Однофазная и трехфазная электрическая сеть
Вступление
Здравствуй Уважаемый читатель сайта Elesant.ru. Электрический ток «доставляется» до потребителя по высоковольтным линиям электропередач. Электрический ток линий электропередач имеет высокое напряжение и напрямую не может использоваться потребителями. Для повседневного использования электрического тока доставленного ЛЭП его напряжение нужно понизить.
Для этого возле потребителей устанавливаются специальные трансформаторные подстанции. Трансформаторные подстанции понижают высоковольтное напряжение до номинальных значений пригодных для использования. Остановимся немного на подстанциях.
Трансформаторная подстанция
Трансформаторные подстанции это электроустановка, предназначенная для приема, преобразования и распределения электроэнергии от линий электропередач.
Состоят подстанции из понижающего трансформатора, распределительного устройства (РУ) и устройств управления.
По способу строительства и расположения подстанции подразделяются на пристроенные, встроенные, внутрецеховые. Для загорода наиболее распространены мачтовые и столбовые подстанции.
Основным элементом подстанции является понижающий трансформатор. Понижающие трансформаторы могут быть трехфазные и однофазные. Однофазные трансформаторы используются в комплексе с трехфазными трансформаторами и в основном в сельской местности.
Понижается напряжение в трансформаторах до номинального рабочего напряжения 380 или 220 вольт. Называются эти напряжения линейным и фазным соответственно. А питание потребителей называется соответственно трехфазным и однофазным. Рассмотрим виды питания потребителей подробнее.
Однофазное электрическое питание
Однофазное электропитание запитывает потребителя от одной фазной линии и линии нулевого рабочего провода. Линии для однофазного питания называют однофазными электрическими сетями. Номинальное рабочее напряжение однофазных электрических сетей составляет 220 вольт.
Сами однофазные сети тоже можно разделить в зависимости от рабочих проводников.
Однофазная двухпроводная сеть
В однофазных двухпроводных сетях для электропитания используются два провода: фазного(L) и нулевого (N). Такая электрическая сеть не предусматривает заземление электроприборов. Двухпроводная электрическая сеть была да и остается самой распространенной в старом жилом фонде.
Если у вас дома проводка выполнена проводами с алюминиевыми жилами, скорее всего у вас двухпроводная электрическая сеть.
Пример схемы: однофазная двухпроводная сеть в квартире
Однофазная трехпроводная сеть
В однофазных трехпроводных сетях используются три провода: фазного(L), нулевого (N) и защитного, заземляющего. Третий заземляющий провод предназначен для дополнительной защиты человека от поражений электрическим током. Соединение заземляющего провода с корпусами электроприборов (заземление), позволяет отключать электропитание при замыкании фазного провода на корпус прибора (короткого фазного замыкания). Обозначается PE.
Заземление защищает не только человека от поражений электротоком, но и спасает сами электроприборы от перегораний.
Пример схемы:однофазная трехпроводная сеть в квартире
Трехфазное электрическое питание
При трехфазном питании в электрощит квартиры или ВРУ дома заводится три питающие фазы(L1;L2;L3) и нулевой рабочий проводник(N). Номинальное рабочее напряжение между любыми фазными проводами составляет 380 вольт. Напряжение между любым фазным проводом и рабочим нулем составляет 220 вольт. От электрощита проводка, распределяется по квартире или дому, согласно схеме электропроводки, обеспечивая 220 вольтовое или з80 вольтовое питание для электроприборов.
При расчете трехфазной электросети важно правильно распределить нагрузку между тремя фазами. Неравномерное распределение нагрузки между фазами приведут к перекосу фаз, сильный перекос фаз приведет к аварийной ситуации вплоть до обгорания одной из фаз.
Распределить трехфазное питание по квартире или дому можно электрокабелями с четырьмя или пятью проводами
Трехфазная четырехпроводная электрическая сеть
При четырехпроводной электропроводки электропитание происходит от трех фазных проводов и рабочего нуля. От электрощитка или распределительной коробки проводка распределяется по розеткам и светильникам двумя проводами: каждым фазным и нулевым(L1-N; L2-N; L3-N).Напряжением 220 вольт. На схемах фазы могут обозначаться А, В, С.
Пример схемы: трехфазная четырехпроводная сеть в квартире
Трехфазная пятипроводная электрическая сеть
В трехфазной пятипроводной электрической
Важно! Во всех трехфазных сетях важно равномерное распределение нагрузки (потребляемой мощности) между фазами. Опредилять нагрузку сети при трехфазном питании нельзя по основному закону электротехники, зокону Ома. Для расчетов нужно учитывать коэффициент мощности(cosф) и коэффициент спроса (Кспроса). Обычно для квартир cosф=0,90-0,93;Кспроса=0,8. Значение 0,8 принимается, если потребителей более 5.
Пример схемы:трехфазная пятипроводная сеть в квартире
Нормативные ссылки
Правила Устройства Электроустановок(ПУЭ),издание 7.
Другие статьи раздела: Электрические сети
Трехфазная или однофазная система электроснабжения – различия и особенности
Для проведения электроснабжения помещений используются разные системы электросетей. Все внешние электросети – трехфазные, но при вводе проводки внутрь помещений они часто разветвляются на три однофазные линии. Такая схема создается для равномерного и уравновешенного распределения нагрузок на систему, что обеспечивает надежность работы электросетей.
Трехфазная система электроснабжения включает в себя три провода с фазой (А, В и С), заземление и ноль, то есть в целом – 5 кабелей. Однофазная система – это 3 кабеля (фаза, ноль и заземление). Различаются они и по входному напряжению:
- Однофазная – 220 В;
- Трехфазная – 220В между фазой и нолем, 380В между двумя фазами.
Когда используется трехфазная система электроснабжения
Такие системы электроснабжения устанавливаются для промышленных объектов, где используется мощное оборудование и есть большая нагрузка на систему. В жилых домах трехфазная система устанавливается крайне редко, только в случае необходимости подключения мощной техники.
Особенности трехфазной системы электроснабжения:
- высокая пропускная мощность, возможность подключения разного оборудования и техники. Например, кабель с сечением 16 мм для однофазной сети (трех или двухжильный) позволяет потреблять электроэнергию во всем доме до 14 кВт, а такой же кабель для трехфазной сети – 42 кВт;
- строгие требования к расчету нагрузки на разные фазы, чтобы избежать неправильного распределения напряжений и выхода из строя приборов;
- большое количество проводов и других материалов для монтажа.
Электромонтажные работы в промышленных масштабах требуют ответственного подхода и четкого расчета напряжений, они проверяются соответствующими организациями по контролю.
Трехфазные и однофазные сети
2016-10-02 
Трехфазная сеть — это способ передачи электрического тока, когда переменный ток течет по трем проводам, а по одному возвращается назад. Те провода, по которым ток идет, называются фазными, а по которому возвращается — нулевым.
Трехфазная цепь состоит из трех фазных проводов и одного нулевого. Такое возможно потому, что фаза переменного тока в каждом из трех проводов сдвинута по отношению к соседнему на 120°. Передача переменного тока происходит именно при помощи трехфазных сетей. Это выгодно с экономической точки — не нужны еще два нулевых провода. Подходя к потребителю, ток распределяется на три фазы, и каждой из них дается по нулевому проводу. Так он попадает в квартиры и дома. Хотя в частном секторе нередко трехфазная сеть заводится прямо в дом.
Любая однофазная электрическая цепь состоит из двух проводов. По одному проводу ток поступает к потребителю, а по другому возвращается обратно. Если разомкнуть такую цепь, то ток идти не будет. Вот и все описание однофазной цепи.
Земля, или, правильнее сказать, заземление — третий провод в однофазной сети. В сущности, рабочей нагрузки он не несет, а служит своего рода предохранителем. Это можно объяснить на примере. В случае когда электричество выходит из-под контроля (например, короткое замыкание), возникает угроза пожара или удара током. Чтобы этого не произошло (то есть значение тока не должно превышать безопасный для человека и приборов уровень), вводится заземление. По этому проводу избыток электричества в буквальном смысле слова уходит в землю.
От трансформаторной понижающей подстанции до ВРУ ( Вводно-распределительное устройство, где происходит прием, учет и распределение электрической энергии) приходит трехфазная сеть пятижильным проводом, а в наши квартиры приходит уже трехжильный. На вопрос, куда деваются еще 2, ответ простой: питают другие квартиры. Это не значит, что квартир только 3, их может быть сколько угодно, лишь бы кабель выдержал. Просто внутри ВРУ выполняется схема разъединения трехфазной цепи на однофазные.
К каждой фазе, отходящей в квартиру, добавляются ноль и заземление, так и получается трехжильный кабель. В идеале в трехфазной сети только один ноль. Больше и не надо, поскольку ток сдвинут по фазе относительно друг друга на одну треть. Ноль — это нейтральный проводник, в котором напряжения нет. Относительно земли у него нет потенциала в отличие от фа-
зного провода, в котором напряжение (фазное напряжение между фазой и нулем) равно 220 В. Между фазами (так называемое линейное напряжение между любыми из трех фаз) напряжение 380 В. Фазные провода в трехфазной сети обычно маркируются так: фаза А — желтый, фаза B — зеленый, фаза C — красный.
В трехфазной сети, к которой ничего не подключено, в нейтральном проводнике нет напряжения. Самое интересное начинает происходить, когда сеть подключается к однофазной цепи. Одна фаза входит в квартиру, где стоят 2 лампочки и холодильник, а вторая где 5 кондиционеров, 2 компьютера, душевая кабина, индукционная плита и т. д. Понятно, что нагрузка на 2 эти фазы неодинакова, происходит перекос фаз и ни о каком нейтральном проводнике речи уже не идет. На нем тоже появляется напряжение, и чем неравномернее нагрузка, тем оно больше. Фазы уже не компенсируют друг друга, чтобы в сумме получился ноль.
На данный момент ситуация усугубляется еще тем, что большинство домашних электроприборов являются импульсными. По этой причине возникают дополнительные импульсные токи, которые не компенсируются в средней точке. Эти импульсные приборы вместе с разной нагрузкой на фазы создают такие условия, что в нейтральном проводнике может оказаться ток равный или превышающий ток одной из фаз. Однако нейтраль такого же сечения, что и фазный провод, а нагрузка больше.
Вот почему в последнее время все чаще возникает явление, называемое «отгоранием» или обрывом нулевого проводника — нейтральный проводник просто не справляется с нагрузкой, перегревается и отгорает.
Для защиты от такой неприятности надо либо увеличивать сечение нейтрального провода (а это дорого), либо распределять нагрузку между 3 фазами равномерно (что в условиях многоквартирного дома невозможно). Поэтому оптимальным решением я считаю использование реле контроля напряжения, которое отключит питание квартиры в случае выхода напряжения за допустимые пределы. Тем самым оно защитит ваши электроприборы.
Реле контроля напряжения
Какую сеть лучше провести в частном доме?
Если у вас в доме есть трехфазное оборудование, то ответ очевиден. Также к плюсам трехфазной сети можно отнести то, что на ввод можно использовать кабель меньшего сечения, чем при однофазной, так как в трехфазной сети мощность распределяется по трем фазам, благодаря чему на каждую фазу приходится меньшая нагрузка.
К минусам трехфазного ввода можно отнести более высокие расходы на покупку трехфазных автоматов, УЗО, счетчика, габариты распределительного щита будут больше чем однофазного, а также при трехфазной сети необходимо грамотно распределить нагрузку по фазам во избежании перекоса фаз — несимметрии токов и напряжений.
Что касается мощности, то здесь в основном все зависит от максимально разрешенной мощности, указанной в технических условиях на подключение. Если у вас на даче небольшой летний домик или бытовка и разрешенная мощность предположим 5квт, то вполне достаточно будет однофазного ввода, а вот при наличии большого загородного дома со множеством потребителей, или своей мастерской с трехфазными потребителями, то здесь конечно уже не обойтись без трехфазной сети.
Система электропитания переменным током | elesant.ru
Линии электропередач, повышающие и понижающие трансформаторы
Основные бытовые и промышленные электроприёмники питаются от переменного тока. Вырабатывается переменный ток электростанциями при помощи генераторов напряжения переменного тока.
На электростанциях вырабатывается трехфазный переменный ток, низкого напряжения. До потребителя переменный трехфазный ток доставляется по линиям электропередачи. Для того чтобы доставить выработанный ток до потребителя нужно повысить его амплитудное напряжение. Читать: Как получает электроэнергию потребитель низкого напряжения 380 Вольт
Для этого перед линиями электропередач напряжение электрического тока повышается. Непосредственно перед потребителем напряжение переменного тока понижается. Понижается напряжение в трансформаторных подстанциях.
Понижается напряжение при помощи понижающих трансформаторов. Так как переменный ток трехфазный, то трансформаторы тоже трехфазные. Понижается напряжение до стандартного значения 380 вольт. Напряжение между фазами переменного электрического тока называется линейным. Каждая линия трехфазного переменного тока обозначается L1;L2;L3 или А; В; С. Напряжение 380 Вольт обозначается соответственно: АВ; СА; ВС.
Нейтраль и нулевой рабочий проводник в системе электропитания переменным током
Соединяются три понижающих трансформатора по типу звезда или треугольник.
При соединении по типу звезда концы фаз обмоток трех трансформаторов соединяются в одну точку. Точка соединения называется нейтралью. Проводник, отходящий от глухозаземленной нейтрала, называется нулевой рабочий проводник или попросту «ноль». На схеме ноль обозначается латинской буквой N. Напряжение между фазой и нейтралью составляет 220 Вольт. Такое напряжение называется фазным или сетевым. Номинал сетевого напряжения сети составляет 220 вольт при частоте 50 Гц (Герц).
Каждая энергоустановка, в том числе и трансформаторная подстанция, имеют специально сделанный контур заземления. Нейтраль трех трансформаторов может быть соединена с заземлением или нет. В первом случае нейтраль будет глухозаземленной, во втором случае нейтраль будет изолированной.
Провод самого заземления называется защитный проводник. На схеме он обозначается PE.
В зависимости от вариантов соединения (или отсутствия такового) N-рабочего нулевого (нейтрального) проводника и проводника PE-заземленного защитного проводника различают три основных и две редко всречающихся систем заземления электрических сетей. Системы заземления, в некоторых схемах, называют системами зануления.
Рассмотрим системы заземления электрических линий электропитания подробнее
Линии электропитания включают нулевой рабочий проводник (N), нулевой защитный проводник (PE) и фазный проводник (L1;L2;L3).
Линия электропитания с системой заземления TN-C
Система заземления TN-C предполагает, что нулевой рабочий проводник(N), нулевой защитный проводник(PE) совмещены в одном проводнике во всей линии электропитания. Обозначается такой проводник (PEN).
Линия электропитания с системой заземления TN-C-S
Эта система заземления предполагает, что нулевой рабочий проводник(N), нулевой защитный проводник (PE) объединены от нейтрали трансформатора до промежуточного распределительного устройства. Например, этажного щитка. В этом устройстве проводники N и PE разделяются.
Линия электропитания с системой заземления TN-S
Cсистема заземления TN-S предполагает, что нулевой рабочий проводник (N), нулевой защитный проводник (PE) разделены во всей линии электропитания от трансформатора до потребителя.
Системы заземления TN-C;TN-C-S;TN-S по определению предполагают, что нейтраль питающих трансформаторов глухозаземлена. По-другому дело обстоит с системами заземления IT и TT.
Линия электропитания с системой заземления IT
Эта система заземления предполагает, что нейтраль питающего трансформатора изолирована от заземления или соединена сеим через аппараты высокого сопротивления. Заземлены же открытые токопроводящие элементы электроустановок.
Линия электропитания с системой заземления TT
Эта система заземления предполагает, что нейтраль питающего трансформатора глухозаземлена. Также заземлены открытые токопроводящие элементы электроустановок, но их система заземления независима от системы заземления трансформатора.
Системы заземления IT и TT применяются в специальных электрических сетях и не имеют бытового назначения. Основными системами заземления для жилых квартир, домов и бытовых помещений являются системы TN-C и TN-C-S.
Нормативные ссылки
ПУЭ(Правила Устройства Электроустановок) изд.7
Другие статьи раздела: Электрические сети
Схема электропитания квартиры без отдельного защитного провода
Здравствуйте Уважаемые читатели сайта Elesant.ru. В этой статье публикуется наглядная схема подключения вводных автоматов, электросчетчика и автоматов защиты групповых цепей квартиры, при системе заземления TN-C.
Открыть наглядную схему в отдельном окне,формат 2362х1983 точек.
Разберем эту наглядную схему электропроводки подробно
Наглядная схема организации электропитания стандартной квартиры. Электропитание однофазное,220 Вольт. Вводные автоматы установлены на фазный и нулевой провод электропитания. Вводной автомат при срабатывании должен отключать все проводники, находящиеся под напряжением, два вводных автомата объединяются при помощи специальной насадки на рычаги управления. Это позволит при срабатывании («выбивании») одного автомата, отключить и второй водной автомат.
От выхода вводных автоматов провода электропитания подключаются к электросчетчику. В данной схеме используется электросчетчик «Меркурий». Вводное электропитание подключается к клеммам 1 и 3 электросчетчика. От клемм 2 и 4 электросчетчика провода электропитания подключаются к распределительной схеме групповых цепей квартиры.
Следует отметить, что подключение электросчетчика должно осуществлять энергоуправляющая компания. Счетчик должен быть опечатан, и первичные показания счетчика занесены в договор или журнал учета, как начальные показания счетчика.
Распределительная схема групповых цепей квартиры
Распределительная схема групповых цепей квартиры на этой наглядной схеме достаточно проста.
Вся электропроводка квартиры защищена дифференциальным устройством защитного отключения (УЗО-Д).
Дифференциальное устройство защитного отключения совмещает в себе функции простого УЗО и автомата защиты. Тоесть УЗО-Д защищает не только людей от токов утечки, но и электропроводку от перегрузок и токов короткого замыкания.
Следует отметить, что в данной схеме установка простого УЗО вместо УЗО-Д является ошибкой. Простое УЗО должно устанавливаться в схему электропроводки после автомата защиты. Причем номинал УЗО по рабочему току должен быть больше или равным номиналу автомата защиты. Делается это для того, чтобы при перегрузке первым отключался автомат защиты, а не УЗО.
Вернемся к наглядной схеме. Групповая электросеть квартиры разделена на три группы: освещение, розетки и стиральная машина. Провода каждой группы защищены однополюсными автоматами защиты.
Выводы
Представленная наглядная схема электропитания небольшой квартиры с системой заземления TN-C. То есть на представленной схеме нулевой рабочий и нулевой защитный проводники объединены в одном проводнике на всем его протяжении.
На схеме не указаны сечения проводов электропроводки. Но их можно посчитать по выбранным номиналам автоматов защиты. Таблицу расчета можно посмотреть ТУТ.
©Elesant.ru
Другие Электросхемы и Электропроекты:
мая 2012
июня 2012
октября 2012
ноября 2012
Один из самых распространенных вопросов при выборе электростанции, какая лучше однофазная или трехфазная? Часто покупатели бывают в недоумении от того, что продавец советует им купить однофазную электростанцию, хотя в дом приходит три фазы. Именно поэтому в этом разделе мы постараемся разобраться с темой количества фаз генераторной установки отдельно.
Сеть
Итак, основная сеть электропитания может иметь 1 или 3 фазы. Двух фаз не бывает. Два провода, входящие в дом – это фаза с напряжением 220 Вольт и нейтраль (ноль), которая часто также выполняет функцию заземления. Если в дом входит четыре провода, то имеет место быть 3-фазный вход плюс нейтраль (нулевая фаза). Напряжение в цепях трехфазного тока, как правило, обозначают дробью 220/380 (230/400) Вольт: 220 (230) в числителе дроби означает напряжение фаза-ноль, а 380 (400) в знаменателе – напряжение между любыми двумя фазными проводами.
Потребители
Трехфазный ток обычно используется на производстве, а так же для бытовых приборов старого образца, либо потребителей большой мощности: электроплиты, сауны, асинхронные двигатели в насосах. В быту, в основном, используются однофазные устройства.
Электрогенераторы
Однофазный и трехфазный генератор – разные устройства. Трехфазная электростанция создана для того, чтобы обеспечивать электроэнергией трехфазные потребители, а не для того, чтобы питать однофазные устройства, разделенные на три части. Трехфазный генератор мощностью 9 кВт выдает 3 раза по 3 кВт. Он не сможет запитать однофазную нагрузку в 4 кВт. При этом генераторные электростанции большой мощности (свыше 30 кВА), не имеют проблемы с распределением нагрузки пофазно при использовании в быту. Главной особенностью эксплуатации трехфазной электростанции является обязательное равномерное распределение нагрузки между фазами. Разница в нагрузке между тремя фазами не должна превышать 25%.
Системы резервного электроснабжения
Схема №1 Однофазный ввод, однофазные потребители, однофазный генератор
Самая простая ситуация, когда у вас в доме нет трехфазных потребителей, и к дому подходит одна фаза. В этом случае для резервного электроснабжения используется однофазный электрогенератор. Резервировать электрогенератором можно как все нагрузки в доме, так и особо важные, выделенные в ЩГП (щит гарантированного питания) в соответствии с мощностью генератора.
Схема №2 Трехфазный вход, однофазные потребители, однофазный генератор
Вариант 1. К вашему дому подведены три фазы, но резервировать вы хотите только одну, на которую подключаются особо важные электроприборы. В этом случае остальные две линии просто не будут участвовать в системе резервного электроснабжения. Тем не менее, в этом случае вам также необходимо равномерно распределять все свои нагрузки по фазам, чтобы исключить перекос мощности по фазам на питающей подстанции.
Вариант 2. Самый простой и удобный вариант построения резервной системы электроснабжения.
В эту систему входит однофазный электрогенератор и трехфазный АВР (автомат ввода резерва). В этом случае, при исчезновении внешней трехфазной сети, автоматически запускается однофазный генератор и через АВР подает на всю нагрузку свою фазу. Генератор, таким образом, будет питать все три фазы по однофазному принципу работы. Такая схема позволяет полностью использовать мощность генератора, подключить к резервному питанию всю имеющуюся нагрузку и не беспокоиться за перекос фаз.
Схема №3 Трехфазный ввод, однофазные потребители, трехфазный генератор
В данной схеме устанавливается трехфазная электростанция. В этом случае трехфазная электростанция будет питать энергией однофазные потребители, но обязательно равномерное распределение нагрузки на каждую из трех фаз генератора. Группировка потребителей по фазам часто требует полную переборку электрощита или монтаж новой проводки. Самая сложная схема. При этом, генераторная установка практически всегда будет недогружена, так как невозможно распределить все нагрузки пофазно так, чтобы на 100% загрузить каждую фазу.
Трёхфазная система электроснабжения — общее описание
Требование ускоренного развития мощностей производств и развитие электромагнитных технологий породили разработки многофазных систем. Первую подобную систему предложил сербский изобретатель Никола Тесла. Огромный вклад в развитие именно трехфазной системы внес русский электротехник с польскими корнями Михаил Осипович Доливо-Добровольский, изучавший асинхронный двигатель и показавший преимущество именно трехфазной системы в сравнении с другими многофазными.
Системы общего электроснабжения
Системы общего электроснабжения — это совокупность всех мероприятий и технических средств для снабжения потребителей электроэнергией при разрешенных отклонениях напряжения и соблюдении всех регламентированных требований безопасности. Отходящие линии от понижающих трансформаторных подстанций обычно выполняют трёхфазной системой электроснабжения с четырьмя проводами: три фазных провода и нулевой (нейтральный). Если на данной трассе линии при проектировании электроснабжения учтено фонарное освещение, то для него пускают специальный осветительный провод.
Трехфазная система электроснабжения: наружное освещение
Когда требуется осветить улицу, этот провод посредством управления системами электроснабжения соединяют с одной из фаз.
Трехфазная цепь — такая схема системы электроснабжения, в которой действуют электродвижущие силы одинаковой синусоидальной частоты, сдвинутые по фазе на определенный угол. В ряде современных автономных систем электроснабжения, где для управления двигателями применяют преобразователи частоты, система напряжений будет несинусоидальной. Часть трехфазной системы с одинаковым током именуют фазой. Таким образом фаза соответствует части цепи – обмотке трансформатора, нагрузке линии, обмотке генератора. В электротехнике под фазой подразумевается два понятия — это или описание синусоидального изменения величины, или элемент цепи многофазной системы.
Преимущества и виды трёхфазной системы электроснабжения
Трехфазная схема с напряжением 380/220 В, частотой 50 Гц и заземленной нейтралью получила наибольшее распространение. Однофазные системы можно встретить сейчас разве что в электроснабжении приусадебных хозяйств. Это вызвано преимуществами данной системы: уравновешенность симметричных систем, возможность получить с помощью стационарных обмоток переменного магнитного поля. На этом основан принцип работы двигателей и других важных электротехнических устройств, снижение потерь передачи энергии на огромные расстояния.
Предполагается два вида соединений в трехфазных схемах – звездой и треугольником. При схеме «звезда с нулевым проводом» окончания фазных обмоток трехфазного источника тока объединяют в единый узел 0, именуемый нейтралью источника. Приемники электричества соединяют в 3 группы, концы которых также объединены в общем узле 0′– нейтраль нагрузки, нулевая точка. Обмотки источника ЭДС объединяют с фазами нагрузки 4-мя проводами. Идущий к началам трехфазных обмоток провод называют линейным. Токопровод подключающий нулевые точки 0 и 0′, именуется нулевым, или нейтральным.
При подсоединении обмоток источника энергии и приемников треугольником образуется замкнутая система – конец предыдущей фазы состыкован с началом следующей. Узловые точки присоединяют к линейным проводам.
Кроме рассмотренных выше соединений по схемам «звезда – звезда» и «треугольник – треугольник», также случается на практике применение схем «треугольник — звезда» и «звезда — треугольник».
Ниже вы можете воспользоваться онлайн-калькулятором для рассчёта стоимости проектирования сетей электроснабжения:
Поделитесь ссылкой
Дата публикации: 21.04.2014
Электрическая энергия вырабатывается на генерирующих станциях, а через сеть передачи она передается потребителям. Между генерирующими станциями и распределительными станциями используются три различных уровня напряжения (уровень передачи, дополнительная передача и уровень распределения).
Высокое напряжение требуется для передачи на большие расстояния, а низкое напряжение – для коммунальных нужд.Уровень напряжения снижается от системы передачи к распределительной системе. Электрическая энергия генерируется трехфазным синхронным генератором (генераторами переменного тока), как показано на рисунке ниже. Напряжение генерации обычно составляет 11 кВ и 33 кВ.
Это напряжение слишком низкое для передачи на большие расстояния. Следовательно, он повышается до 132, 220, 400 кВ или более с помощью повышающих трансформаторов. При этом напряжении электрическая энергия передается на основную подстанцию, где энергия подается от нескольких подстанций.
Напряжение на этих подстанциях снижается до 66 кВ и подается в систему субпередачи для последующей передачи на распределительные подстанции. Эти подстанции расположены в районе центров нагрузки.
Напряжение снижается до 33 кВ и 11 кВ. Крупные промышленные потребители снабжаются на уровне первичного распределения 33 кВ, в то время как мелкие промышленные потребители поставляются на 11 кВ.
Напряжение снижается дополнительно с помощью распределительного трансформатора, расположенного в жилом и коммерческом районе, где оно подается этим потребителям на уровне вторичного распределения 400 В, трехфазного и 230 В, однофазного.
Преимущество объединения генерирующих станций
Энергетическая система состоит из двух или более генерирующих станций, которые соединены связующими линиями. Объединение генерирующих станций имеет следующие важные преимущества.
- Это позволяет экономически взаимно передавать энергию из избыточной зоны в зону дефицита.
- Меньшая общая установленная мощность для удовлетворения пикового спроса.
- Требуются малые резервные резервные генерирующие мощности.
- Это позволяет генерировать энергию на самой эффективной и дешевой станции в любое время.
- Это снижает капитальные затраты, эксплуатационные расходы и стоимость произведенной энергии.
- Если произошла серьезная поломка генерирующего системного блока во взаимосвязанной системе, то перебои в подаче электроэнергии не происходят.
Взаимосвязь обеспечивает наилучшее использование энергоресурсов и большую надежность поставок. Это обеспечивает общую экономическую выработку за счет оптимального использования мощной экономичной генераторной установки.Соединение между сетями осуществляется либо по линиям HVAC (переменного тока высокого напряжения), либо по линиям HVDC (постоянного тока высокого напряжения).
,В зависимости от того, где вы живете, ваш дом может питаться от однофазного или трехфазного электрического соединения. Какое отношение это имеет к вашей солнечной фотоэлектрической установке?
Трехфазное и однофазное питание
Однофазное и трехфазное электричество используются для передачи и распределения электроэнергии. В зависимости от того, где вы живете и сколько электроэнергии вы потребляете, ваш дом будет оснащен либо однофазным сетевым соединением, либо трехфазным сетевым соединением.(В большинстве домов есть однофазные соединения.)
Независимо от того, есть ли у вас однофазное или трехфазное соединение, все устройства в вашем доме (почти наверняка) работают на одной фазе. (3-фазное питание используется для питания двигателей в определенных промышленных применениях, но не в домах.) В случае, если у вас однофазное соединение, электричество поступает в ваш дом и выходит из него через одну фазу (представьте себе один кабель / контур).
Если у вас 3-фазное соединение, с другой стороны, электричество, поступающее в ваш дом, делится на три отдельные фазы (представьте три кабеля / цепи).Различные устройства в вашем доме будут питаться от этих разных фаз. Например, ваши огни могут работать на одной фазе, а ваша стиральная машина и холодильник могут быть на двух других фазах.
На изображении ниже, представленном компанией Prolux Electrical, показано, как трехфазное питание «разделено» для бытовых и промышленных нагрузок. Вы можете видеть, что все три фазы подключены к промышленному двигателю, в то время как световой шар и точка питания обслуживаются одной фазой (обозначенной желтой и красной линиями, соответственно).
Иллюстрация того, как трехфазная мощность работает на типах электрических нагрузок. (Изображение через Prolux Electrical.)
Какое количество фаз означает для вашей солнечной фотоэлектрической системы?
Если у вас нет солнечной фотогальванической системы, вы, вполне возможно, понятия не имеете, используете ли вы однофазное или трехфазное соединение. Независимо от того, какое у вас есть, электричество, которое вы используете, скорее всего, бесперебойно доставляется ко всем вашим приборам, так что на самом деле беспокоиться не о чем.
Однако, если вы хотите установить солнечную фотоэлектрическую систему, фазы имеют значение. Для однофазного подключения должен быть установлен однофазный солнечный инвертор – довольно просто.
Для 3-фазного соединения, , с другой стороны, существует ряд опций. В большинстве случаев лучший и самый простой вариант – приобрести трехфазный инвертор , который будет равномерно распределять солнечную энергию по всем трем фазам.
Другой вариант для трехфазного соединения – это установить один однофазный инвертор на одну из фаз в доме (предпочтительно ту, которая потребляет больше всего электричества / имеет самые тяжелые нагрузки).Недостатками этого подхода является то, что 1) если солнечная система слишком велика, инвертор может «отключиться», если напряжение для этой фазы становится слишком высоким, и 2) солнечная энергия может не перетекать в ту фазу, где она необходима большинство. По этой причине при таком подходе важно, чтобы ваш специалист по установке солнечных батарей провел оценку, чтобы определить, какая фаза является лучшей – если вы установите неправильную фазу, энергия, которую генерирует ваша солнечная система, может в конечном итоге потеряться.
Третий вариант – установить несколько (до трех) однофазных инверторов , каждый на своей фазе.Однако это может оказаться более дорогим вариантом, чем просто использование 3-фазного инвертора, поэтому важно проконсультироваться с несколькими специалистами по установке солнечных батарей, чтобы собрать различные цитаты и мнения, прежде чем принимать решение.
Особенности размера солнечной системы
Также важно проверить, повлияет ли ваше фазовое соединение на размер солнечной системы, которую вам разрешено устанавливать. Вообще говоря, более жесткие ограничения по размерам солнечной системы устанавливаются в домах с однофазными подключениями, чем в трехфазных.
Например, в Южной Австралии размер солнечной фотоэлектрической системы ограничен 10 кВт в зданиях, обслуживаемых однофазными соединениями, тогда как дома и предприятия с трехфазным соединением могут устанавливать системы мощностью до 30 кВт. Вообще говоря, именно поэтому требование о специальном одобрении коммунальных предприятий для подключения к сети больших солнечных фотоэлектрических систем в отдаленных районах (которые иногда обслуживаются «однопроводным заземлением» или линиями SWER) чаще встречается, чем в районах с большим населением плотности.
AC против объяснения электричества постоянного тока (на всякий случай)
электричества переменного (переменного тока). Электричество переменного тока – это то, что требуется большинству бытовых электроприборов для работы. Другой тип электричества, DC (постоянный ток), это то, что производят солнечные батареи и батареи. Электричество постоянного тока преобразуется в полезное электричество переменного тока через устройство, называемое инвертором. Переменный ток отличается от постоянного тока главным образом тем, что его направление «переключается» назад и вперед, тогда как постоянный ток является однонаправленным.Не вдаваясь в технические подробности, почему это свойство делает электричество переменного тока более подходящим для передачи на большие расстояния.
Мгновенное сравнение предложений по установке для солнечной системы: Заполните нашу форму запроса сравнения солнечной цены в правой части этой страницы.
© 2016 Solar Choice Pty Ltd
Изображение сверху через Википедию
.1. Введение
Среди множества возобновляемых источников энергии солнечная энергия считается одним из наиболее перспективных ресурсов для крупномасштабного производства электроэнергии [1]. В нескольких странах, включая Австралию, все большее число фотоэлектрических (PV) систем генерации подключено к распределительной сети в результате сильной государственной поддержки. Рынок PV быстро растет (30–40%), а его цена постоянно снижается.Многие страны пытаются увеличить проникновение возобновляемых источников энергии.
Интерфейс силовой электроники необходим для подключения возобновляемых источников энергии к сети. Этот интерфейс имеет две основные функции, такие как извлечение максимального количества энергии из фотоэлектрических модулей [2, 3] и преобразование мощности постоянного тока (DC) в соответствующую форму переменного тока (AC) для подключения к сети. Возобновляемыми источниками энергии, такими как солнечная энергия, нельзя манипулировать так же, как и обычными источниками энергии, поэтому рабочие условия инверторов PV варьируются в зависимости от солнечной инсоляции [4].Тем не менее, стандарты на коммунальные услуги и спецификации производителей касаются только состояния полной нагрузки.
PV системы включают в себя силовые электронные интерфейсы, которые генерируют уровень гармоник [5], потенциально вызывая искажения тока и напряжения. Суммирования различных высокочастотных синусоидальных компонентов представляют собой гармоники сигналов тока или напряжения, которые являются целым кратным основной частоты. Эти гармоники оказывают большое влияние на эксплуатационную эффективность и надежность энергосистемы, нагрузок и защитных реле [6].В связи с быстрым ростом фотоэлектрических установок, внимание к гармоническим искажениям, вносимым фотоэлектрическими инверторами в сеть, возрастает.
Степень полного гармонического искажения тока (THD), как отношение основного тока и реальной выходной мощности инвертора, значительно варьируется [7]. При низком уровне выходной мощности ток THD становится выше, особенно для генерируемой мощности ниже 20% от номинальной мощности, например, утром или вечером. Многие исследователи сообщали об этом явлении и пытались выяснить причины.В системе управления эффекты квантования и разрешения измерительных устройств были указаны в качестве одной из причин [8]. Другое объяснение состоит в том, что регуляторы тока с обратной связью, которые предназначены для минимизации гармонических составляющих, перестают работать при низком уровне выходной мощности [7]. Некоторые исследователи предполагают, что регулирование напряжения звена постоянного тока сильно связаны с текущим разрешением эталонного [9]. Однако комплексный и систематический анализ процесса генерации гармоник в выходном токе фотоэлектрического инвертора отсутствует.
Традиционная модель структуры управления током [10] широко используется для разработки контура управления и анализа его устойчивости. Однако эта модель не содержит информацию о гармониках, и модель не может отражать влияние схем управления на полученные гармоники. Раздел 2 представляет общую модель, модифицированную по сравнению с обычной диаграммой структуры управления, для анализа процесса генерации гармоник. Концепция «гармонического импеданса» [10] используется для количественного расчета амплитуды гармоники, вызванной каждым источником.Это важно из-за растущей озабоченности по поводу гармоник, генерируемых этими устройствами, и их влияния на другое оборудование.
Ряд фондовых нечетных гармоник не может быть полностью объяснен факторами, которые обычно рассматриваются в таких случаях. Эти гармоники вызваны пульсацией напряжения в звене постоянного тока, и для анализа этого явления в Разделе 4 предлагается изменяющаяся во времени модель.
Для анализа и проектирования фотоэлектрического инвертора напряжение звена постоянного тока принимается постоянным в Традиционная модель фотоэлектрического инвертора.Тем не менее, это не всегда так. Мгновенная выходная мощность переменного тока демонстрирует пульсацию на частоте двойной линии для однофазных инверторов, подключенных к сети. В стабильных условиях инсоляции выходное напряжение постоянного тока фотоэлектрических модулей контролируется как постоянное в точке максимальной мощности (MPP). Таким образом, пульсация мощности, вызванная генерацией однофазной энергии, преобразуется в накопленную статическую энергию на развязывающем конденсаторе, а двухполосная частота пульсации напряжения может быть обнаружена на линии постоянного тока [11, 12, 13].Используя большие электролитические конденсаторы, пульсация может быть уменьшена, но не устранена. Тем не менее, электролитические детали имеют гораздо более ограниченный срок службы, чем приложения [14], которых следует избегать.
Одноступенчатый инвертор показан на рисунке 1 (а); Эффективный процесс отслеживания точки максимальной мощности (MPPT) реализуется с помощью конденсатора развязки большой мощности. Следовательно, моделирование инвертора может использовать адаптируемое постоянное допущение напряжения в звене постоянного тока в этой линейной модели. Однако, как показано на рис. 1 (b), двухступенчатый инвертор, конденсатор развязки мощности размещен на высоковольтной линии постоянного тока.В этой топологии допускается наличие большей пульсации напряжения на звене постоянного тока, чтобы минимизировать развязывающий конденсатор [15], поэтому допущение о постоянном напряжении звена постоянного тока недопустимо.
Рисунок 1.
Блок-схема (а) одноступенчатого преобразователя и (б) двухступенчатого преобразователя.
Трехфазный мостовой преобразователь для передачи гармоник исследуется в [16], можно найти вторую гармонику напряжения на звене постоянного тока, создающую третью гармонику на стороне переменного тока. Однако напряжение звена постоянного тока также вызывает частотный спектр выходного тока для пятой, седьмой и серии нечетных гармоник [17].Объяснение этого явления не может быть найдено в предыдущем исследовании. Многие методы были предложены для устранения текущих гармоник, вызванных пульсацией звена постоянного тока, без анализа процесса генерации гармоник. Специально разработанный алгоритм управления с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) [18] предлагается для компенсации пульсации напряжения в звене постоянного тока. В [19] была предложена методика управления, которая допускает пульсации напряжения 25% без искажения формы волны выходного тока. Частота среза этой конструкции составляет 10 Гц, что может ослабить пульсацию напряжения в контуре управления, но динамические характеристики в этой системе снижаются.Основной целью всех этих работ является устранение последствий пульсации напряжения в цепи постоянного тока. Однако понимание взаимосвязи и аналитической модели для качественной информации между гармониками выходного тока и пульсацией напряжения в цепи постоянного тока все еще отсутствует.
В этой главе для исследований по гармоническому анализу предлагается новая модель однофазного полного моста фотоэлектрического инвертора с учетом уровня нагрузки и пульсации напряжения на стороне постоянного тока. Это получается путем добавления представления пульсации напряжения звена постоянного тока в обычную линейную модель PV-инвертора, подключенного к сети.Таким образом, это становится периодической изменяющейся во времени моделью.
Эта глава организована следующим образом: общая модель с информацией о гармониках представлена в Разделе 2. В Разделе 3 пульсация напряжения двойной частоты на линии постоянного тока определяется как причина серии нечетных гармоник. Для анализа этого явления предлагается нестационарная модель. В разделе 4 приведены результаты моделирования и эксперимента, которые подтверждают правильность предложенной модели и решения. Выводы приведены в разделе 5.
2. Моделирование фотоэлектрического инвертора для гармонического анализа
В этом разделе представлена структура ШИМ-инвертора с управлением обратной связью по току для однофазного полно мостового фотоэлектрического инвертора, который обычно используется в коммерческих продуктах, обычной модели регулирования тока. схема для этого типа инвертора, и общая модель инвертора, предложенная для гармонического анализа.
2.1. Однофазный фотоэлектрический инвертор с полным мостом с управлением по току
Пример схемы ШИМ-инвертора с управлением по обратной связи по току показан на рисунке 2.Это самая распространенная структура, которая используется в коммерческих продуктах. Инвертор состоит из одного выходного индуктора, конденсатора CDC звена постоянного тока и четырех переключателей питания. Напряжение звена постоянного тока VDC представляет два различных сценария: один с пульсацией напряжения, а другой без пульсации напряжения. В следующих разделах эти два разных случая анализируются отдельно. Vinvis выходное напряжение инвертора полного моста и Vgis напряжение сети, Ioutis выходной ток инвертора. Фиксированное сетевое напряжение было приложено к выходным клеммам инвертора, подключенным к сети, и входное напряжение инвертора контролируется для обеспечения отслеживания MPP.Используется схема управления током, поскольку можно управлять только выходным током переменного тока. Фильтр был использован для подключения между инвертором и сетью. В этой главе для упрощения анализа используется один индуктор. Система обратной связи с контроллером PI используется для ШИМ инвертора для управления выходной ток Ioutto отслеживать опорный выходной сигнал тока IREF. Петля фазовой синхронизации (ФАПЧ) была использована для получения фазового угла Ireff от напряжения сети Vg. Амплитуда опорного тока Irefcan определяется контуром управления напряжением в соответствии с процессом MPPT.Конструкция контура управления напряжением может варьироваться в зависимости от различных топологий инвертора. Подробный вывод Iref можно найти в [10, 20].
Рисунок 2.
Каркас инвертораPWM с управляемой по току петлей обратной связи.
2.2. Обычная модель схемы регулирования тока
На рисунке 3 показана схема условной структуры управления инвертора, управляемого током. Эта модель может быть проанализирована с использованием традиционных методов линейного анализа. Это может помочь разработчику настроить контроллер [21] и исследовать производительность и стабильность управления [22].Передаточная функция с замкнутым контуром задается
Iout = GPIGPWMGinvGf1 + GPIGPWMGinvGfIref − Gf1 + GPIGPWMGinvGfVgE1
, где GPI, GPWM, Ginv и Gfare – функции передачи для ПИ-контроллера, ШИМ и инвертора соответственно, соответственно, PWM и инвертора. В этой модели рассматриваются только основные формы сигналов, и информация о гармониках требуется для анализа гармонических искажений.
Рисунок 3.
Традиционная схема структуры управления управляемым током инвертором.
2.3. Общая модель инвертора для анализа гармоник
На рисунке 4 показана обобщенная модель, которая получена из традиционной структурной схемы управления током для ШИМ-инвертора с информацией о гармониках. Расположение и типы источников гармоник, которые необходимо добавить, показаны на этом рисунке. Выходной ток S5 генерируется на основе эталонного тока по полной мостовой инвертор с текущим элементом управления, как показано на первой трассе. Модель текущей схемы управления, которая включает информацию о гармониках, показана на втором графике.По сравнению с рисунком 3, гармонический источник Vswitch переключающего источника в секции PWM добавлен, чтобы генерировать форму импульса в верхней части синусоидального сигнала. Этот источник гармоник содержит характеристику ШИМ, включая тип метода ШИМ и частоту переключения. Разница напряжения между напряжением сети и выходным напряжением инвертора приведет к изменению выходного тока. Поэтому на рисунке 4 источник гармоник напряжения сети добавлен в секции инвертора. На самой нижней трассе на рисунке 4 представлена форма волны каждого этапа, а детали описаны следующим образом:
Рисунок 4.
Модель ШИМ-преобразователя с токовым управлением и гармонической информацией.
1. S1 – ошибка между опорным током и выходным током инвертора, S1 = Iref-Iout = Iref-S5.
2. S2 – коэффициент амплитудной модуляции (AM), S2 = S1GPI, где передаточная функция ПИ-регулятора – GPI = kp + ki / s. kpand kiare пропорциональный и интегральный коэффициент усиления.
3. S3 – сигнал привода затвора. S3 = S2GPWM + гармоники Vswitch, где GPWM = 1 / Cpk и Cpk – пиковое значение сигнала несущей.
4. S4 – выходное напряжение инвертора Vinv, S4 = S3Ginv, где Ginv = VDC. VDC может быть изменяющимся во времени или постоянным сигналом; эти два случая должны рассматриваться отдельно.
5. S5 – выходной ток инвертора Iout. S5 = S4-VgGf. Напряжение сети Vgmay содержит гармоники напряжения Vgharmonics.S4-Vg – разность напряжений между выходным фильтром. Передаточная функция фильтра Gf = 1 / Ls, где Lis – индуктивность фильтра.
Основные причины гармоник в инверторе PV можно объединить в несколько категорий: искажение фонового напряжения сетки, гармоники переключения (высокая частота), изменение напряжения звена постоянного тока из-за MPPT и некоторые другие причины (блоки ФАПЧ и т. Д.). ). Гармонические искажения в обоих случаях, с или без пульсации напряжения на звене постоянного тока, могут быть проанализированы с помощью этой обобщенной модели.
3. Гармоника тока, вызванная пульсацией напряжения в звене постоянного тока
В этом разделе были проанализированы гармоники тока, вызванные пульсацией напряжения в звене постоянного тока.Построена модель для учета пульсаций напряжения частоты двойной линии. Было предоставлено решение в закрытой форме для текущих гармоник.
На рисунке 5 показана модель инвертора, основанная на рисунке 4, и была учтена пульсация напряжения в цепи постоянного тока. Передаточная функция инвертора Ginv, показанная на рисунке 4, заменена секцией под треугольным затенением, которая представляет собой синусоидальный сигнал Vripat двухполосной частоты поверх постоянного компонента VDC. Так как пульсация напряжения изменяется во времени, передаточная функция для этой секции не может быть получена.В [23] авторы указывают на то, что решения замкнутой формы не могут быть получены, если гармоническими составляющими пульсации не пренебречь. Тем не менее, числовые решения могут быть оценены для любого конкретного условия эксплуатации с помощью этой модели.
Рисунок 5.
Модель инвертора с пульсацией напряжения постоянного тока.
Гармонические характеристики выходного тока, показанные на рисунке 5, можно определить путем качественного анализа упрощенной модели контура. Участок под затенением треугольника также известен как амплитудная модуляция; контур обратной связи с единичной задержкой показан на рисунке 6, где Z-1 обозначает задержку периода единичной выборки.По сравнению с рисунком 6 в этой упрощенной модели несколько линейных блоков опущены. Из-за линейности системы частотные характеристики сигнала останутся прежними. Подобный метод анализа, который был использован в исследованиях обработки звука [24], принят в этой главе для анализа этой изменяющейся во времени системы. Используются два примера синусоидального сигнала с дискретным временем: Irefn = cosωonandVripn = cos2ω. Выходной сигнал yn может быть проиллюстрирован как результат вычитания между опорным сигналом cosω и задержанным выходным сигналом yn − 1, затем синхронизированным с участком AM, который равен cos2ωon + VDC
yn = cosωon − yn − 1cos2ωon + VDC = cosωoncos2ωon + VDC− yn − 1cos2ωon + VDCE2
Рис. 6.
Амплитудная модуляция в единичной обратной связи с задержкой.
Для n≤0, ωo – угловая скорость сигнала на основной частоте, VDC – постоянная при начальном условии, yn = 0 ,. Задержка существует в любой момент времени n, и нам нужно сохранить yn − 1, чтобы ее можно было использовать при вычислении yn. Yn − 1is
yn − 1 = cosωon − 1 − yn − 1−1cos2ωon − 1 + VDC = cosωon − 1cos2ωon − 1 + VDC − yn − 2cos2ωon − 1 + VDCE3
Заменяющее уравнение. (3) в уравнение (2)
yn = cosωoncos2ωon + VDC − cosωon − 1cos2ωon − 1 + VDCcos2ωon + VDC + yn − 2cos2ωon − 1 + VDCcos2ωon + VDCE4
Это выражение обратной связи может быть расширено до бесконечного суммирования продуктов, заданных
y п] = соз (ωon) [сов (2ωon) + В =] -cos (ωo [п-1]) [сов (2ωo [п-1]) + В =] [сов (2ωon) + В =] + соз (ωo [п-2]) [сов (2ωo [п-2]) + В =] [сов (2ωo [п-1]) + В =] [сов (2ωon) + В =] -cos (ωo [п-3]) [cos (2ωo [n − 3]) + VDC] [cos (2ωo [n − 2]) + VDC] [cos (2ωo [n − 1]) + VDC] [cos (2ωon) + VDC] E5
Серия нечетных гармоник вызвана этой амплитудной модуляцией в контуре обратной связи.В формуле (5) первый термин продукта иллюстрируется в качестве примера. Согласно формуле Эйлера, этот термин может быть выражен как сумма синусоид с угловой скоростью ωo и 3ωo, которая является основной и третьей гармониками.
yn = cosωoncos2ωon + VDC = cosωonVDC + 12cos3ωon + 12cosωonE6
Решение в замкнутой форме основано на идее, аналогичной методу гармонического баланса для радиочастотной (РЧ) цепи [25]. Метод гармонического баланса – это метод частотной области для расчета стационарных состояний нелинейной цепи.
Все сигналы в контуре управления могут быть выражены в полярных формах с помощью преобразования Фурье. Гармоники высокого порядка будут ослаблены петлей обратной связи, и будут рассматриваться только гармоники низкого порядка. Фильтр нижних частот (ФНЧ) можно считать идеальным фильтром, который может устранить все гармоники выше определенного порядка. Используя это предположение, можно получить конечное число уравнений, и можно добиться частичной линеаризации для контура управления. Амплитуда сигналов обратной связи может быть установлена как переменная.После приравнивания одинаковых членов в уравнении выходного тока и в предварительно установленной амплитуде сигнала обратной связи можно получить ряд уравнений. Решая эти уравнения, можно найти решение в замкнутой форме для амплитуды определенного порядка гармоники. Подробный анализ упрощенной модели с использованием этого метода во временной области приведен ниже:
Выходной сигнал упрощенной модели представляет собой разность между опорным током и обратным сигналом Ifbt, умноженным на напряжение звена постоянного тока
yt = Ireft-IfbtVript + VDCE7
Сигналы на рис. 6 могут быть выражены в полярной форме
Ireft = Acosωot = aejωot + ae − jωot, a = 12AE8
Vript = Bcos2ωot = bej2ωot + be-j2ωE9 95 9000E9, b5 = 12000B9 где A и B – амплитуды Ireftand Vript.Чтобы упростить анализ до уровня, который подходит для ручного расчета, предполагается, что сигнал обратной связи Ifbts включает в себя только основные и третьи гармоники.
Ifbt = C1cosωot + C3cos3ωot = c1ejωot + c1e − jωot + c3ej3ωot + c3e − j3ωotE10
, где C1 и C3 – предполагаемые переменные для амплитуды основного компонента и третьей гармоники, а c1 = 0,5C1, c3 = 0,5C3. Это можно легко распространить на любое количество гармоник с помощью компьютерных вычислений.
Eq.(11) можно получить, подставив уравнения. (8) – (10) в уравнение (7). Так как, если это младшая часть yt, гармоническое уравнение амплитуды можно найти, приравняв одинаковые члены в уравнениях. (10) и (11). c1 = VDC + ba-c1-bc3c3 = ba-c1-VDCc3E12
Все параметры являются фиксированными значениями (a, диапазон VDC) для конкретного инвертора; следовательно, амплитуду гармоники можно получить, подставив эти значения.Используя тот же метод, можно получить решение в замкнутой форме для усредненной модели на рисунке 5 с PI-контроллером. Два интегральных раздела будут задействованы в расчете благодаря интегратору в контроллере и фильтру. Этот расчет для практических моделей существенно усложняется, и его невозможно рассчитать вручную. Matlab можно использовать как эффективный инструмент для проведения этих расчетов.
4. Результаты моделирования и эксперимента
В этом разделе представлены результаты моделирования и эксперимента.Используя Matlab / Simulink, имитируется однофазный инвертор PV. Моделирование модели переключения дает наиболее подробные результаты, включая информацию о переключателе и все возможные гармонические искажения. Используя набор инструментов Simulink SimPowerSystems, разработанная модель включает в себя как электронные компоненты, так и блоки управления. Принципиальная схема показана на рисунке 7. Это длительный процесс. Период имитации 0,2 с занимает около 10 минут для работы на компьютере со средней производительностью (процессоры Intel Core 2 Duo и 4 ГБ оперативной памяти DDR2 800 МГц).
Рисунок 7.
Имитационная схематическая модель.
Двухэтапный прототип фотоэлектрической системы, подключенной к сети, построен в лаборатории для проверки вышеупомянутого анализа. Он включает в себя повышающий преобразователь, соединенный с полностью мостовым инвертором в качестве второй ступени. Диапазон рабочего напряжения системы был уменьшен из-за ограничения экспериментальной установки. В качестве напряжения сети используется источник переменного тока с 50 Vrmsis. Напряжение промежуточного контура постоянного тока составляет 100 В.Размер конденсатора был изменен с различной емкостью, чтобы создать различную пульсацию напряжения на звене постоянного тока. Экспериментальная установка со схемой-прототипом показана на рисунке 8, которая такая же, как на рисунке 9, а основные параметры схемы показаны в таблице 1. Набор контроллеров dSPACE был использован для управления этими двумя этапами.
Рисунок 8.
Экспериментальная установка.
Рисунок 9.
Двухступенчатый фотоэлектрический инвертор с контролем обратной связи.
| Параметр | Метка | Значение | Единица | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Частота коммутации | FSW | 20010101 901 901 901 901 901 901 901 901 901 993 993 993 993 | Гц | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Номинальное выходное напряжение | Vg | 70 | В | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Емкость звена постоянного тока | CDC | 770 | 901 | 901 | 0101 | 0101 | 0101 | 0101 | 0101 | 0101 | 0101 | 0101 | 0101 | 0101 | 901 | 901 | 901 | 901 9019 901 9019 901 9019 901 | 0101 | a | 901 995 995 995 | 901 930 929 930 9a 939a | 901 9019 901 929 | В | |||||||||||||||||
| Индуктор на стороне инвертора | L1 | 2.56 | мГн | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Индуктор на сетке | L2 | 1,10 | мГн | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Выходной конденсатор | Cout | 2,2 | 901 901 901 901 901 901 901 901 901 901 901 993 901 993 993 993 993 993 993 993 993 993 993 993 993 993 993 993 993 993 Ω |
Таблица 1.
Спецификация инвертора PV.
Усредненная модель также была построена в Simulink. Параметры, перечисленные в таблице 1, подставляются в производное решение в замкнутой форме для расчета гармоник.Различные уровни пульсации напряжения в звене постоянного тока при моделировании и эксперименте были созданы с использованием конденсаторов разных размеров. Только гармоники третьего порядка из анализа быстрого преобразования Фурье (БПФ) учитываются при расчете THD, чтобы упростить процесс анализа. На рисунке 10 модель переключателя, усредненная модель и результаты расчетов согласуются друг с другом. Это доказывает, что решение в замкнутой форме может полностью представлять модель переключателя для гармонического анализа. Гармоники высшего порядка также могут быть проанализированы с использованием того же метода.
Рисунок 10.
Результаты моделирования, расчета и эксперимента.
В эксперименте использовались те же параметры, что и при моделировании, и результаты также представлены на рисунке 10. Результаты эксперимента демонстрируют ту же тенденцию, что и анализ показывает, что гармонические искажения возрастают с увеличением напряжения в звене постоянного тока.
5. Заключение
В этой главе была представлена общая модель, которая модифицирована по сравнению с традиционной схемой структуры управления, для анализа процесса генерации гармоник, вызванного однофазным инвертором PV.Причины возникновения гармоник были определены. Ряд нечетных гармоник в выходном токе на конденсаторе звена постоянного тока генерируется пульсацией напряжения двойной частоты. В этой главе были представлены нелинейная изменяющаяся во времени модель и ее решение в замкнутой форме. Представлена взаимосвязь между амплитудой гармоник и пульсациями напряжения в звене постоянного тока. Предложенные решения подтверждаются как экспериментальными, так и результатами моделирования. Это инструмент для оценки вопросов качества электроэнергии в системах с сетевым инвертором.Разработчики также могут использовать его для рассмотрения компромисса между размером конденсатора звена постоянного тока и выходными гармониками в выходном токе.
Благодарности
Это исследование было поддержано Университетским фондом развития исследований (RDF-15-01-40) из Сианьского университета Цзяотун-Ливерпуль и научно-технической программы Университета Цзянсу (17KJB470012).
FAQs: Системы электропитания | Inductotherm Corp.
Как я могу определить, работает ли мое устройство с максимальной эффективностью?
Проверка текущей скорости плавления и вытяжки линии кВА в сравнении с тем, что было в то время, когда он был новым, покажет уровень эффективности. Если вам нужна помощь, обратитесь к своему окружному менеджеру, который может оказать вам дополнительную помощь. Периодическое профилактическое обслуживание, как указано в руководстве, поставляемом с оборудованием, рекомендуется для обеспечения максимальной эффективности работы оборудования.
Как работает плата управления системы электропитания?
Панель управления контролирует мощность, запрошенную оператором, и управляет запуском SCR или IGBT, чтобы поддерживать запрошенную мощность в течение всего процесса плавления / нагрева. Дополнительные датчики обеспечивают обратную связь с платой управления, чтобы гарантировать, что система работает в проектных пределах.
Как долго работают конденсаторы?
Производители конденсаторовдобились огромных успехов в создании конструкций с длительным сроком службы.Тем не менее, срок службы конденсатора все еще очень зависит от температуры охлаждающей воды. Проверка правильности работы вашей системы оборотного водоснабжения сделает больше, чем что-либо еще, чтобы обеспечить максимальный срок службы конденсатора.
У меня более старая система плавления Inductotherm (то есть Tri-Line, LineMelt, Mark I, II, II, IV, Nine-Line, Main-Line и т. Д.). Есть ли новая технология, которая заменила эту?
У нас есть специальные сменные твердотельные источники питания для всех этих старых технологий, которые легче ремонтировать и которые обеспечивают более высокую эффективность и надежность по сравнению с этими старыми технологиями, поскольку технологии SCR и IGBT продолжают развиваться.
Зачем мне нужен блок питания для работы индукционной печи?
Индукционные печи – однофазное устройство переменного тока. Блок питания потребляет стандартную трехфазную мощность 50 или 60 Гц, доступную от коммунальных компаний, и преобразует ее в однофазную мощность с наиболее подходящей частотой для приложения.
Можете ли вы подключить источник питания Inductotherm к существующим печам?
Абсолютно. Мы будем рады обновить вашу существующую систему расплавления полностью или частично в соответствии с вашими требованиями.
Сколько печей можно подключить к источнику питания?
В зависимости от типа источника питания и применения, для которого оно было построено, к системе электропитания может быть подключено конечное число печей через механические и / или электрические системы переключения.
Не нашли ответ на свой вопрос?
Мы надеемся, что вы нашли то, что искали, но если вам не удалось найти точный ответ, попробуйте один из следующих вариантов:
,Больше новостей
