Jump to content

Трехфазная электроэнергия

(Перенаправлено из Трехфазного )
Трехфазный трансформатор с четырехпроводным выходом для сети 208Y/120 В: один провод для нейтрали, другие для фаз A, B и C.

Трехфазная электроэнергия (сокращенно [1] ) — распространенный тип переменного тока (AC), используемый при электроэнергии производстве , передаче и распределении . [2] Это тип многофазной системы, в которой используются три провода (или четыре, включая дополнительный нейтральный обратный провод), и это наиболее распространенный метод, используемый в электрических сетях по всему миру для передачи энергии.

Трехфазная электроэнергия была разработана в 1880-х годах несколькими людьми. При трехфазном питании напряжение на каждом проводе сдвинуто по фазе на 120 градусов относительно каждого другого провода. Поскольку это система переменного тока, она позволяет легко повышать напряжение с помощью трансформаторов до высокого напряжения для передачи и обратно для распределения, обеспечивая высокую эффективность.

Трехпроводная трехфазная цепь обычно более экономична, чем эквивалентная двухпроводная однофазная между фазой и землей, цепь при том же напряжении поскольку для передачи заданного количества электроэнергии используется меньше проводникового материала. [3] Трехфазное питание в основном используется непосредственно для питания больших асинхронных двигателей , других электродвигателей и других тяжелых нагрузок. Небольшие нагрузки часто используют только двухпроводную однофазную цепь, которая может быть получена из трехфазной системы.

Терминология

[ редактировать ]

Проводники между источником напряжения и нагрузкой называются линиями, а напряжение между любыми двумя линиями называется линейным напряжением . Напряжение, измеренное между любой линией и нейтралью, называется фазным напряжением . [4] Например, для сети 208/120 В линейное напряжение составляет 208 В, а фазное напряжение — 120 В.

Многофазные энергосистемы были независимо изобретены Галилео Феррарисом , Михаилом Доливо-Добровольским , Йонасом Венстремом , Джоном Хопкинсоном , Уильямом Стэнли младшим и Николой Теслой в конце 1880-х годов. [5]

Первый двигатель переменного тока, разработанный итальянским физиком Галилео Феррарисом. Это был двухфазный двигатель, и для него требовалось четыре провода.

Трехфазная энергия возникла в результате разработки электродвигателей. В 1885 году Галилео Феррарис проводил исследования вращающихся магнитных полей . Феррарис экспериментировал с различными типами асинхронных электродвигателей . Исследования и его исследования привели к разработке генератора переменного тока, который можно рассматривать как двигатель переменного тока, работающий в обратном направлении, чтобы преобразовывать механическую (вращающуюся) энергию в электрическую энергию (в виде переменного тока). 11 марта 1888 года Феррарис опубликовал свое исследование в докладе для Королевской академии наук в Турине .

Два месяца спустя Никола Тесла получил патент США 381 968 на конструкцию трехфазного электродвигателя, заявка была подана 12 октября 1887 года. На рисунке 13 этого патента показано, что Тесла предполагал, что его трехфазный двигатель будет питаться от генератора по шести проводам.

Эти генераторы переменного тока работали, создавая системы переменных токов, смещенных друг от друга по фазе на определенную величину, и их работа зависела от вращающихся магнитных полей. Получившийся в результате источник многофазной энергии вскоре нашел широкое признание. Изобретение многофазного генератора переменного тока, как и силового трансформатора, является ключевым моментом в истории электрификации. Эти изобретения позволили экономично передавать энергию по проводам на значительные расстояния. Многофазная энергия позволила использовать энергию воды (посредством гидроэлектростанций на крупных плотинах) в отдаленных местах, тем самым позволяя преобразовывать механическую энергию падающей воды в электричество, которое затем можно было подавать на электродвигатель в любом месте, где необходимо совершить механическую работу. Эта универсальность спровоцировала рост сетей электропередачи на континентах по всему миру.

Михаил Доливо-Добровольский разработал трехфазный электрический генератор и трехфазный электродвигатель в 1888 году и изучил соединения звездой и треугольником . Его трехфазная трехпроводная система передачи была представлена ​​в 1891 году в Германии на Международной электротехнической выставке , где Доливо-Добровольский использовал систему для передачи электроэнергии на расстояние 176 км (110 миль) с КПД 75% . В 1891 году он также создал трёхфазный трансформатор и короткозамкнутый ( с короткозамкнутым ротором ) асинхронный двигатель . [6] [7] он спроектировал первую в мире трехфазную гидроэлектростанцию. В 1891 году Изобретатель Йонас Венстрем получил в 1890 году шведский патент на ту же трехфазную систему. [8] Возможность передачи электроэнергии от водопада на расстояние исследовалась на шахте Грангесберг . Был выбран водопад высотой 45 м в Хельшьоне, коммуна Смедьебакенс, где располагался небольшой металлургический завод. В 1893 году трехфазная система напряжением 9,5 кВ была использована для передачи 400 лошадиных сил на расстояние 15 км (10 миль), что стало первым коммерческим применением. [9]

Нормированные формы мгновенных напряжений в трехфазной системе за один цикл с увеличением времени вправо. Порядок фаз 1–2–3. Эта последовательность повторяет каждый цикл, и таким образом частота вращения генератора задает частоту энергосистемы. , ток и мощность каждой фазы В идеале напряжение смещены относительно других на 120°, таким образом, все они находятся на равном расстоянии. Эту симметрию можно воссоздать и в преобразователях.
Трехфазные линии электропередачи
Трехфазный трансформатор (Бекешшаба, Венгрия): слева — первичные провода, справа — вторичные провода.

В симметричной трехфазной системе электропитания по трем проводникам проходит переменный ток той же частоты и амплитуды напряжения относительно общего опорного напряжения, но с разницей фаз в одну треть периода (т. е. сдвинутой по фазе на 120 градусов). между каждым. Общая ссылка обычно подключается к земле и часто к токоведущему проводнику, называемому нейтралью. Из-за разности фаз напряжение на любом проводнике достигает своего максимума через одну треть цикла после одного из других проводников и на одну треть цикла раньше оставшегося проводника. Эта фазовая задержка обеспечивает постоянную передачу мощности на сбалансированную линейную нагрузку. Это также позволяет создавать вращающееся магнитное поле в электродвигателе и генерировать другие фазовые схемы с помощью трансформаторов (например, двухфазную систему с использованием трансформатора Скотта-Т ). Амплитуда разности напряжений между двумя фазами равна раз превышает амплитуду напряжения отдельных фаз.

Описанные здесь симметричные трехфазные системы называются просто трехфазными , поскольку, хотя можно спроектировать и реализовать асимметричные трехфазные системы электропитания (т. е. с неодинаковыми напряжениями или сдвигами фаз), на практике они не используются. потому что им недостает важнейших преимуществ симметричных систем.

В трехфазной системе, питающей симметричную и линейную нагрузку, сумма мгновенных токов трех проводников равна нулю. Другими словами, ток в каждом проводнике по величине равен сумме токов в двух других, но с противоположным знаком. Обратным путем тока в любом фазном проводе являются два других фазных провода.

Постоянная передача мощности возможна при любом количестве фаз больше одной. Однако двухфазные системы не имеют функции подавления нейтрального тока и, следовательно, используют проводники менее эффективно, а наличие более трех фаз излишне усложняет инфраструктуру.Кроме того, в некоторых практических генераторах и двигателях две фазы могут привести к менее плавному (пульсирующему) крутящему моменту. [10]

Трехфазные системы могут иметь четвертый провод, распространенный в распределительных сетях низкого напряжения. Это нейтральный провод. Нейтраль позволяет подавать три отдельных однофазных источника постоянного напряжения и обычно используется для питания нескольких однофазных нагрузок. Соединения расположены таким образом, чтобы, насколько это возможно, в каждой группе от каждой фазы отводилась одинаковая мощность. Далее по распределительной системе течения обычно хорошо сбалансированы. Трансформаторы могут быть подключены так, чтобы иметь четырехпроводную вторичную обмотку и трехпроводную первичную обмотку, допуская при этом несбалансированные нагрузки и соответствующие нейтральные токи вторичной стороны.

Последовательность фаз

[ редактировать ]

Трехфазная проводка обычно обозначается цветами, которые различаются в зависимости от страны и напряжения. Фазы должны быть подключены в правильном порядке, чтобы обеспечить желаемое направление вращения трехфазных двигателей. Например, насосы и вентиляторы не работают в обратном порядке. Сохранение идентичности фаз требуется, если два источника могут быть подключены одновременно. Прямое соединение между двумя разными фазами является коротким замыканием и приводит к протеканию несбалансированного тока.

Преимущества и недостатки

[ редактировать ]

По сравнению с однофазным источником питания переменного тока, в котором используются два токоведущих проводника (фаза и нейтраль ), трехфазный источник питания без нейтрали и с одинаковым напряжением фаза-земля и допустимой токовой способностью на фазу может передавать в три раза больше больше мощности за счет использования всего в 1,5 раза большего количества проводов (т. е. трех вместо двух). Таким образом, соотношение емкости к материалу проводника увеличивается вдвое. [11] Отношение емкости к материалу проводника увеличивается до 3:1 для незаземленной трехфазной системы и однофазной системы с заземлением по центру (или 2,25:1, если в обеих используются заземления того же сечения, что и проводники). Это приводит к более высокой эффективности, меньшему весу и более чистым формам сигналов.

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

  • Фазные токи имеют тенденцию компенсировать друг друга, суммируясь до нуля в случае линейной сбалансированной нагрузки, что позволяет уменьшить размер нейтрального проводника, поскольку по нему протекает небольшой ток или он вообще отсутствует. При сбалансированной нагрузке все фазные проводники пропускают одинаковый ток и поэтому могут иметь одинаковый размер.
  • Передача мощности в линейную сбалансированную нагрузку является постоянной, что в двигателях/генераторах помогает снизить вибрацию.
  • Трехфазные системы могут создавать вращающееся магнитное поле заданного направления и постоянной величины, что упрощает конструкцию электродвигателей, поскольку не требуется пусковая цепь.

Однако большинство нагрузок являются однофазными. В Северной Америке односемейные дома и отдельные квартиры получают питание по одной фазе от электросети и используют систему с расщепленной фазой для распределительного щита , от которой в большинстве ответвлений подается напряжение 120 В. Цепи предназначены для устройств с более высокой мощностью, таких как печи, сушилки. , или розетки для электромобилей имеют напряжение 240 В.

В Европе трехфазное питание обычно подается на щиток управления и далее на более мощные устройства.

Генерация и распространение

[ редактировать ]
Анимация трехфазного тока
Изображение слева: элементарный шестипроводной трехфазный генератор переменного тока, в котором каждая фаза использует отдельную пару проводов передачи. [12] Изображение справа: элементарный трехпроводной трехфазный генератор переменного тока, показывающий, что фазы могут разделять только три провода. [13]

На электростанции электрический генератор преобразует механическую энергию в совокупность трех переменного электрического тока , по одному от каждой катушки (или обмотки) генератора. Обмотки устроены таким образом, что токи имеют одну и ту же частоту, но со смещением пиков и минимумов их формы волны , чтобы обеспечить три дополнительных тока с разделением фаз на одну треть периода ( 120 ° или 3 радиана ). Частота генератора обычно составляет 50 или 60 Гц , в зависимости от страны.

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

После дальнейших преобразований напряжения в сети передачи напряжение наконец преобразуется в стандартное значение, прежде чем электроэнергия будет поставляться потребителям.

Большинство автомобильных генераторов переменного тока генерируют трехфазный переменный ток и преобразуют его в постоянный с помощью диодного моста . [14]

Трансформаторные соединения

[ редактировать ]

Обмотка трансформатора, соединенная треугольником (Δ), подключается между фазами трехфазной системы. Трансформатор «звезда» (Y) соединяет каждую обмотку фазного провода с общей нейтральной точкой.

Можно использовать один трехфазный трансформатор или три однофазных трансформатора.

В системе «открытый треугольник» или «V» используются только два трансформатора. Замкнутый треугольник, составленный из трех однофазных трансформаторов, может работать как разомкнутый треугольник, если один из трансформаторов вышел из строя или его необходимо удалить. [15] В схеме «разомкнутый треугольник» каждый трансформатор должен передавать ток для своих фаз, а также ток для третьей фазы, поэтому мощность снижается до 87%. При отсутствии одного из трех трансформаторов и эффективности двух оставшихся 87% мощность составит 58% ( 2 3 от 87%). [16] [17]

Если система с питанием по схеме треугольника должна быть заземлена для обнаружения паразитного тока на землю или защиты от перенапряжений, можно подключить заземляющий трансформатор (обычно зигзагообразный трансформатор ), чтобы позволить токам замыкания на землю возвращаться из любой фазы на землю. Другой вариант - это система треугольника с заземлением угла, которая представляет собой замкнутый треугольник, заземленный на одном из соединений трансформаторов. [18]

Трехпроводные и четырехпроводные схемы.

[ редактировать ]
Цепи звезда (Y) и треугольник (Δ)

Существует две основные трехфазные конфигурации: звезда (Y) и треугольник (Δ). Как показано на схеме, для конфигурации «треугольник» требуется только три провода для передачи, а для конфигурации «звезда» (звезда) может быть четвертый провод. Четвертый провод, если он имеется, является нейтральным и нормально заземлен. В трех- и четырехпроводных обозначениях не учитывается заземляющий провод, присутствующий над многими линиями передачи, который предназначен исключительно для защиты от неисправностей и не пропускает ток при нормальном использовании.

Четырехпроводная система с симметричными напряжениями между фазой и нейтралью получается, когда нейтраль подключается к «общей точке звезды» всех питающих обмоток. В такой системе все три фазы будут иметь одинаковую величину напряжения относительно нейтрали. Использовались и другие несимметричные системы.

Четырехпроводная система «звезда» используется, когда необходимо обслуживать смешанную однофазную и трехфазную нагрузку, например, смешанную нагрузку освещения и двигателя. Примером применения является местное распределение в Европе (и других странах), где каждый потребитель может питаться только от одной фазы и нейтрали (которая является общей для всех трех фаз). Когда группа потребителей, разделяющих нейтраль, потребляют неодинаковые фазные токи, по общему нейтральному проводу проходят токи, возникающие в результате этого дисбаланса. Инженеры-электрики стараются спроектировать трехфазную энергосистему для любого места так, чтобы мощность, потребляемая от каждой из трех фаз, была одинаковой, насколько это возможно, на этом месте. [19] Инженеры-электрики также стараются организовать распределительную сеть так, чтобы нагрузки были максимально сбалансированы, поскольку те же принципы, которые применяются к отдельным помещениям, применимы и к широкомасштабной распределительной системе. Следовательно, энергоснабжающие организации прилагают все усилия, чтобы распределить мощность, потребляемую на каждой из трех фаз, по большому количеству помещений так, чтобы в среднем в точке питания наблюдалась как можно более сбалансированная нагрузка.

Конфигурация треугольника-звезды на сердечнике трансформатора (обратите внимание, что практический трансформатор обычно имеет разное количество витков на каждой стороне)

Для внутреннего использования некоторые страны, такие как Великобритания, могут поставлять одну фазу и нейтраль при высоком токе (до 100 А ) на один объект, в то время как другие, например Германия, могут поставлять 3 фазы и нейтраль каждому потребителю, но с меньшим предохранителем. номинал, обычно 40–63 А на фазу, и «чередуется», чтобы избежать эффекта, при котором на первую фазу приходится большая нагрузка. [ нужна ссылка ]

Трансформатор для системы « высокое плечо треугольника », используемый для смешанных однофазных и трехфазных нагрузок в одной и той же распределительной системе. Трехфазные нагрузки, такие как двигатели, подключаются к L1, L2 и L3. Однофазные нагрузки будут подключены между L1 или L2 и нейтралью или между L1 и L2. Фаза L3 в 1,73 раза превышает напряжение L1 или L2 относительно нейтрали, поэтому эта ветвь не используется для однофазных нагрузок.

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

  • звезда (Y) – звезда (Y) используется для малого тока и высокого напряжения,
  • Дельта (Δ) – Дельта (Δ) используется для больших токов и низких напряжений,
  • Дельта (Δ) – звезда (Y) применяется для повышающих трансформаторов, т.е. на электростанциях,
  • Звезда (Y) – Дельта (Δ) используется для понижающих трансформаторов, т. е. в конце передачи.

В Северной Америке иногда используется питание по схеме «треугольник» с высоким плечом , когда одна обмотка трансформатора, соединенного треугольником, питающего нагрузку, имеет центральное отвод, а этот центральный отвод заземлен и подключен как нейтраль, как показано на второй схеме. Эта установка создает три различных напряжения: Если напряжение между центральным отводом (нейтралью) и каждым из верхних и нижних отводов (фазным и противофазным) составляет 120 В (100%), напряжение на фазной и противофазной линиях составляет 240 В (200%), а напряжение от нейтрали до «высокой ветви» составляет ≈ 208 В (173%). [15]

Причиной подключения источника питания по схеме треугольника обычно является питание больших двигателей, требующих вращающегося поля. Однако для рассматриваемых помещений также потребуются «обычные» североамериканские источники питания 120 В, два из которых выводятся (сдвинуто по фазе на 180 градусов) между «нейтралью» и любой из фазовых точек с центральным отводом.

Сбалансированные схемы

[ редактировать ]

В идеально сбалансированном случае все три линии имеют одинаковые нагрузки. Исследуя схемы, мы можем получить взаимосвязи между напряжением и током линии, а также напряжением и током нагрузки для нагрузок, соединенных звездой и треугольником.

В сбалансированной системе каждая линия будет производить одинаковые величины напряжения при фазовых углах, равноудаленных друг от друга. С V 1 в качестве эталона и V 3 с отставанием V 2 с отставанием V 1 , используя обозначение угла , и V LN - напряжение между линией и нейтралью, мы имеем: [20]

Эти напряжения подаются на нагрузку, соединенную звездой или треугольником.

Уай (или звезда; Y)

[ редактировать ]
Генератор трехфазного переменного тока, подключенный по схеме звезда или звезда к нагрузке, соединенной звездой или звездой. В показанной схеме несбалансированные токи будут течь между источником и нагрузкой через землю, создавая нежелательные паразитные напряжения на земле . [21]

Напряжение, воспринимаемое нагрузкой, будет зависеть от подключения нагрузки; для случая звезды подключение каждой нагрузки к фазному (фазному) напряжению дает [20]

где Z total — это сумма импедансов линии и нагрузки ( Z total = Z LN + Z Y ), а θ — фаза общего импеданса ( Z total ).

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

Векторная диаграмма для конфигурации звезды, в которой V ab представляет линейное напряжение, а V an представляет фазовое напряжение. Напряжения сбалансированы как
  • V ab = (1∠α − 1∠α + 120°) 3  | V |∠α + 30°,
  • В до н.э. = 3 | V |∠α − 90°,
  • V ок знак равно 3 | В |∠α + 150°
(в данном случае α = 0).

Применяя закон Кирхгофа (KCL) к нейтральному узлу, сумма трехфазных токов составляет общий ток в нейтральной линии. В сбалансированном случае:

Дельта (Δ)

[ редактировать ]
Генератор трехфазного переменного тока, подключенный по схеме звезда к нагрузке, соединенной треугольником.

В схеме треугольника нагрузки подключаются поперек линий, поэтому нагрузки видят линейные напряжения: [20]

v1 — это фазовый сдвиг для первого напряжения, который обычно принимается равным 0 °; в этом случае Φ v2 = -120 ° и Φ v3 = -240 ° или 120 °.)

Дальше:

где θ — фаза дельта-импеданса ( Z Δ ).

Относительные углы сохраняются, поэтому I 31 лаг I 23 лага I 12 по 120°. Расчет линейных токов с использованием KCL в каждом узле треугольника дает

и аналогично для каждой другой строки:

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

Конфигурация треугольника и соответствующая векторная диаграмма ее токов. Фазные напряжения равны линейным напряжениям, а токи рассчитываются как
  • I a = I ab I ca = 3 I ab ∠−30°,
  • Я б = я бк - я аб ,
  • я c знак равно я ca - я bc .
Общая передаваемая мощность равна
  • S = 3 В фаза I * фаза .

Проверка векторной диаграммы или преобразование векторной записи в комплексную запись показывает, как разница между двумя фазными напряжениями приводит к линейному напряжению, которое больше в 3 раза . Поскольку конфигурация треугольника соединяет нагрузку между фазами трансформатора, она обеспечивает разность линейного напряжения, которая в в 3 раза превышает напряжение между фазой и нейтралью, подаваемое на нагрузку в конфигурации звезда. Поскольку передаваемая мощность равна V 2 / Z , для передачи той же мощности сопротивление в схеме треугольника должно быть в 3 раза больше, чем в схеме звезда.

Однофазные нагрузки

[ редактировать ]

За исключением системы треугольника с высоким плечом и системы треугольника с заземлением по углу, однофазные нагрузки могут быть подключены к любым двум фазам или нагрузка может быть подключена от фазы к нейтрали. [22] Распределение однофазных нагрузок между фазами трехфазной системы уравновешивает нагрузку и позволяет наиболее экономно использовать проводники и трансформаторы.

В симметричной трехфазной четырехпроводной системе «звезда» три фазных проводника имеют одинаковое напряжение по отношению к нейтрали системы. Напряжение между линейными проводниками в 3 раза превышает напряжение между фазным проводом и нейтралью: [23]

Все токи, возвращающиеся из помещений потребителя к питающему трансформатору, имеют общий нейтральный провод. Если нагрузки распределены равномерно по всем трем фазам, сумма обратных токов в нулевом проводе равна примерно нулю. Любая несбалансированная фазовая нагрузка на вторичной стороне трансформатора приведет к неэффективному использованию мощности трансформатора.

Если нейтраль питания повреждена, фазное напряжение больше не поддерживается. Фазы с более высокой относительной нагрузкой будут испытывать пониженное напряжение, а фазы с более низкой относительной нагрузкой будут испытывать повышенное напряжение, вплоть до междуфазного напряжения.

Треугольник с высоким плечом обеспечивает соотношение фазы и нейтрали V LL = 2 В LN , однако нагрузка LN возлагается на одну фазу. [15] На странице производителя трансформатора указано, что нагрузка LN не должна превышать 5% мощности трансформатора. [24]

Поскольку 3 ≈ 1,73, определение V LN за 100 % дает V LL ≈ 100 % × 1,73 = 173 % . Если V LL было установлено равным 100%, то V LN ≈ 57,7% .

Несбалансированные нагрузки

[ редактировать ]

Когда токи в трех проводах под напряжением трехфазной системы не равны или не имеют точного угла фазы 120 °, потери мощности больше, чем в идеально сбалансированной системе. Метод симметричных составляющих применяется для анализа неуравновешенных систем.

Нелинейные нагрузки

[ редактировать ]

При линейных нагрузках нейтраль пропускает ток только из-за дисбаланса между фазами. Газоразрядные лампы и устройства, в которых используется выпрямительный конденсатор, такие как импульсные источники питания , компьютеры, офисное оборудование и т.п., создают гармоники третьего порядка , которые синфазны на всех фазах питания. Следовательно, такие гармонические токи добавляются в нейтраль в схеме «звезда» (или в заземленном (зигзагообразном) трансформаторе в системе «треугольник»), что может привести к тому, что нейтральный ток превысит фазный ток. [22] [25]

Трехфазные нагрузки

[ редактировать ]
Трехфазная электрическая машина с вращающимися магнитными полями.

Важным классом трехфазной нагрузки является электродвигатель . Трехфазный асинхронный двигатель имеет простую конструкцию, высокий пусковой момент и высокий КПД. Такие двигатели применяются в промышленности для многих целей. Трехфазный двигатель более компактен и дешевле, чем однофазный двигатель того же класса напряжения и номинала, а однофазные двигатели переменного тока мощностью более 10 л.с. (7,5 кВт) встречаются редко. Трехфазные двигатели также меньше вибрируют и, следовательно, служат дольше, чем однофазные двигатели той же мощности, используемые в тех же условиях. [26]

Резистивные отопительные нагрузки, такие как электрические котлы или системы отопления, могут быть подключены к трехфазным системам. Аналогичным образом можно подключить и электрическое освещение.

Частота мерцания линий в свете вредна для высокоскоростных камер, используемых при трансляции спортивных мероприятий для замедленных повторов. Его можно уменьшить, равномерно распределив источники света, работающие на частоте сети, по трем фазам так, чтобы освещаемая область освещалась всеми тремя фазами. Эта техника была успешно применена на Олимпийских играх 2008 года в Пекине. [27]

Выпрямители могут использовать трехфазный источник для создания шестиимпульсного выхода постоянного тока. [28] Выходной сигнал таких выпрямителей гораздо более плавный, чем выпрямленный однофазный, и, в отличие от однофазных, не падает до нуля между импульсами. Такие выпрямители могут использоваться для зарядки аккумуляторов, процессов электролиза , таких как производство алюминия и электродуговых печей, используемых в производстве стали , а также для работы двигателей постоянного тока. Зигзагообразные трансформаторы могут производить эквивалент шестифазного двухполупериодного выпрямления, двенадцать импульсов за цикл, и этот метод иногда используется для снижения стоимости компонентов фильтрации при одновременном повышении качества получаемого постоянного тока.

Трехфазная вилка, использовавшаяся в прошлом на электроплитах в Германии.

Во многих странах Европы электроплиты обычно рассчитаны на трехфазное питание с постоянным подключением. Отдельные отопительные агрегаты часто подключаются между фазой и нейтралью, чтобы обеспечить подключение к однофазной цепи, если трехфазная недоступна. [29] Другими обычными трехфазными нагрузками в быту являются безрезервуарные системы водяного отопления и накопительные нагреватели . В домах в Европе стандартизировано номинальное напряжение 230 В ±10% между любой фазой и землей. Большинство групп домов питаются от трехфазного уличного трансформатора, поэтому отдельные помещения с потребностью выше среднего могут питаться от второй или третьей фазы.

Фазовые преобразователи

[ редактировать ]

Фазовые преобразователи используются, когда трехфазное оборудование должно работать от однофазного источника питания. Они используются, когда трехфазное питание недоступно или стоимость не оправдана. Такие преобразователи также могут позволять изменять частоту, обеспечивая контроль скорости. Некоторые железнодорожные локомотивы используют однофазный источник для привода трехфазных двигателей, питаемых через электронный привод. [30]

Вращающийся фазовый преобразователь представляет собой трехфазный двигатель со специальными пусковыми устройствами и коррекцией коэффициента мощности , который создает сбалансированное трехфазное напряжение. При правильной конструкции эти вращающиеся преобразователи могут обеспечить удовлетворительную работу трехфазного двигателя от однофазного источника. В таком устройстве накопление энергии осуществляется за счет инерции (эффекта маховика) вращающихся компонентов. Внешний маховик иногда находится на одном или обоих концах вала.

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

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

В преобразователях частоты и цифровых фазовых преобразователях используются силовые электронные устройства для синтеза сбалансированного трехфазного источника питания из однофазного входного питания.

Тестирование

[ редактировать ]

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

Если абсолютная идентичность фаз не требуется, можно использовать инструменты для проверки вращения фаз для определения последовательности вращения с помощью одного наблюдения. Прибор для проверки чередования фаз может содержать миниатюрный трехфазный двигатель, направление вращения которого можно непосредственно наблюдать через корпус прибора. Другой шаблон использует пару ламп и внутреннюю фазосдвигающую сеть для отображения чередования фаз. Другой тип прибора может быть подключен к обесточенному трехфазному двигателю и может обнаруживать небольшие напряжения, индуцированные остаточным магнетизмом, когда вал двигателя вращается вручную. Загорается лампа или другой индикатор, показывающий последовательность напряжений на клеммах для данного направления вращения вала. [31]

Альтернативы трехфазному

[ редактировать ]
Электроэнергия с расщепленной фазой
Используется, когда трехфазное питание недоступно, и позволяет подавать в два раза большее нормальное рабочее напряжение для мощных нагрузок.
Двухфазная электроэнергия
Используются два напряжения переменного тока со сдвигом фаз между ними на 90 электрических градусов. Двухфазные цепи могут быть соединены двумя парами проводников или могут быть объединены двумя проводами, при этом для цепи потребуется всего три провода. Токи в общем проводнике складываются в 1,4 раза ( ) ток в отдельных фазах, поэтому общий проводник должен быть большего размера. Двухфазные и трехфазные системы можно соединить между собой с помощью трансформатора Скотта-Т , изобретенного Чарльзом Ф. Скоттом . [32] Очень ранние машины переменного тока, особенно первые генераторы на Ниагарском водопаде , использовали двухфазную систему, и некоторые сохранившиеся двухфазные системы распределения все еще существуют, но трехфазные системы вытеснили двухфазную систему для современных установок.
Моноциклическая мощность
Асимметричная модифицированная двухфазная энергосистема, использовавшаяся General Electric примерно в 1897 году, которую отстаивали Чарльз Протеус Стейнмец и Элиху Томсон . Эта система была разработана, чтобы избежать нарушения патентных прав. В этой системе генератор наматывался однофазной обмоткой полного напряжения, предназначенной для осветительных нагрузок, и обмоткой малой доли (обычно 1/4 сетевого напряжения), вырабатывающей напряжение, квадратурное с основными обмотками. Намерение состояло в том, чтобы использовать эту дополнительную обмотку «силового провода» для обеспечения пускового крутящего момента асинхронных двигателей, при этом основная обмотка обеспечивает питание осветительных нагрузок. После истечения срока действия патентов Вестингауза на симметричные двухфазные и трехфазные системы распределения электроэнергии моноциклическая система вышла из употребления; его было трудно анализировать, и он длился недостаточно долго для разработки удовлетворительного учета энергии.
Системы высокого фазового порядка
Были построены и испытаны для передачи энергии. Такие линии электропередачи обычно используют шесть или двенадцать фаз. Линии электропередачи с высоким порядком фаз позволяют передавать немного меньшую, чем пропорционально более высокую мощность, через заданный объем без затрат на преобразователь высокого напряжения постоянного тока (HVDC) на каждом конце линии. Однако для них требуется соответственно больше единиц оборудования.
округ Колумбия
Исторически использовался переменный ток, поскольку его можно было легко преобразовать в более высокое напряжение для передачи на большие расстояния. Однако современная электроника может повышать напряжение постоянного тока с высокой эффективностью, а в постоянном токе отсутствует скин-эффект , что позволяет сделать провода передачи легче и дешевле, и поэтому постоянный ток высокого напряжения дает меньшие потери на большие расстояния.

Цветовые коды

[ редактировать ]

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

Страна Фазы [примечание 1] Нейтральный,
Н [примечание 2]
Защитная земля,
НА [примечание 3]
Л1 Л2 Л3
Австралия и Новая Зеландия (AS/NZS   3000:2007, рис.   3.2, или IEC   60446, одобренный AS:3000) Красный или коричневый [примечание 4] Белый; [примечание 4] пред. желтый Темно-синий или серый [примечание 4] Черный или синий [примечание 4] Зеленый/желтый в полоску (установки до 1966 года: зеленый)
Канада Обязательный [33] Красный [примечание 5] Черный Синий Белый или серый Зеленый, возможно, с желтыми полосками или неизолированный
Изолированные системы [34] Апельсин Коричневый Желтый Белый или серый Зелёный, возможно, с жёлтыми полосками
Европейский CENELEC ( Европейский Союз и другие; с апреля 2004 г. IEC 60446 , позже IEC   60445-2017), Великобритания (с 31   марта 2004 г.), Гонконг (с июля 2007 г.), Сингапур (с марта 2009 г.), Россия (с 2009 г.) ГОСТ   Р   50462), Аргентина, Украина, Беларусь, Казахстан, Южная Корея (с янв. 2021 г.) Коричневый Черный Серый Синий Зеленый/желто-полосатый [примечание 6]
Старая европейская версия (до IEC 60446 , зависит от страны) [примечание 7]
Великобритания (до апреля 2006 г.), Гонконг (до апреля 2009 г.), Южная Африка, Малайзия, Сингапур (до февраля 2011 г.) Красный Желтый Синий Черный Зеленый/желтый в полоску (до 1970 г.: зеленый)
Индия Красный Желтый Синий Черный Зелёный, возможно, с жёлтыми полосками
Чили – NCH 4/2003 Синий Черный Красный Белый Зелёный, возможно, с жёлтыми полосками
Бывший СССР (Россия, Украина, Казахстан; до 2009 г.), Китайская Народная Республика. [примечание 8] (ГБ   50303-2002, раздел   15.2.2) Желтый Зеленый Красный Небесно-голубой Зеленый/желто-полосатый
Норвегия (до принятия CENELEC) Черный Белый/серый Коричневый Синий Желто-зелено-полосатый; пред. желтый или неизолированный
Соединенные Штаты [примечание 9] 120, 208 или 240 В Черный Красный Синий Белый Голый проводник (без изоляции)
277 или 480 В Коричневый Апельсин Желтый Серый Голый проводник (без изоляции)
Альтернативные методы (треугольник с ответвленной обмоткой) Черный Апельсин

(Высокая нога [примечание 10] )

Красный Белый Зеленый или желтый/зеленый с полосками или без изоляции
Синий

См. также

[ редактировать ]

Примечания

[ редактировать ]
  1. ^ Для фаз существует множество систем маркировки, некоторые из которых имеют дополнительное значение, например: H1, H2, H3 ; А, Б, С ; Р, С, Т ; У, В, Вт ; Р, Й, Б .
  2. ^ Также заземленный проводник.
  3. ^ Также земля или заземляющий проводник.
  4. ^ Перейти обратно: а б с д В Австралии и Новой Зеландии активные проводники могут быть любого цвета, кроме зеленого/желтого, зеленого, желтого, черного или голубого. Желтый цвет больше не разрешен в редакции правил проводки ASNZS 3000 2007 года. Европейские цветовые коды используются для всех кабелей IEC или гибких кабелей, таких как удлинители, провода для приборов и т. д., и в равной степени разрешены для использования в проводке зданий согласно AS/NZS 3000: 2007.
  5. ^ В Канаде проводник высокой ноги в системе «дельта» с высокой ветвью всегда отмечен красным.
  6. ^ Международная стандартная зелено-желтая маркировка проводов защитного заземления была введена, чтобы уменьшить риск путаницы монтажников с цветовой слепотой . Примерно от 7% до 10% мужчин не могут четко отличить красный от зеленого, что вызывает особую озабоченность в старых схемах, где красный обозначает провод под напряжением, а зеленый обозначает защитное заземление или защитное заземление.
  7. ^ В Европе все еще существует много установок со старыми цветами, но с начала 1970-х годов во всех новых установках используется зелено-желтое заземление в соответствии со стандартом IEC   60446 . (Например, фаза/нейтраль и земля, немецкий: черный/серый и красный; Франция: зеленый/красный и белый; Россия: красный/серый и черный; Швейцария: красный/серый и желтый или желтый и красный; Дания: белый/черный и красный. красный.
  8. ^ Обратите внимание, что хотя Китай официально использует фазу 1: желтый, фазу 2: зеленую, фазу 3: красный, нейтральный: синий, землю: зеленый/желтый, это не строго соблюдается, и существуют значительные местные различия.
  9. ^ С 1975 года Национальный электротехнический кодекс США не определяет окраску фазных проводов. Во многих регионах общепринятой практикой является обозначение   проводников 120/208 В (звезда) как черных, красных и синих, а   проводников 277/480 В (звезда или треугольник) как коричневых, оранжевых и желтых. В системе «треугольник» 120/240   В с   верхней ветвью 208 В верхняя ветвь (обычно фаза B) всегда отмечена оранжевым цветом, обычно фаза A имеет черный цвет, а фаза C — красный или синий. Местные правила могут вносить поправки в NEC. Национальный электротехнический кодекс США содержит требования к цвету заземленных проводников, заземления и трехфазных систем с заземленным треугольником, в результате чего одна незаземленная ветвь имеет более высокий потенциал напряжения относительно земли, чем две другие незаземленные ветви.
  10. ^ Должно быть высокая ножка, если она есть.
  1. ^ Салех, ЮАР; Рахман, Массачусетс (25 марта 2013 г.). «Анализ и разработка управляемого преобразователя переменного тока в постоянный с вейвлет-модуляцией 3φ» . Международная конференция IEEE по силовой электронике, приводам и энергетическим системам (PEDES) , 2012 г. стр. 1–6. дои : 10.1109/PEDES.2012.6484282 . ISBN  978-1-4673-4508-8 . S2CID   32935308 .
  2. ^ Уильям Д. Стивенсон-младший. Элементы анализа энергосистем, третье издание , МакГроу-Хилл, Нью-Йорк (1975). ISBN   0-07-061285-4 , с. 2
  3. ^ Террелл Крофт, Уилфорд Саммерс (редактор), Справочник американских электриков, 11-е изд. , Макгроу Хилл, 1987 г. ISBN   0-07-013932-6 стр. 3-10, рисунок 3-23.
  4. ^ Брумбах, Майкл (2014). Промышленное обслуживание . Клифтон-Парк, Нью-Йорк: Дельмар, Cengage Learning. п. 411. ИСБН  9781133131199 .
  5. ^ «История и график мощности переменного тока» . Технологический центр Эдисона . Проверено 24 января 2022 г.
  6. ^ Электропедия Woodbank Communications Ltd.: «История батарей (и других вещей)»
  7. ^ Герхард Нейдхёфер: Михаэль фон Доливо-Добровольский и трехфазный ток. Серия книг VDE «История электротехники» , том 9, VDE VERLAG, Берлин Оффенбах, ISBN   978-3-8007-3115-2 .
  8. ^ Бергстрем и Нордлунд, Ларс (2002). Эллара- Схемотехника и теория поля . Натуральные средства. стр. 283. ISBN  91-7536-330-5 .
  9. ^ Юльстрем, Филип (1940). Развитие электрификации в Швеции, экономико-географический обзор . [Отрывок из YMER 1941, буклет 2. Опубликовано Обществом антропологии и географии: Сообщение географического факультета Упсальского университета, № 29, опубликовано Esselte ab, Стокгольм, 1941 г., вып. 135205]
  10. ^ фон Мейер, Александра (2006). Электроэнергетические системы . Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons, Inc., с. 160. ИСБН  978-0-471-17859-0 . Мы также высказали одно обоснование этой трехфазной системы; а именно, что трехфазный генератор испытывает на своем роторе постоянный крутящий момент в отличие от пульсирующего крутящего момента, который возникает в одно- или двухфазной машине, что, очевидно, предпочтительнее с точки зрения машиностроения.
  11. ^ Коттон, Х., Электротехника , 6-е изд., Питман, Лондон, 1950, стр. 268.
  12. ^ Руководство по электротехнике Хокинса , Тео. Одель и К°, 2-е изд., 1917, т. 1, с. 4, гл. 46: Переменные токи, с. 1026, рис. 1260.
  13. ^ Руководство по электротехнике Хокинса , Тео. Одель и К°, 2-е изд., 1917, т. 1, с. 4, гл. 46: Переменные токи, с. 1026, рис. 1261.
  14. ^ «Новая конструкция автомобильных генераторов переменного тока» (PDF) . 30 августа 2017 г. Архивировано из оригинала (PDF) 30 августа 2017 г.
  15. ^ Перейти обратно: а б с Фаулер, Ник (2011). Руководство по расчетам электрика (2-е изд.). МакГроу-Хилл. стр. 3–5. ISBN  978-0-07-177017-0 .
  16. ^ Гиббс, Дж. Б. (27 апреля 1920 г.). «Трехфазное питание от однофазного трансформатора» . Власть . 51 (17). МакГроу-Хилл: 673 . Проверено 21 декабря 2012 г.
  17. ^ HW Beaty, DG Fink (ред.), Стандартный справочник для инженеров-электриков . 15-е изд., МакГроу-Хилл, 2007 г., ISBN   0-07-144146-8 , стр. 10–11.
  18. ^ «Шнайдер» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 г.
  19. ^ «Экономия энергии за счет балансировки и планирования нагрузки» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 11 сентября 2014 г. Проверено 3 августа 2014 г.
  20. ^ Перейти обратно: а б с Дж. Дункан Гловер; Мулукутла С. Сарма; Томас Дж. Овербай (апрель 2011 г.). Анализ и проектирование энергосистем . Cengage Обучение. стр. 60–68. ISBN  978-1-111-42579-1 .
  21. ^ «Что такое «бродячее напряжение»?» (PDF) . Инженеры-консультанты по коммунальным технологиям (UTEC). 10 августа 2015 года . Проверено 10 декабря 2023 г.
  22. ^ Перейти обратно: а б Ловенштейн, Майкл. «Фильтр, блокирующий 3-ю гармонику: хорошо зарекомендовавший себя подход к снижению гармонического тока» . Журнал ИАЭИ. Архивировано из оригинала 8 сентября 2013 года . Проверено 24 ноября 2012 г.
  23. ^ Мальчик-электрик, автор JW Sims MIEE (стр. 98).
  24. ^ «Федерал Пасифик» . Архивировано из оригинала 30 мая 2012 года.
  25. ^ Энджети, Прасад. «Гармоники в трехфазных четырехпроводных системах электрораспределения низкого напряжения и решениях для фильтрации» (PDF) . Лаборатория силовой электроники и качества электроэнергии Техасского университета A&M. Архивировано из оригинала (PDF) 13 июня 2010 года . Проверено 24 ноября 2012 г.
  26. ^ Александр, Чарльз К.; Садику, Мэтью НЕТ (2007). Основы электрических цепей . Нью-Йорк: МакГроу-Хилл. п. 504. ИСБН  978-0-07-297718-9 .
  27. ^ Хуэй, Сунь. «Спортивное освещение – соображения по проектированию Олимпийских игр 2008 года в Пекине» (PDF) . Компания «GE Lighting». Архивировано из оригинала (PDF) 28 апреля 2015 года . Проверено 18 декабря 2012 г.
  28. ^ Пекарек, Стивен; Сваренина, Тимофей (ноябрь 1998 г.). «Модели компонентов ACSL/Graphic Modeller для образования в области электроэнергетики» . Транзакции IEEE по образованию . 41 (4): 348. Бибкод : 1998ITEdu..41..348P . дои : 10.1109/TE.1998.787374 . Архивировано из оригинала 26 июня 2003 года.
  29. ^ «Сравнение британской и европейской практики использования бытовой техники» , Electrical Times , том 148, стр. 691, 1965.
  30. ^ «Ускорение обычных линий и Синкансэн» (PDF) . Обзор железных дорог и транспорта Японии . 58 : 58. Октябрь 2011 г. Архивировано (PDF) из оригинала 09 октября 2022 г.
  31. ^ Стив Сентри, «Основы управления двигателем», Cengage Learning, 2012, ISBN   1133709176 , стр. 70.
  32. ^ Бриттен, JE (2007). «Зал славы электротехники: Чарльз Ф. Скотт». Труды IEEE . 95 (4): 836–839. дои : 10.1109/JPROC.2006.892488 .
  33. ^ C22.1-15 – Электротехнические нормы и правила Канады, Часть I: Стандарт безопасности для электроустановок (23-е изд.). Канадская ассоциация стандартов. 2015. Правило 4–038. ISBN  978-1-77139-718-6 .
  34. ^ C22.1-15 – Электротехнические нормы и правила Канады, Часть I: Стандарт безопасности для электроустановок (23-е изд.). Канадская ассоциация стандартов. 2015. Правило 24–208(c). ISBN  978-1-77139-718-6 .
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 7ddf14424173c222f86e1c91f79454a0__1722391800
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/7d/a0/7ddf14424173c222f86e1c91f79454a0.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Three-phase electric power - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)