Trojfázový napájací systém

Jednou z možností viacfázového napájacieho systému je trojfázový systém striedavého prúdu. Má tri harmonické EMF s rovnakou frekvenciou, vytvorené jedným spoločným zdrojom napätia. Údaje EMF sú posunuté voči sebe navzájom v čase (vo fáze) o rovnaký fázový uhol rovný 120 stupňom alebo 2 * pi / 3 radiány.

Prvým vynálezcom šesťvodičového trojfázového systému bol Nikola TeslaK jeho rozvoju však významne prispel ruský fyzik a vynálezca Michail Osipovič Dolivo-Dobrovolsky, ktorý navrhol použitie iba troch alebo štyroch drôtov, čo prinieslo významné výhody, a bol jasne preukázaný pri pokusoch s indukčnými motormi.

V trojfázovom systéme striedavého prúdu je každý sínusový EMF vo svojej vlastnej fáze, ktorá sa zúčastňuje na nepretržitom periodickom procese elektrifikácie siete, preto sa údaje o EMF niekedy označujú jednoducho ako „fázy“, ako aj vodiče prenášajúce údaje EMF: prvá fáza, druhá fáza, tretia fáza. Fázy sa navzájom posunú o 120 stupňov a príslušné vodiče sa obvykle označujú latinskými písmenami L1, L2, L3 alebo A, B, C.

Takýto systém je veľmi ekonomický, pokiaľ ide o prenos elektrickej energie drôtom na veľké vzdialenosti. Trojfázové transformátory sú menej materiálovo náročné.

Výkonové káble vyžadujú menej vodivý kov (zvyčajne sa používa meď), pretože prúdy vo fázových vodičoch majú v porovnaní s jednofázovými vodičmi nižšie efektívne hodnoty v porovnaní s jednofázovými obvodmi s podobným prenášaným výkonom.

Trojfázový systém je veľmi vyvážený a spôsobuje rovnomerné mechanické zaťaženie zariadenia na výrobu energie (generátora elektrárne), čím sa predlžuje jeho životnosť.

Pomocou trojfázových prúdov prechádzajúcich vinutiami elektrických spotrebičov - rôznych inštalácií a motorov, je ľahké získať rotujúce vírivé magnetické pole potrebné na prevádzku motorov a iných elektrických spotrebičov.

Synchrónne a asynchrónne trojfázové striedavé motory majú jednoduché zariadenie a sú oveľa úspornejšie ako jednofázové a dvojfázové a ešte viac - klasické jednosmerné motory.

S trojfázovou sieťou v jednej inštalácii môžete získať dve prevádzkové napätia naraz - lineárnu a fázovú, čo vám umožní mať dve úrovne výkonu v závislosti od schémy zapojenia vinutia - „trojuholník“ (anglická verzia je „delta“) alebo „hviezda“.

Pokiaľ ide o napájanie osvetľovacích systémov, pripojením troch skupín lámp - každá do rôznych fáz siete - môžete výrazne znížiť blikanie a zbaviť sa škodlivého stroboskopického účinku.

Tieto výhody len určujú široké použitie trojfázového systému napájania v dnešnom veľkom globálnom energetickom priemysle.

hviezda

Spojenie podľa „hviezdicovej“ schémy zahŕňa spojenie koncov fázových vinutí generátora s jedným spoločným „neutrálnym“ bodom (neutrálny - N), ako aj koniec fázových výstupov spotrebiteľa.

Drôty spájajúce fázy spotrebiteľa so zodpovedajúcimi fázami generátora sa nazývajú lineárne drôty v trojfázovej sieti. A drôt spájajúci neutrály generátora a spotrebiteľa medzi sebou je neutrálny vodič (označený „N“).

V prítomnosti neutrálnej siete sa ukáže, že trojfázová sieť je štvorvodičová, a ak nie je k dispozícii nulová, trojvodičová. Za podmienok, keď sú odpory v troch fázach spotrebiteľa rovnaké, to znamená za predpokladu, že Za = Zb = Zc, zaťaženie bude symetrické. Toto je ideálny režim prevádzky pre trojfázovú sieť.

Ak existuje neutrál, fázové napätie sa nazýva napätie medzi akýmkoľvek fázovým vodičom a neutrálnym vodičom. A napätie medzi akýmikoľvek dvoma fázovými vodičmi sa nazýva lineárne napätie.

Ak sieť má pripojenie hviezdou, potom pod symetrické zaťaženie vzťah medzi fázovými a lineárnymi prúdmi a napätím možno opísať nasledujúcimi vzťahmi:

Je vidieť, že lineárne napätie sa posunie vzhľadom na zodpovedajúce fázové napätie o uhol 30 stupňov (pi / 6 radián):

Výkon pri spojení „hviezdy“ v podmienkach symetrického zaťaženia, pri zohľadnení známych fázových napätí, možno určiť pomocou tohto vzorca:

O dôležitosti neutrálnej a fázovej nerovnováhy

Aj keď pri absolútne symetrickom zaťažení je dodávka energie spotrebiteľom možná prostredníctvom troch drôtov s lineárnym napätím, a to aj v neprítomnosti neutrálu, napriek tomu, ak zaťaženia fáz nie sú striktne symetrické, vždy sa vyžaduje neutrál.

Ak pri asymetrickom zaťažení dôjde k zlomeniu neutrálneho vodiča alebo sa jeho odpor z nejakého dôvodu zvýši, dôjde k „fázovej nerovnováhe“ a potom zaťaženie troch fáz môže byť pod rôznymi napätiami - od nuly po lineárne - v závislosti od rozdelenia odporov záťaže. fázy v čase neutrálneho prerušenia.

Zaťaženia sú však navrhnuté výlučne pre fázové napätie, čo znamená, že niečo môže zlyhať. Fázová nerovnováha je obzvlášť nebezpečná pre domáce spotrebiče a elektroniku, pretože z tohto dôvodu môže vyhorieť nielen niektoré zariadenie, ale môže dôjsť aj k požiaru.

Problém harmonických násobok tretieho

Domáce a iné spotrebiče sú dnes najčastejšie vybavené spínanými zdrojmi energie a bez integrovaného obvodu na korekciu účinníka. To znamená, že momenty spotreby sú obmedzené tenkými špičkami impulzného prúdu blízko hornej časti sínusoidu siete, keď sa výstupný filtračný kondenzátor nainštalovaný po usmerňovači rýchlo a rýchlo nabije.

Keď je k sieti pripojených veľa takýchto spotrebiteľov, nastane vysoký prúd tretej harmonickej hlavnej frekvencie napájacieho napätia. Tieto harmonické prúdy (násobky tretieho) sú sčítané v neutrálnom vodiči a sú schopné ho preťažiť, napriek tomu, že spotreba energie v každej fáze nepresahuje povolený prúd.

Tento problém je obzvlášť dôležitý v administratívnych budovách, kde sa na malom priestore nachádza veľa rôznych kancelárskych zariadení. Ak by všetky vstavané spínacie zdroje mali obvody na korekciu účinníka, problém by to vyriešil.

trojuholník

Spojenie podľa schémy „trojuholníka“ zahŕňa spojenie konca prvého vodiča fázy so začiatkom druhého vodiča fázy, koniec vodiča druhej fázy so začiatkom vodiča tretej fázy, koniec vodiča tretej fázy so začiatkom vodiča prvej fázy - výsledkom je uzavretý obrázok - trojuholník.

Lineárne a fázové napätie a prúdy so symetrickým zaťažením, vzhľadom na spojenie „trojuholník“, korelujú takto:

Výkon v trojfázovom obvode, keď je pripojený pomocou trojuholníka, za podmienok symetrického zaťaženia sa určuje takto:

V nasledujúcej tabuľke sú uvedené štandardy fázového a sieťového napätia pre rôzne krajiny:

Vodiče rôznych fáz trojfázovej siete, ako aj neutrálne a ochranné vodiče, sú tradične označené vlastnými farbami.

Deje sa tak s cieľom zabrániť úrazu elektrickým prúdom a zabezpečiť pohodlie pri údržbe siete, uľahčiť ich inštaláciu a opravu, ako aj štandardizovať fázovanie zariadení: postupnosť fáz je niekedy veľmi dôležitá, napríklad, nastaviť smer otáčania indukčného motora, prevádzkový režim regulovaného trojfázového usmerňovača. V rôznych krajinách je farebné označenie odlišné, v niektorých je to rovnaké.

pozri: Farebné značenie drôtov