) Это так называемые трёхфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Очень широко распространённые сегодня в качестве силовых установок. Замечательное свойство таких двигателей – это возможность менять направление вращения ротора на обратное простым переключением двух любых фазных проводов.
4. Возможность получения в трёхфазных сетях двух рабочих напряжений. Другими словами менять мощность электродвигателя или нагревательной установки путём простого переключения питающих проводов.
5. Возможность значительного уменьшения мерцаний и стробоскопического эффекта светильников на люминисцентных лампах путём размещения в светильнике трёх ламп, питающихся от разных фаз.

Благодаря этим преимуществам трёхфазные системы электроснабжения получили широчайшее распространение в мире.

Трёхфазный переменный ток

Трёхфазный переменный ток

Подробности

Категория: Электротехника

Трехфазная система переменного тока

Электростанции вырабатывают трехфазный переменный ток. Генератор трехфазного тока представляет собой как бы три объединенных вместе генератора переменного тока, работающих так, чтобы сила тока (и напряжение) изменялась у них не одновременно, а с отставанием на 1/3 периода. Это осуществляется за счет смещения катушек генераторов на 120° одна относительно другой (рис. справа).

Каждая часть обмотки генератора называется фазой. Поэтому генераторы, которые имеют обмотку, состоящую из трех частей, называют трехфазными.

Следует отметить, что термин «фаза» в электротехнике имеет два значения: 1) как величина, которая совместно с амплитудой определяет состояние колебательного процесса в данный момент времени; 2) в смысле наименования части электрической цепи переменного тока (например, часть обмотки электрической машины).

Некоторое наглядное представление о возникновении трехфазного тока дает установка, изображенная на рис. слева.
Три катушки от школьного разборного трансформатора с сердечниками размещаются по окружности под углом 120° по отношению друг к другу. Каждая катушка соединена с демонстрационным гальванометром. В центре окружности на оси укрепляется прямой магнит. Если вращать магнит, то в каждой из трех цепей «катушка — гальванометр» возникает переменный ток. При медленном вращении магнита можно заметить, что наибольшее и наименьшее значения токов и их направления будут в каждый момент во всех трех цепях различными.

Таким образом, трехфазный ток представляет совместное действие трех переменных токов одинаковой частоты, но сдвинутых по фазе на 1/3 периода относительно друг друга.
Каждая обмотка генератора может соединяться со своим потребителем, образуя несвязанную трехфазную систему. Выигрыша от такого соединения нет никакого по отношению к трем отдельным генераторам переменного тока, так как передача электрической энергии осуществляется с помощью шести проводов (рис. справа).

На практике получили два других способа соединения обмоток трехфазного генератора. Первый способ соединения получил название звезды (рис. слева, а), а второй — треугольника (рис. б).

При соединении звездой концы (или начала) всех трех фаз соединяются в один общий узел, а от начал (или концов) идут провода к потребителям. Эти провода называются линейными проводами. Общую точку, в которой соединяются концы фаз генератора (или потребителя), называют нулевой точкой, или нейтралью. Провод, соединяющий нулевые точки генератора и потребителя, называют нулевым проводом. Нулевой провод применяется в том случае, если в сети создается неравномерная нагрузка на фазы. Он позволяет уравнять напряжения в фазах потребителя.

Нулевой провод, как правило, применяется в осветительных сетях. Даже при наличии одинакового количества ламп равной мощности во всех трех фазах равномерная нагрузка не сохраняется, так как лампы могут включаться, выключаться не одновременно во всех фазах, могут перегорать, и тогда равномерность нагрузки фаз будет нарушена. Поэтому для осветительной сети применяется соединение в звезду, которая имеет четыре провода (рис. справа) вместо шести при несвязанной трехфазной системе. 

При соединении в звезду различают два вида напряжения: фазное и линейное. Напряжение между каждым линейным и нулевым проводом равно напряжению между зажимами соответствующей фазы генератора и называется фазным (U_ф), а напряжение между двумя линейными проводами — линейным напряжением (U_л).

Между фазными и линейными напряжениями можно установить соотношение:

U_л = √3 ^. U_ф ≈ 1,73 ^. U_ф ,

если рассмотреть треугольник напряжения (рис. Сф-л/2 + 2-со5б0° = л/3 -Ц,

На практике широкое распространение получили трехфазные цепи с нейтральными проводами при напряжениях U_Л = 380 В; U_Ф  = 220 В.

Поскольку в нулевом проводе при симметричной нагрузке сила тока равна нулю, то ток в линейном проводе равен току в фазе.
При неравномерной нагрузке фаз по нулевому проводу проходит уравнительный ток относительно малой величины. Поэтому сечение этого провода должно быть значительно меньше, чем у линейного провода. В этом можно убедиться, если включить четыре амперметра в линейные и нулевой провода. В качестве нагрузки удобно использовать обычные электрические лампочки (рис. справа).

При одинаковой нагрузке в фазах ток в нулевом проводе равен нулю и надобность в этом проводе отпадает (например, равномерную нагрузку создают электродвигатели). В этом случае производят соединение в «треугольник», которое представляет собой последовательное соединение друг с другом начал и концов катушек генератора. Нулевой провод в этом случае отсутствует.
При соединении обмоток генератора и потребителей «треугольником» фазные и линейные напряжения равны между собой,
т.е. U_Л = U_Ф, а линейный ток в √3 раз больше фазного тока  I_Л = √3^.I_Ф

Соединение треугольником применяется как при осветительной, так и при силовой нагрузке. Например, в школьной мастерской станки можно включать в звезду или треугольник. Выбор того или иного способа соединения определяется величиной напряжения сети и номинальным напряжением приемников электрической энергии.
Принципиально можно соединять треугольником и фазы генератора, но обычно этого не делают. Дело в том, что для создания заданного линейного напряжения каждая фаза генератора при соединении треугольником должна быть рассчитана на напряжение, в раз большее, чем в случае соединения звездой. Более высокое напряжение в фазе генератора требует увеличения числа витков и усиленной изоляции для обмоточного провода, что увеличивает размеры и стоимость машин. Поэтому фазы трехфазных генераторов почти всегда соединяют звездой. Двигатели же иногда в момент пуска включают звездой, а затем переключают на треугольник.

Трёхфазное напряжение: концепция, преимущества, особенности

Трёхфазное напряжение – это система электрического питания, где используются три фазные линии, со сдвигом по фазе 120 градусов. Это обеспечивает равномерные условия для многих приложений, повышается эффективность.

Возникновение концепции трёхфазного напряжения

Отцом трёхфазного напряжения считают Доливо-Добровольского в России и Николу Теслу – в остальном мире. События, относящиеся к эпохе возникновения предмета спора, происходили в 80-е годы XIX века. Никола Тесла продемонстрировал первый двухфазный двигатель, работая на компанию, где налаживал электрические установки разнообразного назначения. Заинтересованность явлением электризации шерсти домашнего кота привела учёного к великим открытиям. Прогуливаясь в парке с приятелем, Никола Тесла осознал, что сумеет реализовать на практике теорию Араго о вращающемся магнитном поле, причём понадобятся:

1. Две фазы.
2. Сдвиг между ними на угол 90 градусов.

Чтобы показать великое значение открытия, заметим, что трансформатор Яблочкова в указанное время не обрел массовой известности, а опыты Фарадея по магнитной индукции благополучно забыли, записав лишь формулу закона. Мир не хотел знать про:

• переменный ток;
• фазу;
• реактивная мощность.

Генераторы (альтернаторы) и динамо спрямляли напряжение при помощи механического коммутатора. Подобным образом прозябала вся скудная на тот момент отрасль электричества. Эдисон лишь начинал изобретать, никто пока толком не знал про лампочку накала. Кстати, в РФ считают, что устройство изобрёл Лодыгин.

Идея Теслы выглядела революционной, неизвестным оставалось, как получить две фазы с заданным межфазным сдвигом. Молодого учёного мало интересовал вопрос. Он читал про обратимость электрических машин и излучал уверенность, что легко построит генератор, соответствующим образом расположив обмотки. По приводу затруднений не возникало. На начало 80-х годов активно использовался пар, демонстрационную модель предполагалось питать от динамо.

Изображение 3 фаз

Тесла не задавался необходимостью получить определённую частоту. Исследования не проводились, требовалось просто заставить ротор вращаться. Идея реализовалась через токосъёмные кольца. На тот момент коллекторные двигатели постоянного тока снабжались подобными контактами, вывод Теслы неудивителен. Интереснее объяснить выбор количества фаз.

Преимущество трёх фаз

экспериментаторы в голос утверждают о преимуществе трёх фаз перед двумя, но требуется объяснение. Сразу лезут в голову мысли про КПД, вращающий момент и прочее. Но Тесла рисовал в блокнотике сотни конструкций, очевидно, сумел бы расставить полюса, чтобы добиться нужных параметров. Вывод – дело не в конструкции приборов.

Сейчас напряжение 380 В передаётся лишь по трём проводам. Этого нельзя было добиться в первоначальном варианте Николы Теслы. В 1883 году Эдисон массу сил потратил на попытки использовать трёхжильный провод. Очевидно, слышал о демонстрации, устроенной Николой Теслой, и понял опасность ситуации. В цивилизованном мире основную прибыль получает владелец патента, зачем известному изобретателю вытаскивать на свет способного инженера?

Логика Эдисона проста: пользователи увидят, что трёхжильные кабели более дешёвые, нежели четырёхжильные, и откажутся от использования новинок Николы Теслы. Несложно догадаться, что хитроумный план изобретателя цоколя для лампочек накала провалился. И с треском. А виной стал… Доливо-Добровольский. Система Николы Теслы для создания двух фаз требовала наличия четырёх проводов. Одновременно Доливо-Добровольский предлагал передать больше энергии посредством трёх.

Дело здесь в симметрии. Линейные напряжения 380 В в каждый момент оставляют альтернативу для выбора. К примеру, ток с первой фазы способен утечь на вторую или третью. В зависимости от присутствия подходящего потенциала. В результате получается баланс. Если объединить две фазы системы Николы Тесла, получится винегрет. Как следствие, нейтраль в системе Доливо-Добровольского допустимо убрать, если нагрузка симметричная – как часто происходит на практике.

В результате между проводами получается больший вольтаж, что снижает по каждому проходящий ток при прежней мощности. Причём удаётся порой использовать лишь три линии, сказанное касается большинства предприятий. Очевидны выгоды и при создании местных подстанций: нейтраль вторичной обмотки заземляется тут же, не нужно тянуть лишний провод от гидроэлектростанции. Указанные причины стали преимуществами сетей трёхфазного напряжения, сегодня доминирующие. Провода Теслы легко модернизируются на три фазы.

Причина проигрыша Эдисона

Часто встречается мнение, что система Теслы оказалась лучше, поэтому Эдисон проиграл. Сложно сказать, сколько долларов потерял последний, но Николу обвёл по современным меркам на 4,5 млн. долларов. Инфляция! Авторы склонны считать, что Эдисон получил своё. Никола Тесла умел доказать преимущества постоянного тока. К примеру, последний меньше склонен коронировать на проводах, амплитуда не содержит резких выбросов.

Сегодня доказано, что постоянный ток на дальние расстояния передавать выгоднее. Это исключает из рассмотрения реактивные сопротивления сети – индуктивность и ёмкость. Что значительно снижает нестабильную реактивную мощность. XXI век способен стать вторым рождением постоянного тока для передачи его на дальние расстояния. Но смех вызывает неумение Эдисона передавать энергию. Тесла вправе был помочь, тогда приборы постоянного тока сегодня использовались бы наравне с потребителями переменного. Для коллекторных двигателей это лучше – растут КПД и крутящий момент.

Выходит, постоянный ток выгодно передавать. Эдисон попросту не смог найти правильного решения, пытался взять задачу нахрапом, не погружаясь в тылы. Эдисон был чистым практиком и не умел найти столь ухищрённых решений, как преобразователи. А ведь все генераторы середины XIX века имели встроенный коммутатор для спрямления. Оставалось лишь подключить к линии, а на приёмной стороне провести преобразование. И все! Никола блестяще наказал Эдисона, доказывая наличие в мире некой силы, управляющей ходом истории.

переменный ток избрали по причине наличия мощного средства для передачи. Речь о трансформаторе. Впервые сконструированный в 1831 году (либо раньше) Майклом Фарадеем, этот незаменимый элемент современной техники остался без заслуженного внимания. Интерес к устройству вернул Генрих Румкорф пятнадцатью годами позднее, использовав динамо для получения разряда в искровом промежутке. Повышающий трансформатор значительно усиливал эффект. Это прямиком открыло учёным путь к постановке опытов, но суть преобразования не получила заслуженного внимания.

Вместо этого учёные упорно бились над постоянным током. Создавая для него двигатели, приборы освещения и генераторы. Удивительно, зная об обратимости электрических машин, не придумали раньше, как создать униполярный мотор, стоящий сегодня в ручных миксерах и блендерах. Фактически двигатели бытового назначения однофазные. И лишь маленькая часть работает на постоянном токе.

Укажем неявное преимущество. У постоянного тока выше предел безопасности. Возможным видится сделать промышленные сети безвредным для людей. Рассмотрим утверждение подробнее, доводы не очевидны неискушённому читателю.

Смещение и генерация 3-фазного напряжения

Почему постоянный ток безопаснее

Прожжённые электрики говорят, что удар током 220 В не слишком опасен, главное – не попасть под линейное трёхфазное напряжение. Оно выше примерно в корень из трёх раз (в пределах 1,7). Линейным называется напряжение между двумя фазами. За счёт сдвига между ними в 120 градусов получается указанный любопытный эффект. Невежды спрашивают, какая разница при сдвиге 90 градусов. Ответ дан вначале – три фазы образуют симметричную систему. Со сдвигом 90 понадобилось бы четыре.

В результате каждым линейным напряжением питают по полюсу, что существенно упрощает их размножение, когда требуется достичь большой мощности. К примеру, в тяговых двигателях пароходов, где требуется чрезвычайно плавно изменять усилие и приходится применять регуляторы скорости вращения вала. Случается, трёх и даже шести полюсов оказывается мало. Лишь коллекторному двигателю пылесоса достаточно двух.

Итак, между фазами имеется 308 В. Безопасным выглядит, если повысить частоту линии передач до 700 Гц. Тесла установил, что с указанного значения ярко проявляется скин-эффект, ток не проникает глубоко в тело. Следовательно, не наносит существенных повреждений человеку. Учёный демонстрировал языки молний на теле при гораздо больших напряжениях и говорил, что это полезно для здоровья, здорово очищает кожу.

Частота 700 Гц (или выше) не пущена в обиход – при этом существенно увеличивались потери трансформаторов. На момент принятия решения о номиналах первой ГЭС переменного тока не существовало наработок по изготовлению электротехнических материалов. Подробнее предлагаем прочитать в теме электронных трансформаторов. Нет надобности дублировать информацию. По причине отсутствия нужных материалов потери на перемагничивание сильно росли с увеличением частоты. Сегодня подобное не вызывает затруднений на уровне технологии.

Встаёт сложность – экранирование. В годы первых попыток передачи энергии не знали об излучении. Радио делало первые шаги в 90-х годах XIX века. В действительности рост частоты сопровождается резким повышением выброса энергии в пространство. И провода требовалось экранировать, это дорого, требует наличия мощных диэлектриков. Не факт, что современные сети сумели бы решить задачу.

Тесла предлагал передавать энергию через эфир. Для чего построил башню Ворденклиф. Но… промышленники оказались заинтересованы в продаже меди на изготовление проводов и на этом основании отказали учёному в финансировании. Но главное – грядёт время, когда трёхфазное напряжение уйдёт в небытие или будет получаться из преобразователей, и сам Тесла даст ответ, как это сделать.

Точнее, ответ дадут многочисленные патенты и идеи изобретателя. Недаром записи были немедленно изъяты после смерти учёного и тщательно засекречены. Рекомендуем взяться за изучение кавитационных двигателей. Пора мечтать, что машины станут ездить на растительном масле, не загрязняя окружающую среду отвратительным дымом и гарью. Обратите внимание, что все секреты лежат на поверхности и ждут желающего их раскрыть. Возможно, кто-то из читателей сумеет сделать это первым?

Трехфазный переменный ток

Наиболее часто в мире применяют систему подключения потребителей электроэнергии по схеме трёхфазного переменного тока. Трёхфазной такая система называется потому, что в неё входят 3 рабочие цепи, в каждой из которых действуют переменные ЭДС, при этом частота тока постоянная. Отдельно взятую цепь данной системы обычно называют просто «фазой», а частоты тока и напряжения между фазами отличаются по значению на одну треть периода (φ=2π/3).

Подавляющее большинство действующих генераторов на наших электростанциях являются трёхфазными. Конструктивно они устроены так, что имеют три независимые обмотки, к каждой из которых подключён провод, по которому подаётся электроэнергия в одну из цепей данной сети.

Для того чтобы сэкономить на проводке, применяются схемы подключения, использующие вместо 6 проводников четыре или даже три. При этом используется соединение проводов между собой по схеме «звезда» или «треугольник». Наибольшее распространение получила схема соединения звездой, в которой используется в дополнение к 3-м фазным проводникам один нулевой проводник, называемый также нейтралью. Таким образом, общее количество требующихся проводов в такой системе — четыре, однако по нейтрали величина проходящего тока, как правило, значительно меньше, чем по фазным проводам, поэтому толщина нулевого провода меньше.

Нулевой провод подключается к нулевой точке генератора и предназначен для того, чтобы напряжение на всех фазах сохранялось одинаковым вне зависимости от электрической нагрузки на каждую из них. При равномерной загрузке всех фаз ток по нейтрали не проходит, поэтому в таких системах можно обойтись и вовсе без неё. В любом случае, при проектировании электросетей стремятся по возможности распределить нагрузку равномерно по всем фазам.

Схема соединений «треугольник»

Другой способ организации электросети — соединение обмоток 3-хфазного генератора треугольником. При этом конец каждой обмотки подключается к началу следующей таким образом, что они формируют замкнутый треугольник, при этом линейные провода подключаются к вершинам треугольника. При такой форме соединения фазное напряжение генератора равняется линейному и меньше в √3 ≈ 1,73 раза по сравнению со схемой соединения звездой.

Всё о трёхфазной системе электроснабжения

Трёхфазная система электроснабжения — частный случай многофазных систем электрических цепей переменного тока, в которых действуют созданные общим источником синусоидальные ЭДС одинаковой частоты, сдвинутые друг относительно друга во времени на определённый фазовый угол.

Один из вариантов многофазной системы электроснабжения — трехфазная система переменного тока. В ней действуют три гармонические ЭДС одной частоты, создаваемые одним общим источником напряжения. Данные ЭДС сдвинуты по отношению друг к другу во времени (по фазе) на один и тот же фазовый угол, равный 120 градусов или 2*пи/3 радиан.

Первым изобретателем шестипроводной трехфазной системы был Никола Тесла, однако немалый вклад в ее развитие внес и российский физик-изобретатель Михаил Осипович Доливо-Добровольский, предложивший использовать всего три или четыре провода, что дало значительные преимущества, и было наглядно продемонстрировано в экспериментах с асинхронными электродвигателями.

В трехфазной системе переменного тока каждая синусоидальная ЭДС находится в собственной фазе, участвуя в непрерывном периодическом процессе электризации сети, поэтому данные ЭДС иногда именуют просто «фазами», как и передающие данные ЭДС проводники: первая фаза, вторая фаза, третья фаза. Фазы сдвинуты друг относительно друга на 120 градусов, а соответствующие проводники принято обозначать латинскими буквами L1, L2, L3 или A, B, C.

Такая система очень экономична, когда речь идет о передаче электрической энергии по проводам на большие расстояния. Трехфазные трансформаторы менее материалоемки.

Силовые кабели требуют меньше проводящего металла (как правило используется медь), поскольку токи в фазных проводниках, по сравнению с однофазными, имеют меньшие действующие величины, если сравнивать с однофазными цепями аналогичной передаваемой мощности.

Трехфазная система очень уравновешена, и оказывает равномерную механическую нагрузку на энергогенерирующую установку (генератор электростанции), чем продлевает срок ее службы.

При помощи трехфазных токов, пропускаемых через обмотки электрических потребителей — различных установок и двигателей, легко получить вращающееся вихревое магнитное поле, необходимое для работы двигателей и других электроприборов.

Синхронные и асинхронные трехфазные двигатели переменного тока имеют простое устройство, и гораздо экономичнее однофазных и двухфазных, а тем более — классических двигателей постоянного тока.

С трехфазной сетью в одной установке можно получить сразу два рабочих напряжения — линейное и фазное, что позволяет иметь два уровня мощности в зависимости от схемы соединения обмоток – «треугольник» (англоязычный вариант «дельта») или «звезда».

Что касается питания систем освещения, то присоединив три группы ламп – к различным фазам сети каждую, – можно значительно снизить мерцание и избавиться от вредного стробоскопического эффекта.

Перечисленные преимущества как раз и обуславливают широкое применение именно трехфазной системы электроснабжения в большой мировой электроэнергетике сегодняшнего дня.

Звезда

Соединение по схеме «звезда» предполагает соединение концов фазных обмоток генератора в одну общую «нейтральную» точку (нейтраль – N), как и концов фазных выводов потребителя.

Провода, соединяющие фазы потребителя с соответствующими фазами генератора называются в трехфазной сети линейными проводами. А провод, соединяющий между собой нейтрали генератора и потребителя — нейтральным проводом (обознаяается «N»).

При наличии нейтрали, трехфазная сеть получается четырехпроводной, а если нейтраль отсутствует — трехпроводной. В условиях, когда сопротивления в трех фазах потребителя равны друг другу, то есть при условии что Za = Zb = Zc, нагрузка будет симметричной. Это идеальный режим работы для трехфазной сети.

При наличии нейтрали, фазными называются напряжения между любым фазным проводом и нейтральным проводом. А напряжения между любыми двумя фазными проводами именуются линейными напряжениями.

Если сеть имеет схему соединения «звезда», то в условиях симметричной нагрузки соотношения между фазными и линейными токами и напряжениями могут быть описаны следующими соотношениями:

Видно, что линейные напряжения сдвинуты по отношению к соответствующим фазным на угол в 30 градусов (пи/6 радиан):

Мощность при соединении «звезда» в условиях симметричной нагрузки, с учетом известных фазных напряжений можно определить по формуле:

О важности нейтрали и «перекосе фаз»

Хотя при абсолютно симметричной нагрузке питание потребителей возможно по трем проводам линейными напряжениями даже в отсутствие нейтрали, тем не менее если нагрузки на фазах не строго симметричны, нейтраль всегда обязательна.

 Если же при несимметричной нагрузке нейтральный провод оборвется, либо его сопротивление по какой-то причине значительно возрастет, произойдет «перекос фаз», и тогда нагрузки на трех фазах могут оказаться под разными напряжениями — от нуля до линейного — в зависимости от распределения сопротивлений нагрузок по фазам в момент обрыва нейтрали.

А ведь нагрузки номинально рассчитаны строго на фазные напряжения, значит что-то может выйти из строя. Особенно перекос фаз опасен для бытовой техники и электроники, поскольку из-за этого может не просто перегореть какой-нибудь прибор, но и случиться пожар.

Проблема гармоник кратных третьей

Наиболее часто бытовая и другая техника оснащается сегодня импульсными блоками питания, причем без встроенной схемы коррекции коэффициента мощности. Это значит, что моменты потребления ограничиваются тонкими импульсными пиками тока вблизи вершины сетевой синусоиды, когда конденсатор выходного фильтра, установленный после выпрямителя, резко и быстро подзаряжается.

Когда таких потребителей к сети подключено много, возникает высокий ток третьей гармоники основной частоты питающего напряжения. Данные токи гармоник (кратных третьей) суммируются в нейтральном проводнике и способны перегрузить его, несмотря на то, что на каждой из фаз потребляемая мощность не превышает допустимой.

Проблема особенно актуальна в офисных зданиях, где размещено на небольшом пространстве много разной оргтехники. Если бы во всех встроенных импульсных блоках питания имелись схемы коррекции коэффициента мощности, это бы решило проблему.

Треугольник

Соединение по схеме «треугольник» предполагает со стороны генератора соединение конца проводника первой фазы с началом проводника второй фазы, конца проводника второй фазы с началом проводника третьей фазы, конца проводника третьей фазы с началом проводника первой фазы — получается замкнутая фигура — треугольник.

Линейные и фазные напряжения и токи при симметричной нагрузке, применительно к соединению «треугольник», соотносятся следующим образом:

Мощность в трехфазной цепи при соединении треугольником, в условиях симметричной нагрузки, определяется следующим образом:

В нижеприведенной таблице отражены стандарты фазных и линейных напряжений для разных стран:

Проводники разных фаз трехфазной сети, а также нейтральные и защитные проводники традиционно маркируют собственными цветами.

Так поступают для того, чтобы предотвратить поражение электрическим током и обеспечить удобство обслуживания сетей, облегчить их монтаж и ремонт, а также сделать стандартизированной маркировку фазировки оборудования: порядок чередования фаз порой очень важен, например для задания направления вращения асинхронного двигателя, режима работы управляемого трехфазного выпрямителя и т. д. В разных странах цветовая маркировка различна, в некоторых совпадает. 

Ранее ЭлектроВести писали, что немецкая энергетическая компания E.ON подписала контракт с производителем автомобилей BMW на установку и эксплуатацию одной из крупнейших сетей зарядки электромобилей в Германии, которая будет включать более 4,1 тыс. новых зарядных станций.

По материалам: electrik.info.

Цепи трехфазного тока

1. Трехфазные электрические цепи

Рис. 1. Несвязанная трехфазная цепь.

Трехфазная электрическая цепь может быть представлена как совокупность трех однофазных цепей, в которых действуют э. д. с. одной и той же частоты, сдвинутые друг относительно друга на одну треть периода, или, что то же, на угол 2/3. Эти три составные части трехфазной цепи называются фазами¹ и им ниже будут приписываться буквенные обозначения А, В и С.

На рис. 1 схематично показана трехфазная цепь, фазы которой электрически не связаны друг с другом. Такая трехфазная цепь называется не связанной (в настоящее время не применяется).

На рис. 1 для простоты обмотки трехфазного генератора не показаны. Сопротивлениями обмоток и шести соединительных проводов ввиду их малости по сравнению с сопротивлениями нагрузки можно для начала пренебречь.

Фазы А, В и С изображены на рис. 1 под углом 120°, для того чтобы подчеркнуть, что э. д. с. Е_А, Е_В и Е_С сдвинуты друг относительно друга на одну треть периода. При равенстве амплитуд э. д. с. и одинаковых сопротивлениях в фазах токи I_А, I_В и I_С также равны по величине и сдвинуты друг относительно друга на одну треть периода, образуя так называемый трехфазный ток.

Сумма этих токов в любой момент времени равна нулю; поэтому если три провода, по которым токи возвращаются к источникам, объединить в один провод, то ток в этом проводе будет равен нулю. При отсутствии в проводе тока излишним в данном случае является и сам провод; от него можно отказаться, перейдя, таким образом, к схеме рис. 2. В результате этого достигается экономия материала проводов; кроме того, по сравнению с не связанной трехфазной цепью исключаются потери мощности от токов I_А, I_В и I_С в обратных проводах.

Трехфазная цепь на рис. 2, фазы которой соединены электрически, представляет собой одну из разновидностей связанных трехфазных цепей.

Благодаря технико-экономическим преимуществам связанных трехфазных цепей они получили широкое распространение.

Для получения связанной трехфазной цепи не требуются отдельные однофазные генераторы, а используется трехфазный генератор, схематически показанный на рис. 3. Обмотки, в которых наводятся э. д. с., помещаются в пазах статора².

Рис. 2. Связанная трехфазная цепь

Рис. 3. Принцип выполнения трехфазного синхронного генератора

Обмотки фаз сдвинуты друг относительно друга на угол 120°/р, где р — число пар полюсов. В случае двухполюсного генератора (рис. 3) р = 1 и угол равен 120°.

При вращении ротора в силу идентичности трех обмоток генератора в них наводятся э. д. с., имеющие одинаковые амплитуду и частоту, причем эти э. д. с. сдвинуты по фазе друг по отношению к другу на одну треть периода. Векторы, изображающие эти э. д. с., равны по величине и расположены под углом 120° (рис. 4, б).

Мгновенные значения э. д. с. трехфазного генератора, показанные на рис. 4, а, выражаются аналитически следующим образом:

;

;

Рис. 4. Мгновенные значения (а) и векторная диаграмма э. д. с. (б) трехфазного генератора

Мгновенные значения э. д. с. равны соответствующим проекциям трех векторов: Е_mA, Е_mВ и Е_mС (рис. 4, б), образующих симметричную звезду и вращающихся в положительном направлении с угловой скоростью  (на рис. 3 положение ротора соответствует моменту t = 0).

Положительные направления э. д. с. в обмотках указаны на рис. 3 точками и крестиками; точка означает острие, а крестик – конец стрелки, совпадающей с положительным направлением э. д. с. (положительное направление э. д. с. не следует смешивать с действительным направлением э. д. с. в произвольный момент времени).

Создание в 1889 г. связанной трехфазной цепи переменного тока явилось важным событием в истории электротехники.

Впервые такую цепь осуществил выдающийся русский инженер и ученый Михаил Осипович Доливо-Добровольский (1862—1919 гг.). Им были разработаны основные звенья генерирования, передачи, распределения и преобразования электроэнергии трехфазного тока, именно: трехфазные генератор, трансформатор и асинхронный двигатель. Изобретение М. О. Доливо-Добровольским асинхронного двигателя, являющегося простейшим и самым дешевым двигателем переменного тока, существенно способствовало широкому промышленному внедрению трехфазного тока.

Технические и экономические преимущества трехфазного тока обеспечили ему ведущую роль в современной электротехнике.

Неуклонно возрастает также роль трехфазного переменного тока в авиации.

Трехфазные электрические цепи

Выдающийся русский инженер-изобретатель Михаил Осипович Доливо-Добровольский, помимо асинхронного двигателя изобрел трехфазную электрическую сеть, которая могла бы питать такой двигатель.

Трехфазная система представляет собой три отдельные электрические цепи, в которых действуют синусоидальные ЭДС одной и той же частоты, которые в свою очередь сдвинуты друг от друга на 120°, и создаваемые одним источником энергии. Источником энергии чаще всего выступает трехфазный генератор.

Преимущество трехфазной цепи заключается в её уравновешенности. То есть суммарная мгновенная мощность трехфазной цепи, остается величиной постоянной в течение всего периода ЭДС.

Трехфазный генератор переменного тока имеет три самостоятельные обмотки, которые сдвинуты между собой на угол 120°. Также как и обмотки, начальные фазы ЭДС сдвинуты на 120°. Уравнения описывающие изменение ЭДС в каждой из обмоток выглядят следующим образом: 

Векторная диаграмма ЭДС в начальный момент времени представляет собой три вектора, длина которых равна амплитудному значению ЭДС Em, и угол между которыми равен 120°. Если вращать векторы против часовой стрелке, относительно неподвижной оси, то они будут проходить в порядке Ea,Eb,Ec, такой порядок называют прямой последовательностью.

По сути, каждую отдельную фазу можно было бы соединить отдельными проводами, но в таком случае получилась бы шестипроводная несвязная система. Это было бы крайне не выгодно с экономичной точки зрения, ведь как-никак, перерасход материала. Для того чтобы это избежать придумали связанные системы соединения.

 

Соединение звездой

При соединении обмоток звездой все три фазы имеют одну общую точку – ноль. При этом такая система может быть трехпроводной или четырехпроводной. В последнем случае используется нулевой провод. Нулевой провод не нужен, если система симметрична, то есть токи в фазах такой системы одинаковы. Но если нагрузка несимметрична, то фазные токи различны, и в нулевом проводе возникает ток, который равен векторной сумме фазных токов 

Также, нулевой провод может выступать в роле одной из фаз, если она выйдет из строя, это предотвратит выход из строя всей системы. Правда нужно учитывать, что нулевой провод не рассчитан на подобные нагрузки, и в целях экономии металла и изоляции он изготавливает под более малые токи, чем в фазах.

 

В трехфазных цепях существуют так называемые фазные и линейные напряжения и токи.

Фазное напряжение – это разность потенциалов между нулевой точкой и линейным проводом. То есть, проще говоря, фазное напряжение – это напряжение на фазе.

Линейное напряжение – это разность потенциалов между линейными проводами.

 

При соединении звездой фазные и линейные напряжения соотносятся как 

А фазные и линейные токи при симметричной нагрузке одинаковы

Таким образом, можно сделать вывод, что в симметричной трехфазной цепи при соединении фаз звездой напряжения отличаются друг от друга в 1,72 раз, а линейные и фазные токи равны.

 

Соединение треугольником

При соединении треугольником конец одной обмотки соединяется с началом другой. Таким образом, образуется замкнутый контур.

 В таком соединении каждая фаза находится под линейным напряжением, то есть линейные и фазные напряжения равны 

 А фазные  и линейные токи соотносятся как 

Аналогичным способом, сделаем вывод для соединения треугольником: в симметричной трехфазной цепи при соединении фаз треугольником токи отличаются друг от друга в 1,72 раз, а линейные и фазные напряжения равны.  

Читайте также – задачи на трехфазные цепи

Просмотров: 12977

Трехфазный ток – простой расчет

Расчет тока в трехфазной системе был поднят в отзывах на нашем сайте, и это обсуждение, в которое я, кажется, время от времени участвую. Хотя некоторые коллеги предпочитают запоминать формулы или факторы, я предпочитаю решать проблему шаг за шагом, используя базовые принципы. Я подумал, что неплохо было бы написать, как я делаю эти расчеты. Надеюсь, это может оказаться полезным для кого-то еще.

Трехфазное питание и ток

Мощность, потребляемая цепью (одно- или трехфазной), измеряется в ваттах Вт (или кВт).Произведение напряжения и тока является полной мощностью и измеряется в ВА (или кВА). Соотношение между кВА и кВт – это коэффициент мощности (pf):

что также может быть выражено как:

Однофазная система – с этим проще всего иметь дело. Учитывая кВт и коэффициент мощности, можно легко рассчитать кВА. Сила тока – это просто кВА, деленная на напряжение. В качестве примера рассмотрим нагрузку, потребляющую 23 кВт мощности при 230 В и коэффициенте мощности 0.86:

Примечание: вы можете выполнять эти уравнения в ВА, В и А или в кВА, кВ и кА в зависимости от величины параметров, с которыми вы имеете дело. Чтобы преобразовать ВА в кВА, просто разделите на 1000.

Трехфазная система – Основное различие между трехфазной системой и однофазной системой – это напряжение. В трехфазной системе у нас есть линейное напряжение (V _LL ) и фазное напряжение (V _LN ), связанные следующим образом:

или как вариант:

чтобы лучше понять это или получить больше информации, вы можете прочитать статью

«Введение в трехфазную электрическую мощность».

Для меня самый простой способ решить трехфазные проблемы – это преобразовать их в однофазную. Возьмем трехфазный двигатель (с тремя одинаковыми обмотками), потребляющий заданную кВт. Мощность в кВт на обмотку (однофазная) должна быть разделена на 3. Точно так же трансформатор (с тремя обмотками, каждая из которых идентична), питающий данную кВА, будет иметь каждую обмотку, обеспечивающую треть общей мощности. Чтобы преобразовать трехфазную задачу в однофазную, возьмите общую мощность в кВт (или кВА) и разделите ее на три.

В качестве примера рассмотрим сбалансированную трехфазную нагрузку, потребляющую 36 кВт при коэффициенте мощности 0.86 и линейное напряжение 400 В (В _LL ):

линия к нейтрали (фаза) напряжение В _LN = 400 / √3 = 230 В
трехфазная мощность 36 кВт, однофазная мощность = 36/3 = 12 кВт
теперь просто следуйте описанному выше однофазному методу

Достаточно просто. Чтобы найти мощность при заданном токе, умножьте его на напряжение, а затем на коэффициент мощности, чтобы преобразовать его в W. Для трехфазной системы умножьте на три, чтобы получить полную мощность.

Личная записка по методу

Как правило, я запоминаю методику (а не формулы) и переделываю ее каждый раз, когда делаю расчет. Когда я пытаюсь запомнить формулы, я всегда быстро их забываю или неуверен, правильно ли я их запоминаю. Я бы посоветовал всегда стараться запоминать метод, а не просто запоминать формулы. Конечно, если у вас есть суперспособность запоминать формулы, вы всегда можете придерживаться этого подхода.

Использование формул

Вывод формулы – пример

Сбалансированная трехфазная система с общей мощностью P (Вт), коэффициентом мощности pf и линейным напряжением В _LL

Преобразование в однофазную проблему:
P1ph = P3

Полная мощность одной фазы S _{1 фаза} (ВА):
S1ph = P1phpf = P3 × pf

Фазный ток I (A) – полная однофазная мощность, деленная на напряжение между фазой и нейтралью (и данное В _LN = В _LL / √3):
I = S1phVLN = P3 × pf3VLL

Упрощение (и с 3 = √3 x √3):
I = P3 × pf × VLL

Вышеупомянутый метод основан на запоминании нескольких простых принципов и манипулировании проблемой, чтобы дать ответ.

Для получения того же результата можно использовать более традиционные формулы. Их можно легко вывести из вышеприведенного, например:

I = W3 × pf × VLL, в А

Несбалансированные трехфазные системы

Вышеуказанное относится к сбалансированным трехфазным системам. То есть ток в каждой фазе одинаковый, и каждая фаза обеспечивает или потребляет одинаковое количество энергии. Это типично для систем передачи энергии, электродвигателей и аналогичного оборудования.

Часто, когда задействованы однофазные нагрузки, например, в жилых и коммерческих помещениях, система может быть несбалансированной, так как каждая фаза имеет разный ток и доставляет или потребляет разное количество энергии.

Сбалансированные напряжения

К счастью, на практике напряжения имеют тенденцию быть фиксированными или очень небольшими. В этой ситуации, немного подумав, можно распространить вышеупомянутый тип расчета на трехфазные системы с несимметричным током. Ключом к этому является то, что сумма мощности в каждой фазе равна общей мощности системы.

Например, возьмем трехфазную систему 400 В (V _LL ) со следующими нагрузками: фаза 1 = 80 A, фаза 2 = 70 A, фаза 3 = 82 A

линия к нейтрали (фаза) напряжение В _LN = 400 / √3 = 230 В
Полная мощность фазы 1 = 80 x 230 = 18400 ВА = 18,4 кВА
Полная мощность фазы 2 = 70 x 230 = 16100 ВА = 16,1 кВА
Полная мощность фазы 3 = 82 x 230 = 18 860 ВА = 18.86 кВА
Общая трехфазная мощность = 18,4 + 16,1 + 18,86 = 53,36 кВА

Аналогично, учитывая мощность в каждой фазе, вы можете легко найти фазные токи. Если вам также известен коэффициент мощности, вы можете преобразовать его из кВА в кВт, как показано ранее.

Несбалансированные напряжения

Если напряжения становятся несимметричными или есть другие соображения (например, несбалансированный фазовый сдвиг), то необходимо вернуться к более традиционному анализу сети. Системные напряжения и токи можно найти, подробно изобразив схему и используя законы Кирхгофа и другие сетевые теоремы.

Сетевой анализ не является целью данной заметки. Если вас интересует введение, вы можете просмотреть наш пост: Теория сети – Введение и обзор

КПД и реактивная мощность

Другие факторы, которые следует учитывать при проведении расчетов, могут включать эффективность оборудования.Зная, что эффективность энергопотребляющего оборудования – это выходная мощность, деленная на входную, опять же, это легко подсчитать. Реактивная мощность не обсуждается в статье, а более подробную информацию можно найти в других заметках (просто воспользуйтесь поиском на сайте).

Сводка

Помня, что трехфазная мощность (кВт или кВА) просто в три раза больше однофазной мощности, любую трехфазную задачу можно упростить. Разделите кВт на коэффициент мощности, чтобы получить кВА. ВА – это просто ток, умноженный на напряжение, поэтому знание этого и напряжения может дать ток. При вычислении тока используйте фазное напряжение, которое связано с линейным напряжением квадратным корнем из трех. Используя эти правила, можно решить любую трехфазную задачу без необходимости запоминать и / или прибегать к формулам.

Значения трехфазного тока в трехфазной или многофазной системе

Разделение значений трехфазного тока в трехфазной системе

Для понимания разделения трехфазного тока в трехфазной системе можно отметить следующие моменты. Трехфазная система

1. Стрелки, показанные рядом с трехфазным током ( I _R , I _Y и I _B ) на рис. 1 и 2, не указывают направления токов в конкретный момент, но показывают ток направления, когда мы принимаем их положительными. Можно отметить, что не существует момента, в котором направления всех трех фазных токов были одинаковыми, то есть не существует возможного момента, когда все три фазных тока идут или уходят в общую точку одновременно.

Символы стрелок показывают, что первый ток уходит из фазы R , затем через время фазы 120 ° этот ток выходит из фазы Y , а для следующего 120 ° он выходит из фазы B .

2. В любом одном или двух проводниках уходящий ток такой же, как входящий ток в этом проводнике (или проводниках). Другими словами, каждый проводник обеспечивает обратный путь токам других проводников. Таким образом, текущее деление непрерывно меняется в три строки.Следовательно, алгебраическая сумма трех токов равна Ноль (0) в любой момент.

Рис. Значения трехфазного тока в трехфазной системе.

Объяснение трехфазных токов в многофазной системе:

Трехфазные токи, показанные на приведенном выше рисунке, имеют такое же пиковое значение 8A , но смещены друг относительно друга на 120 ° .

На рисунке выше, в точке «a», значения токов в фазах R и B равны + 4A и направление этих токов наружу, а значение фазы Y составляет -8A. .Это означает, что фазный ток Y обеспечивает обратный путь к фазным токам R и B .

Аналогично,

• В точке «b» = I _R = + 6A, I _Y = + 2A, I _B = -8A…. Теперь B обеспечивает обратный путь для токов Y и R
• В точке «C» = I _Y = + 6A, I _B = + 2A, I _R = -8A…. Теперь R обеспечивает обратный путь для токов Y и B
• В точке «d» = I _R = 0A, I _B = +6.9A, I _Y = -6,9A…. Т.е. Ток B исходит, а Y возвращается по пути Y

Таким образом, можно отметить, что хотя распределение тока по трем фазам постоянно изменяется , но в любой момент их алгебраическая сумма мгновенных значений равна нулю ( 0) т.е.

I _R + I _Y + I _B = 0 ……………. Алгебраически

Вы также можете прочитать:

Как рассчитать трехфазную мощность

Обновлено 12 ноября 2018 г.

Ли Джонсон

Трехфазное питание – широко используемый метод для выработки и передачи электроэнергии, но расчеты вам нужно выполнить несколько сложнее, чем для однофазных систем.Тем не менее, при работе с уравнениями трехфазной мощности вам не нужно ничего делать, поэтому вы сможете легко решить любую поставленную вам задачу трехфазного питания. Главное, что вам нужно сделать, это найти ток с учетом мощности в цепи или наоборот.

TL; DR (слишком долго; не читал)

Выполните расчет трехфазной мощности по формуле:

P = √3 × pf × I × V

Где pf – коэффициент мощности, I – ток, В, – напряжение и P – мощность.

Однофазное и трехфазное питание

Однофазное и трехфазное питание – это термины, описывающие электричество переменного тока (AC). Ток в системах переменного тока постоянно изменяется по амплитуде (т. Е. По размеру) и направлению, и это изменение обычно принимает форму синусоидальной волны. Это означает, что он плавно изменяется с серией пиков и спадов, описываемых синусоидальной функцией. В однофазных системах такая волна всего одна.

Двухфазные системы разделяют его на две части.Каждая секция тока сдвинута по фазе с другой на половину цикла. Таким образом, когда одна из волн, описывающих первую часть переменного тока, находится на пике, другая – на минимальном значении.

Однако двухфазное питание встречается нечасто. Трехфазные системы используют тот же принцип разделения тока на противофазные составляющие, но с тремя вместо двух. Три части тока сдвинуты по фазе на треть цикла каждая. Это создает более сложную схему, чем двухфазное питание, но они одинаково компенсируют друг друга.Каждая часть тока одинакова по размеру, но противоположна направлению двух других частей, вместе взятых.

Формула трехфазной мощности

Наиболее важные уравнения трехфазной мощности связывают мощность ( P , в ваттах) с током ( I , в амперах) и зависят от напряжения ( V ). В уравнении также присутствует «коэффициент мощности» ( pf ), который учитывает разницу между реальной мощностью (которая выполняет полезную работу) и полной мощностью (которая подается в схему).Большинство типов расчетов трехфазной мощности выполняется с использованием этого уравнения:

P = √3 × pf × I × V

Здесь просто указано, что мощность является квадратным корнем из трех (около 1,732), умноженным на коэффициент мощности (обычно от 0,85 до 1, см. Ресурсы), ток и напряжение. Не позволяйте символам пугать вас, используя это уравнение; Как только вы включите все необходимые составляющие в уравнение, им будет легко пользоваться.

Преобразование кВт в амперы

Допустим, у вас есть напряжение, общая мощность в киловаттах (кВт) и коэффициент мощности, и вы хотите знать ток (в амперах) в цепи.Изменив приведенную выше формулу расчета мощности, получим:

I = P / (√3 × pf × V)

Если ваша мощность выражена в киловаттах (т. ватт (умножив на 1000) или оставьте его в киловаттах. Убедитесь, что ваше напряжение указано в киловольтах (кВ = вольт ÷ 1000). Например, если у вас коэффициент мощности 0,85, мощность 1,5 кВт и напряжение 230 В, просто укажите мощность как 1500 Вт и вычислите:

I = P / (√3 × pf × V)

= 1500 Вт / √3 × 0.85 × 230 В

Аналогично, мы могли бы работать с кВ (учитывая, что 230 В = 0,23 кВ), и нашли то же самое:

I = P / (√3 × pf × V)

= 1,5 кВт / √3 × 0,85 × 0,23 кВ

Преобразование ампер в кВт

Для обратного процесса используйте форму приведенного выше уравнения:

P = √3 × pf × I × V

Просто умножьте свои известные значения, чтобы найти ответ. Например, при I = 50 A, V = 250 V и pf = 0.9, это дает:

P = √3 × pf × I × V

= √3 × 0,9 × 50 A × 250 В

Поскольку это большое число, преобразуйте его в кВт, используя (значение в Вт) / 1000 = (значение в киловаттах).

19 486 Вт / 1000 = 19 486 кВт

Описание трехфазного напряжения | Тихоокеанский источник энергии

Однофазное переменное напряжение

Большинство из нас знакомо с однофазным напряжением в наших домах, обеспечиваемым местными коммунальными предприятиями.Для США это обычно 120 В. Для однофазного напряжения напряжение выражается как напряжение между фазой и нейтралью между двумя силовыми проводниками (плюс защитное заземление). Нейтральный провод обычно имеет потенциал земли, а линейный провод – синусоидальное переменное напряжение со среднеквадратичным значением 120 В переменного тока. Это означает, что пик переменного напряжения меняется от + 169,7 В до -169,7 В каждые 16,667 мс на частоте сети 60 Гц в США. Для многих других стран эти номинальные значения составляют 230 В среднеквадратического значения при 50 Гц (20 мс).

Рисунок 1: Форма волны синусоидального напряжения однофазного среднеквадратического значения 120 В (среднеквадр. )

Power Limited

Однофазное напряжение может выдавать только такую ​​мощность, как вся мощность, которая должна подаваться через линейный и нейтральный проводники. Это не проблема для домашнего использования, но для промышленного использования может потребоваться больший ток для работы машин, двигателей, освещения и других мощных нагрузок. В таких ситуациях часто бывает желательно увеличить как напряжение, так и ток, чтобы получить более высокую мощность.Один из вариантов – использовать две фазы, как в некоторых домах в США, для работы электрических сушилок. Это называется соединением с разделением фаз, когда две фазы 120 В среднеквадратического значения разнесены по фазе на 180 °, обеспечивая удвоенное межфазное напряжение 120 В или 240 В. Это удваивает доступную мощность. Разделенная фаза обычно не используется в Европе или Азии, поскольку нормальное напряжение однофазной сети уже составляет от 220 В до 240 ЛН.

Трехфазное переменное напряжение

Если пойти дальше, то мощные нагрузки обычно получают питание от трех фаз. Это распределяет ток по трем, а не по одному набору проводов, что позволяет использовать меньшую и, следовательно, менее дорогую проводку. Три источника напряжения сдвинуты по фазе на 120 ° друг относительно друга, чтобы уравновесить токи нагрузки. Это показано на Рисунке 2.

Рисунок 2: Кривые трехфазного напряжения с разным вращением

Фазовый сдвиг на 120 ° между каждой формой сигнала может быть выполнен в одном из двух чередований фаз – A -> B -> C или A -> C -> B. Чередование фаз не влияет на большинство нагрузок, за исключением трехфазных двигателей переменного тока, которые будут поверните в обратном направлении, если чередование фаз изменилось.Изменить чередование фаз можно, поменяв местами любые два из трех фазных соединений. При использовании программируемого источника питания переменного тока, такого как серия AFX, фазовые углы для фаз B и C можно запрограммировать на 120 ° и 240 ° или 240 ° и 120 ° соответственно, чтобы изменить чередование фаз. AFX также позволяет программировать фазовый дисбаланс для изучения влияния фазовых изменений на тестируемое устройство.

Осторожно при определении межфазных напряжений

В то время как «нормальное» соотношение трехфазного треугольника и звездочки легко уловить в простой формуле, это применимо только к равным линейным и нейтральным напряжениям, идеальному фазовому балансу и синусоидальным напряжениям.В этом идеальном случае соотношение между линейным и нейтральным среднеквадратичным напряжением и линейным среднеквадратичным напряжением может быть выражено следующей формулой:

Это соотношение между фазным напряжением и нейтралью и линейным напряжением показано на фазовой диаграмме на Рисунке 3.

Рисунок 3: Трехфазная фазовая диаграмма

На рисунке 4 ниже показаны два типичных примера трехфазных конфигураций напряжения электросети, используемых в США. В Европе и Азии обычно используются конфигурации 220/380 В или 230/400 В.120VLN на фазу эквивалентно векторной сумме 208VLL:

В _LL = 120 В _LN * 1,732 = 207,84 В _LL

Обратите внимание, что конфигурация сети, соединенная треугольником 480 В, не имеет нейтрального соединения и называется соединением 3 провода + земля треугольник. Чтобы смоделировать этот тип сети с источником питания переменного тока, трехфазная нагрузка подключается по схеме треугольника только между тремя выходными фазами без подключения к выходной клемме нейтрали.

Рисунок 4: Типичные конфигурации трехфазного напряжения, используемые в США

Это соотношение √3 важно при использовании программируемого трехфазного источника переменного тока, поскольку все источники переменного тока типа T&M программируются только на линейное и нейтральное напряжение.Таким образом, если какое-либо из указанных условий не выполняется, вы не можете просто полагаться на эту формулу для определения линейного напряжения:

1. Одинаковые напряжения VLN на всех трех фазах
2. Сбалансированные углы фаз на фазах B и C
3. Низкие искажения, чистый синусоидальный сигнал

Небольшой фазовый сдвиг на одной или нескольких из трех фаз может оказать значительное влияние на напряжения V _LL , что также приведет к дисбалансу тока нагрузки.

Искаженное напряжение, вызванное нелинейной нагрузкой на одной или нескольких фазах, также может сбрасывать линейные напряжения.

Почему это важно?

Программируемые трехфазные источники питания переменного тока имеют регулируемые углы фаз и часто поддерживают сигналы произвольной формы. Это означает, что соотношение между фазой и нейтралью и линейным напряжением не обязательно «фиксированное». Как правило, все трехфазные программируемые источники питания переменного тока программируются на среднеквадратичное значение от линии до нейтрали, независимо от типа нагрузки (треугольник или звезда). Таким образом, может потребоваться фактически измерить результирующее линейное напряжение, поскольку его вычисление недействительно, если эти условия не выполняются.

Заключение

При тестировании трехфазных нагрузок обращайте пристальное внимание на параметры напряжения и фазы, делая предположения о напряжениях между линиями, приложенных к тестируемому устройству.

Электроэнергия в 3-фазных и 1-фазных системах ~ Обучение электротехнике

Мощность в электрической цепи или системе определяется:

Где:

I = ток в амперах

V = Напряжение в вольтах

Единица мощности – ватт (Вт).Мощность также может быть выражена в вольтах-амперах (ВА), как правило, в системах переменного тока.

В системе постоянного тока ток и напряжение не меняются во времени. Следовательно, произведение напряжения и тока дает нам мощность в ваттах. В системах переменного тока значения напряжения и тока постоянно изменяются синусоидальным образом, как показано ниже:

Форма кривой напряжения и тока переменного тока

Следовательно, в системе переменного тока произведение тока и напряжения не дает мощности в ваттах, а дает мощность в ВА (вольт-амперах).Мощность в ваттах для однофазной системы переменного тока определяется выражением:

Где:

P = мощность в ваттах

Iphase = фазный ток

Vphase = фазное напряжение

Cosф = коэффициент мощности

В трехфазной электросети:

Мощность = 3 x мощность в одной фазе:

Соединение треугольником (сеткой) и звездой в трехфазных системах переменного тока

Электроэнергия переменного тока часто подается и потребляется в трехфазных системах, которые обычно соединяются треугольником (сеткой) или звездой:

Рисунок 1: Соединения звездой и треугольником в 3-фазном A. Цепи C

Соединение на рисунке 1a выше известно как соединение треугольником, потому что диаграмма очень похожа на греческую букву Δ, называемую дельта. Другой тип соединения на рисунке 1b известен как соединение звездой или звездой. Соединение “звезда” отличается от соединения “треугольник” тем, что в нем последовательно соединены две фазы. Общая точка «O» трех обмоток называется нейтралью, потому что между этой точкой и любой из трех фаз существует равное напряжение. Этот пункт обычно обоснован.Обычно трансформаторы, двигатели и генераторы можно подключать по схеме звезды или треугольника.

Соотношение напряжения и тока в системах, соединенных треугольником и звездой

(a) Система с подключением по схеме треугольника

В системе, соединенной треугольником (см. Рис. 1а выше):

Фазное напряжение = линейное напряжение:

Линейный ток = 1,732-кратный фазный ток, т.е.

(b) Система с соединением звездой или звездой

В системе с соединением звездой (см. Рисунок 1b выше):

Линейный ток = Фазный ток

Напряжение сети = 1.732 раза Фазное напряжение

Мы видели, что мощность в 3-фазной системе определяется выражением:

Подстановка значений фазного тока и фазного напряжения для системы, соединенной треугольником и звездой, в приведенную выше формулу дает мощность в ваттах в трехфазной цепи переменного тока, подключенной либо треугольником, либо звездой, как:

Таким образом, зная линейное напряжение и линейный ток в любой трехфазной цепи переменного тока, а также коэффициент мощности, можно легко рассчитать мощность, подаваемую в систему.

Трехфазное питание: объяснение «Дельта» и «звезда»

Электричество используется для питания множества устройств, которые предназначены для удобства и необходимости людей и процессов по всему миру. Трехфазное питание играет ключевую роль в проектировании электрических систем, а трехфазные фильтры электромагнитных помех являются важной частью электрических устройств на различных рынках, в первую очередь в тяжелых промышленных приложениях. Большинству устройств в промышленных приложениях требуется большая мощность, чтобы обеспечить достаточное количество электроэнергии для поддержки больших двигателей, систем отопления, инверторов, выпрямителей, источника питания и индукционных цепей.Из-за этого высокомощное оборудование обычно проектируется для трехфазного или многофазного переменного тока, в котором общая потребляемая мощность делится между многими фазами, оптимизируя систему энергоснабжения (генерацию и распределение) и конструкцию оборудования.

В трехфазной системе есть три проводника, по которым протекает переменный ток. Они называются фазами и обычно обозначаются как A, B и C. Каждая фаза настроена на одну и ту же частоту и амплитуду напряжения, но сдвинута по фазе на 120 °, обеспечивая постоянную передачу мощности во время электрических циклов.

Трехфазные конфигурации электропитания особенно важны, потому что они могут поддерживать в три раза больше мощности, используя всего в 1 ½ – 2 раза больше проводов, чем конфигурация однофазного питания. Это может помочь снизить стоимость и количество материалов, необходимых для проектирования системы. Это также может упростить конструкцию двигателя, исключив необходимость в пусковых конденсаторах.

Однако преобразование большой мощности (инвертирование, выпрямление) генерирует шум с чрезмерно высокими частотами (EMI), который обычно представляет собой высшие гармоники различных частот переключения.

По этой причине трехфазные фильтры электромагнитных помех становятся особенно важными в трехфазных приложениях, поскольку они снижают уровень электромагнитных помех, предотвращают нарушения в работе оборудования и помогают компаниям соблюдать правила электромагнитной совместимости.

Различия между Delta и WYE

Трехфазные системы могут быть сконфигурированы двумя различными способами для поддержания равных нагрузок; они известны как конфигурации Delta и WYE. Названия «Дельта» и «WYE» представляют собой специфические индикаторы форм, на которые напоминают провода после соединения друг с другом. «Дельта» происходит от греческого символа «Δ», а «WYE» напоминает букву «Y» и также известна как «звездная» цепь. Обе конфигурации, Delta и WYE, обладают гибкостью для подачи питания по трем проводам, но основные различия между ними основаны на количестве проводов, доступных в каждой конфигурации, и текущем потоке. Конфигурация WYE приобрела популярность в последние годы, потому что она имеет нейтральный провод, который позволяет подключать как фазу к нейтрали (однофазное), так и линейное (2/3 фазы).

Что такое фильтры трехфазной линии питания?

Трехфазные фильтры электромагнитных помех

разработаны в соответствии со строгими требованиями норм электромагнитной совместимости для промышленных приложений. Правила определяют максимально допустимые уровни шума (в дБ), допустимые на линиях электропередач. Общие требования к конструкции 3-фазного фильтра электромагнитных помех включают входные токи, линейное напряжение, ограничение размера и требуемые вносимые потери. В дополнение к этому, конфигурация 3-фазного фильтра электромагнитных помех играет важную роль в конструкции.

Объяснение трехфазных фильтров, соединенных треугольником, и WYE

Дельта-трехфазный фильтр электромагнитных помех

3-фазные фильтры электромагнитных помех

Delta предназначены для уменьшения электромагнитных помех в устройствах, подключенных к трехфазному питанию, подключенному по схеме треугольник. Конфигурация Delta состоит из четырех проводов; три токопроводящих жилы и один заземляющий провод. Фазовые нагрузки (например, обмотки двигателя) соединены друг с другом в форме треугольника, где соединение выполняется от одного конца обмотки к начальному концу другого, образуя замкнутую цепь.

В этой конфигурации нет нейтрального провода, но он может питаться от трехфазной сети WYE, если нейтральная линия опущена / заземлена. Дельта-система используется для передачи энергии из-за более низкой стоимости из-за отсутствия нейтрального кабеля. Он также используется в приложениях, требующих высокого пускового момента.

Из-за отсутствия нейтрального провода конденсаторы, используемые в трехфазных фильтрах электромагнитных помех Delta, должны быть рассчитаны на линейное (междуфазное) напряжение, что может увеличить размер, вес и стоимость. Однако отсутствие нейтрального провода позволяет получить более высокие номинальные токи, чем WYE, и лучшую производительность при том же заданном кубическом объеме.

Проектирование и трехфазный дельта-фильтр электромагнитных помех

1. Определите максимальную мощность, требуемую нагрузкой.
2. Разделите максимальную мощность, требуемую нагрузкой, на 3, чтобы получить мощность на каждую фазу.
3. Разделите ответ на линейное напряжение.
4. Умножьте предыдущий ответ на квадратный корень из 3.

Преимущества дельта-конфигурации

• Дельта-конфигурации обычно могут быть разработаны для работы с более высоким током и более эффективны.
• Защита для дельта-конфигураций может быть простой.
Конфигурации
• Delta обычно устанавливаются для тяжелых условий эксплуатации и предпочтительны для выработки и передачи электроэнергии.

WYE 3-фазный фильтр для защиты от электромагнитных помех

Фильтры EMI

WYE предназначены для фильтрации типичных устройств преобразования мощности в режиме переключения и других приложений, требующих нейтрального подключения. Эта конфигурация состоит из пяти проводов; три проводника под напряжением, нейтраль и земля.В конфигурации WYE фазные нагрузки подключаются в единственной (нейтральной) точке, к которой подключается нейтральный провод. P>

Когда нагрузки WYE-конфигурации полностью сбалансированы, через нейтральный провод ток не течет. Когда нагрузки неуравновешены, через нейтральный провод проходит ток. Эта конфигурация позволяет использовать в фильтре конденсаторы более низкого напряжения (120 В переменного тока в системе 208 В переменного тока и 277 В переменного тока в системе 480 В переменного тока), что может привести к экономии затрат, веса и объема.

Во многих случаях нейтральный провод можно оставить плавающим.Однако, как упоминалось ранее, конфигурация WYE обеспечивает гибкость для подключения нагрузок в цепи между фазой и нейтралью или между фазами. В отличие от Delta, эта конфигурация может использоваться как четырехпроводная схема или пятипроводная схема. Конфигурации WYE обычно используются в сетях распределения электроэнергии. Это в первую очередь требуется в приложениях, требующих меньшего пускового тока и перемещаемых на большие расстояния.

Проектирование и трехфазный фильтр электромагнитных помех WYE

1. Определите максимальную мощность, требуемую нагрузкой.
2. Разделите максимальную мощность, требуемую нагрузкой, на 3, чтобы получить мощность на каждую фазу.
3. Разделите ответ на напряжение фаза-нейтраль / земля.

Преимущества конфигураций WYE

• Предпочтительно для распределения электроэнергии, поскольку он может поддерживать однофазные (фаза-нейтраль), 2-фазные (междуфазные) и трехфазные нагрузки.
• Точка звезды обычно заземлена, что делает ее идеальной для несимметричных нагрузок.
• Для той же поддержки напряжения требуется меньшая изоляция.

Стоимость трехфазных фильтров линии питания Delta по сравнению с WYE

Конфигурация трехфазного дельта-фильтра электромагнитных помех может быть технически более экономичной, чем конфигурации WYE, поскольку для нее требуется только трехжильный кабель вместо четырех, что снижает стоимость материалов для изготовления блоков. Однако некоторые из этих рентабельности могут быть компенсированы необходимостью в компонентах, рассчитанных на высокое напряжение.

Astrodyne TDI Трехфазный фильтр электромагнитных помех Дельта- и WYE-конфигурации

Astrodyne TDI предлагает 3-фазные фильтры электромагнитных помех в конфигурациях Delta и WYE, чтобы уменьшить электромагнитные помехи в различных приложениях и обеспечить соответствие международным стандартам излучения.Наши трехфазные фильтры электромагнитных помех находятся в диапазоне от 480 В / 520 В до 600 В переменного тока с номинальным током до 2500 А. Сетевые фильтры предлагаются в одно-, двух- и многоступенчатом исполнении, с более высокими значениями тока и напряжения, доступными по запросу.

Благодаря нашему обширному ассортименту фильтров и сильным конструктивным возможностям наша команда инженеров может гарантировать, что найдет наиболее эффективное решение для трехфазного фильтра электромагнитных помех, соответствующее любой спецификации и самым сложным приложениям.

Просмотрите нашу подборку трехфазных фильтров электромагнитных помех или свяжитесь с нашей командой, чтобы узнать больше о продукте, который поможет удовлетворить ваши требования.

Руководство по питанию (одно- и трехфазное)

Для электрически ненастроенных трехфазную и однофазную мощность можно рассматривать в том же смысле, что и механическую мощность. Несмотря на различия, у них есть одна общая черта – они передают мощность с помощью давления и потока. Обсуждая электрическую мощность, давление означает силу, а поток означает скорость.

Вы рассчитываете мощность, передаваемую через однофазную и трехфазную сети, следующим образом: давление, умноженное на расход, или сила, умноженная на скорость.

Когда дело доходит до механической мощности, люди используют несколько разных терминов вместо слов «сила» и «скорость». Например, термины «фут-фунты» и «фунты на квадратный дюйм» описывают силу. Между тем, термины «скорость вращения» и «галлоны в минуту» относятся к скорости.

Что касается электроэнергии, то терминология становится более ограниченной. Например, только один термин «напряжение» описывает силу. Между тем, только два термина – «ток» и «амперы» – описывают скорость.

В прошлые десятилетия стандартом подачи электроэнергии был постоянный ток (DC), при котором мощность текла в одном направлении.В современном мире стандартом подачи электроэнергии является переменный ток (AC), при котором поток энергии имеет переменное направление.

Стандарт мощности изменен с постоянного тока на переменный, поскольку последний обеспечивает более эффективную подачу энергии на большие расстояния. Частота переменного тока различается в зависимости от страны:

• 60 Гц (циклов в секунду) – частота переменного тока в США.
• 50 Гц (циклов в секунду) – это частота переменного тока во многих других странах.

В механической мощности уравнение мощности представляет собой произведение фут-фунта (давления) и скорости вращения (скорости). В электроэнергетике уравнение мощности представляет собой произведение напряжения (силы) на ток (расход).

В домах наиболее часто используемая силовая цепь состоит из однофазной двухпроводной сети переменного тока, которая питает все, от компьютеров и бытовой техники до телевизоров, фенов и вентиляторов. Большинство установок имеют два провода – нейтральный и силовой.Питание проходит между двумя проводами, начиная с провода питания.

Что такое однофазный (двух- или двухфазный) и трехфазный?

Различия между однофазными, двухфазными и трехфазными системами сводятся к их конфигурациям, которые определяют уровень напряжения, подаваемого на оборудование на принимающей стороне. Чем тяжелее груз, тем выше требования.

Что такое однофазное питание?

Однофазная трехпроводная система – это система распределения питания переменного тока, которая экономит материал проводов в однофазной системе.Для распределительного трансформатора требуется только одна фаза на стороне питания. Трансформатор, который питает трехпроводную распределительную систему, содержит однофазную первичную входную обмотку.

В США и других округах есть разные уровни стандартного напряжения. В США стандартное однофазное напряжение составляет 120 В. Во многих других странах стандартное однофазное напряжение составляет 230 В. Оба состоят из одного провода напряжения – 120 В или 230 В – и одного нейтрального провода.

Что такое двухфазное питание?

Двойная фаза – также известная как разделенная фаза – в основном то же самое, что и однофазная. Двойная фаза состоит из переменного тока (AC) с двумя проводами. В Соединенных Штатах типичная система электропитания в домах состоит из двух силовых проводов на 120 В – фазы A и фазы B, которые сдвинуты по фазе на 180 градусов. Многие предпочитают этот подход за его гибкость.

В нагрузках с низким энергопотреблением, таких как освещение, телевизор, стереосистема и компьютерная периферия, питание подается от одной из двух цепей питания на 120 В. В нагрузках, которые используют большое количество энергии, таких как стиральная машина, посудомоечная машина, кондиционер и обогреватели, одна силовая цепь 240 В действует как источник питания.

Что такое трехфазное питание?

Трехфазное питание – это силовая цепь, состоящая из трехпроводной цепи переменного тока. Большинство коммерческих зданий по всей территории Соединенных Штатов имеют трехфазную цепь питания. Схема питания обычно состоит из четырех проводов – 208 Y / 120 В – расположение считается наиболее плотным и гибким.

По сравнению с однофазным, трехфазный источник питания обеспечивает большую мощность – в 1,732 раза больше, чем однофазная – при том же токе:

• В нагрузках с низким энергопотреблением, таких как освещение, телевидение, радио, компьютер и сканер, питание может подаваться от любой из трех однофазных цепей питания на 120 В.
• Для нагрузок со средней мощностью, таких как водонагреватели и осушители воздуха, питание может подаваться от любой из трех однофазных цепей питания на 208 В.
• Нагрузки, требующие больших объемов энергии, включая обогреватели, кондиционеры и сверхмощное гаражное оборудование, питаются от одной трехфазной цепи питания 208 В.

На большинстве промышленных предприятий США используются трехфазные четырехпроводные схемы питания, так как эта схема – 480 Y / 277 В – является самой плотной и мощной. По сравнению с трехфазным двигателем на 208 В трехфазный на 480 В обеспечивает значительно больший источник питания с таким же током или с пониженным на 43% током.Преимущества этой установки заключаются в следующем:

• Снижение затрат на строительство благодаря меньшим размерам электрических устройств и схем.
• Снижение затрат на электроэнергию за счет сохранения электрических токов, которые преобразуются в тепло, а не теряются.

Если принять во внимание задействованное мощное оборудование, трехфазные системы несут ответственность за самые невероятные достижения в области архитектурной инженерии, которых когда-либо достигало человечество.

Разница между энергосистемой США и Европы

Энергетические системы в Северной Америке, Великобритании, континентальной Европе и Океании различаются.

Европейская энергосистема

В Европе в большинстве энергосистем используются трехфазные сети 230 В / 400 В. Основное исключение из этого правила – на фермах и в сельских деревнях, где для получения электроэнергии используются однофазные установки. Исключение связано с тем, что в сельской местности обычно есть доступ только к одному высоковольтному проводу.

В Соединенном Королевстве федеральный закон требует, чтобы на строительных площадках электроинструмент и переносное освещение подавались через системы с центральным отводом напряжением 55 В. Подобные устройства используются с оборудованием на 110 В, для которого не требуется нейтральный провод. Цель здесь – снизить вероятность поражения электрическим током, который часто представляет собой серьезную угрозу на открытом воздухе, особенно в сырые и дождливые дни.

Одна из самых распространенных строительных машин в США.K. – переносной трансформатор, особенно тот, который преобразует энергию между однофазными 240 В и 110 В. Электропитание на строительных площадках осуществляется напрямую через генераторные установки. Одним из дополнительных преимуществ такой схемы является то, что лампы накаливания на 110 В – типичные для этой установки – имеют более прочные нити накаливания и более приспособленные для выполняемой работы, чем нити накаливания ламп на 240 В.

В антиподном содружестве, которое предпочитает недорогие варианты, электрические сети обеспечивают однопроводные линии передачи с заземлением (SWER) для удаленных нагрузок.

Североамериканская энергосистема

Для жилых домов и небольших коммерческих объектов в США и Канаде трехпроводные однофазные системы являются наиболее распространенным источником электроэнергии. Установка позволяет работать двумя способами:

• 120 В между нейтралью
• 240 В от линии к линии

Первый из них подает питание на стандартные розетки и заземленные светильники. В более тяжелом оборудовании, таком как холодильники, духовки, посудомоечные машины, обогреватели и другие приборы, требующие более мощных источников энергии, используется второе.

Положение о коммутации управляющих двухфазных цепей. Обратный провод не имеет защиты автоматического выключателя. Таким образом, нейтральный провод должен использоваться исключительно цепями питания противоположной линии. Нейтраль может совместно использоваться двумя цепями противоположных линий, если имеется перемычка для подключения двух выключателей, поскольку это позволяет обоим срабатывать одновременно, а также предотвращает прохождение 120 В по цепям 240 В. В исключительном варианте терминологии 220 В называется однофазным в Соединенных Штатах, но не за рубежом.

Какие основные различия существуют между двух- и трехфазной электрической энергией?

В зданиях, где используются трехфазные источники питания, инженеры разработали электрические системы, обеспечивающие балансировку нагрузок. Это позволяет избежать дисбаланса в течение дня, поскольку разные стороны используют легкие, средние и тяжелые грузы. Инженеры также применили тот же принцип к источникам питания, которые они распределяют по разным зданиям.

В Великобритании на одну фазу подается нейтраль при токах до 100А для отдельных объектов.В Германии и других странах Европы каждая недвижимость получает три фазы и нейтраль. Однако в Германии номинал предохранителя ниже, и он перетасовывается, чтобы предотвратить влияние, которое повышенные нагрузки могут оказать на первую фазу.

В США и Канаде часто наблюдается высокий уровень предложения дельты. В этой схеме одна обмотка имеет центральный отвод, что позволяет использовать три разных уровня напряжения. Основное назначение этого источника питания, подключенного по схеме треугольника, – обеспечить питание двигателей большой мощности, которым требуется вращающееся поле.

Однофазные нагрузки

За исключением систем с высоким перепадом треугольника, однофазная нагрузка может работать между любыми двумя фазами. Когда однофазные нагрузки распределяются по фазам системы, это сохраняет баланс нагрузок и создает более управляемую ситуацию для проводников. В сбалансированной системе звезды, состоящей из трех фаз и четырех проводов, три провода и нейтраль системы имеют одинаковое напряжение.

Когда питающий трансформатор получает обратные токи из домов и зданий потребителей, эти токи совместно делят нейтральный провод.Если все возвращающие нагрузки равномерно распределены по каждой из трех фаз, нейтральный провод будет пропускать обратный ток, равный нулю. Однако использование мощности трансформатора может оказаться неэффективным, если вторичная сторона трансформатора имеет несимметричную фазную нагрузку.

Если в нейтрали питания возникает разрыв, напряжение между фазой и нейтралью не сохраняется. Более низкое напряжение будет на фазах с более высокими нагрузками, а более высокое напряжение будет на фазах с более низкими нагрузками.

Несбалансированные нагрузки

В трехфазной системе, где токи в проводах под напряжением не равны или не образуют идеального фазового угла 120 градусов, нагрузка несимметрична, поскольку потери мощности выше, чем в сбалансированной системе.

Электродвигатель относится к особому классу, когда речь идет о трехфазных нагрузках. Трехфазный асинхронный двигатель, применяемый в различных отраслях промышленности, обеспечивает высокую скорость и пусковой момент. Трехфазный двигатель, известный своей эффективностью, превосходит однофазные двигатели аналогичного номинала и напряжения.Трехфазный двигатель, требующий меньшего количества обслуживания и относительно невысокая стоимость, служит дольше и меньше вибрирует, чем однофазный.

Трехфазные системы часто также обеспечивают питание электрического освещения, электрических котлов и других нагрузок резистивного отопления. По всей Европе к трехфазному питанию подходят бытовые электроплиты и отопительные приборы. Вы также можете подключить нагреватели между нейтралью и фазой, в которых отсутствует трехфазный доступ. В местах, где трехфазное питание недоступно, конфигурация с расщепленной фазой позволяет получить доступ к удвоенному значению напряжения для тяжелых нагрузок.

Двухфазная система использует два напряжения переменного тока, разделенных фазовым сдвигом на 90 градусов. Некоторые из первых общественных кондиционеров, а также самые первые генераторы на Ниагарском водопаде работали на двухфазных системах. Трансформатор Скотт-Т может использоваться для соединения двухфазных систем с трехфазными системами. Двухфазные системы в значительной степени были заменены трехфазными системами, но некоторые остатки двухфазных систем все еще существуют.

Какие бывают трехфазные конфигурации? Цепи звезда (Y) и треугольник (Δ)

Трехфазные цепи бывают двух конфигураций – звезда (Y) и треугольник (Δ).В звездообразной конфигурации используются три, а иногда и четыре провода, в то время как в треугольной конфигурации используются только три провода. В звездообразных конфигурациях дополнительный четвертый провод обычно заземляется и предлагается в качестве нейтрали.

Ни трехпроводный, ни четырехпроводной варианты не учитывают заземляющий провод, который проходит по линиям передачи с целью защиты от неисправностей. В нормальных условиях заземляющий провод даже не пропускает ток.

При одновременном использовании однофазной и трехфазной нагрузки вступает в силу четырехпроводная конфигурация “звезда”.Примером этого может быть случай, когда источник питания питает свет, а также обогреватели. В местах, где муфты потребителей имеют общую нейтраль и имеют разное количество фазных токов, результирующие токи передаются по общей нейтрали.

Дельта соединяет обмотку между разными фазами в трехфазной конфигурации. Звезда соединяет каждую обмотку в источнике питания между фазой и нейтралью. В этих конфигурациях будет работать один трехфазный или три однофазных трансформатора.

В системе с открытым треугольником, также известной как V-система, конфигурация состоит из двух трансформаторов. Если трансформатор выходит из строя или становится злокачественным в замкнутом треугольнике, который состоит из трех однофазных трансформаторов, этот треугольник может работать как разомкнутый треугольник. Два трансформатора в разомкнутом треугольнике не только проводят ток для своих соответствующих фаз, но и пропускают ток третьей фазы.

Для того, чтобы система “треугольник” могла обнаруживать паразитные токи, необходимо заземление.Зигзагообразный трансформатор часто защищает дельта-конфигурацию от скачков напряжения. Зигзагообразный трансформатор возвращает токи короткого замыкания на землю.

Как проверить трехфазное напряжение

Для того, чтобы иметь трехфазное электрическое питание, у вас должна быть установка с тремя проводами подключения для передачи. Электроэнергетические компании Северной Америки вырабатывают трехфазные токи, которые передают энергию по электрическим сетям, и это обеспечивает энергией города, поселки и пригороды по всей территории Соединенных Штатов и Канады.

В жилых домах и небольших офисных зданиях однофазное питание является наиболее распространенным источником энергии. На стадионах и промышленных предприятиях трехфазное питание является стандартным источником питания. Две схемы подключения трансформаторов, работающих от трехфазного тока, известны как треугольник и звезда. Между ними есть небольшая разница в напряжении, и все зависит от проводки.

Шаги, необходимые для проверки напряжения на двигателе, легко выполнить:

• Выключите выключатель на двигателе.Снимите винты, которыми крышка крепится к разъединителю, и отложите крышку в сторону.
• Переместите мультиметр на переменное напряжение. Присоединяемые провода зонда к следующим выводам подключаются – общий и вольтный. Если мультиметр имеет функцию автоматического выбора диапазона, переходите к следующему шагу. Если нет, выберите диапазон напряжения, который превышает предполагаемое напряжение.
• Проверьте внутреннюю часть распределительной коробки на двигателе. Должно быть два набора проводов. Однажды набор должен включать три входящих провода, а другой должен состоять из трех исходящих проводов.
• Входящие провода должны быть подключены к клемме со следующими тремя символами – L1, L2 и L3. В качестве альтернативы терминал может перечислить их как Line 1, Line 2 и Line 3.
• Выходящие провода следует присоединить к клемме со следующими тремя символами – T1, T2 и T3. В качестве альтернативы терминал может перечислить их как «Нагрузка 1», «Нагрузка 2» и «Нагрузка 3».
• Из трех фаз тока каждая фаза проходит по проводу и обозначена входом и выходом соответствующим номером.Например, L3 и T3 представляют третью фазу.
• Испытайте L и T попарно с помощью щупов мультиметра. Поместите щуп на L1 и L2, затем посмотрите на отображение напряжения. Повторите этот шаг с комбинацией L1 и L3, а затем L2 и L3. Напряжение для каждой из этих пар должно быть одинаковым.
• Когда вы запускаете этот тест на парах T – T1 и T2, T1 и T3, а также T2 и T3 – напряжение для каждой пары должно быть нулевым.
• Включите выключатель.Еще раз проверьте пары T. Напряжение для каждой пары должно быть таким же, как для пар L.

Если у вас есть свободная клемма нейтрали, проверьте однофазное напряжение между ней и L1. Повторите тест между нейтралью и L2 и нейтралью и L3. Тестируемое здесь напряжение должно составлять половину от того, что выходит для пар линий.

Во вращающемся фазовом преобразователе одна фаза трехфазного тока может иметь другое напряжение, чем остальные две. В условиях нагрузки, которые связаны с работающими двигателями, напряжение будет изменяться, но этого следовало ожидать.

Когда вы проводите проверку напряжения, обращайте пристальное внимание на то, что вы делаете, и не позволяйте себе отвлекаться. Проведение этих тестов может быть опасным.

На некоторых двигателях выключатель такой же, как выключатель. Следовательно, переключение разъединителя в положение «включено» фактически приведет к включению двигателя.

Дополнительная информация об электроэнергетике

В сегодняшнем мире высоких технологий и высоких технологий доступ к электроэнергии в любое время и в любых условиях не является роскошью.Это обязательно. Global Electronic Services выполняет сервисные работы на полном спектре промышленной электроники, двигателей и другого высокомощного оборудования.