Нагрузка трехфазная: Трехфазная нагрузка. Линейное напряжение

Трехфазная нагрузка. Линейное напряжение

В каждой отрасли техники можно всегда найти своеобразное эхо давних времен, а именно названия, отражающие своего рода историю развития данного направления. И мало кто знает, что то или другое техническое понятие имеет длинный путь становления, привыкания, а в самом начале своего рождения знаменовало очередной, зачастую весьма значительный, шаг технического прогресса. Так, например, среди электрических терминов очень часто можно слышать выражения «трехфазное напряжение», «линейное напряжение», «постоянное» или «переменное напряжение» и множество других наименований со словом «напряжение».

Наибольшее распространение в электротехнике получили сети переменного напряжения синусоидальной формы. Максимальное значение напряжения при его колебании называется амплитудой Ua. Для такого напряжения применяют дополнительные единицы измерения — частота F и фаза ψ. Частота определяется количеством колебаний в единицу времени, а фаза — это временной сдвиг одинаковых точек колебания. Так уж сложилось исторически, что термином «фаза» стали называть и переменного напряжения, если она является частью системы из многих фаз — обычно трех. были очередным достижением электротехники и имеют так много достоинств, что пройти мимо просто невозможно. И самое главное из них — это возможность крайне просто, фактически без всяких усилий, получать вращающееся магнитное поле — основной принцип работы любого электродвигателя. В различают фазное и линейное напряжение, а ее особенность заключается в том, что каждая из фаз имеет сдвиг по отношению к остальным двум +/- 120 град. напряжения имеет выходные обмотки, в которых конструктивно задан сдвиг фаз. Каждая из обмоток имеет конец и начало: Н1-К1, Н2-К2, Н3-К3. В трехфазной системе возможны два варианта соединения фаз — «звезда» и «треугольник».

При соединении «звезда» все концы соединяются в одну точку — «вывод 0», а начала служат выводными концами для генератора и входными для запитанного им устройства. В такой системе линейное напряжение — это величина, измеренная между любой парой выходных концов Н1, Н2, Н3, и его обозначают Ulin. Есть и еще одна характеристика трехфазной сети — фазное напряжение. Его обозначают Uf и измеряют между точками «вывод 0» и любым из выходных концов К1, К2 и К3. Опуская подробности, следует отметить, что, исходя из векторной диаграммы для трехфазной сети, соотношения между этими напряжениями Ulin = Ѵ3 * Uf. При соединении «треугольник» концы обмоток соединяют по кольцу: К1-Н1-К2-Н2-К3-Н3-К1. Каждое соединение «конец — начало» является выводом, и при этом линейное напряжение не отличается от фазного, т.е. Ulin = Uf. Интересно сравнить между собой постоянное напряжение Udir и амплитуду переменного напряжения Ua, например, исходя из одинаковой энергии, выделяемой в нагрузке. Для этого случая Udir = Ѵ2 * Ua.

Вот так на протяжении десятилетий копились знания о сущности и природе электричества, и незаметно простое понятие «напряжение» обросло родственными терминами, расширяющими наши возможности в использовании природных явлений для нужд человека.

В электрических цепях бывают разные типы напряжения. Линейное напряжение можно наблюдать в трехфазной сети, где оно возникает между двумя фазовыми проводами. В большинстве случаев его уровень достигает 380 Вольт.

Отличие линейного от фазного напряжения

Если представить трехфазную цепь, то четко понятно, что в ней есть определенное напряжение между фазными контактами и фазным и нулевым проводом. Это происходит из-за того, что в этой схеме используется четырёхпроводная трехфазная цепь. Главные её характеристики – напряжение и частота. Напряжение, возникающее в цепи между двумя фазными проводами – это линейное, а то, что появляется между фазным и нулевым – фазным.

Примечательной особенностью линейного напряжения является то, что именно по нему рассчитываются токи и другие параметры трехфазной цепи. Кроме того, к такой схеме можно подключать не только стандартные трехфазные контакты, но и однофазные (это различные бытовые приборы, приемники). Номинальное равняется 380 вольт, при этом оно может изменяться в зависимости от скачков или других перемен в локальной сети.

Существует несколько вариантов такого соединения, скажем, система с нейтралью под заземлением является самой популярной. Она характеризуется тем, что подключение к ней производится по особой схеме
:

1. Однофазные отводы подключаются к фазным проводам;
2. Трехфазные – к трехфазным, соответственно.

Линейное напряжение имеет очень широкое использование благодаря своей безопасности и удобства разветвления сети. Электрические приборы подключаются только к одному- фазному проводу, опасность представляет он один. Расчет системы очень прост, в нем руководствуются стандартными формулами из физики. При этом, чтобы измерить этот параметр сети, достаточно воспользоваться простым мультиметром, для того, чтобы замерить характеристики фазового подключения потребуется несколько специальных устройств (датчики тока, вольтметры и прочие).

Некоторые особенности сети:

1. При разводке такой проводки не требуется использовать профессиональные приборы- все измерения проводятся отвертками с индикаторами;
2. При соединении проводников нет необходимости подключать нулевой провод, т. к. благодаря свободной нейтрали, риск поражения током крайне мал;
3. Электротехника использует такую схему подключения для различных электродвигателей и других устройств, требующих высокую мощность для работы. Дело в том, что используя этот тип напряжения есть возможность повысить КПД на треть, что является весьма полезным свойством, в особенности, для асинхронного двигателя;
4. Схема используется как для переменного тока, так и для постоянного;
5. Нужно помнить, что однофазное соединение можно подключить к трехфазной сети, но не наоборот;
6. Но, у такой цепи есть и определенные недостатки. В линейном соединении проводников очень сложно обнаружить повреждения. Это способствует повышенной пожарной опасности.

Соответственно, основная разница между фазовым и линейным напряжением заключается в разности подсоединяемых проводов обмоток.

Для контроля и выравнивания этого параметра часто используется специальный прибор – линейный стабилизатор напряжения. Он позволяет поддерживать показатель на определённом уровне, при этом нормализуя повышенное. Еще одно его определение – импульсный стабилизатор. Устройство может подключаться к розетке, контактам электрических приборов и т. д.

Соединение

Линейное и фазное напряжение часто используется для запуска генератора. Рассмотрим, какие бывают соединения проводов на примере трехфазного генератора. Он состоит из первичных и вторичных обмоток. Их можно соединить звездой или треугольником.

Соединяя проводники в «треугольник» начало второй фазы соединяется с концом первой. Помимо этого, к каждому фазному проводнику подключаются линейные провода источника. Это выравнивает токи, исходя из чего, фазовое напряжение становится равным линейному. Аналогичная схема и для подключения трансформатора и двигателя.

Такое соединение также позволяет обеспечить нулевую электрическую движущую силу и постоянную частоту. Токи обмоток сдвигаются на 120 градусов, благодаря чему в общей схеме это соединение имеет вид трех отдельных токов, которые относительно друг друга сдвинуты на 2/3 периода. Это соотношение может изменяться в зависимости от типа подключаемого устройства и характеристик сети.

Аналогично можно подсоединить трехфазный асинхронный двигатель, стабилизатор или усилитель в сеть 220 вольт «звездой». Эта схема подразумевает подключение начала обмоток к сети. Тогда от входа начнет двигаться ток с характеристиками сети. Контакты выхода (концы обмоток), соединятся с началом при помощи специальных перемычек. Таким образом, межфазное напряжение будет протекать через все активные контакты.

В изолированной сети используются различные пусковые конденсаторы для запуска системы. Аналогично соединяются клеммы на обмотках. Это подключение часто используется для понижающих трансформаторов и различных двигателей, предусмотренных для работы в однофазной сети.

∑ Ik = 0;, которая говорит о том, что в любом узле цепи сила тока равна нулю.

И закон Ома:

I = U / R . Зная эти законы можно без проблем рассчитать любую характеристику определенного контакта или сети.

При разветвлении системы может понадобиться вычислить напряжение между фазовым проводом и нейтральным:

I L = I F – эти параметры могут изменяться в зависимости от подключения. Отсюда следует, что линейные параметры равняются фазовым.

Но, в определенных ситуациях, необходимо рассчитать, чем равно соотношение напряжения между фазовым и линейным проводниками.

Для этого используется формула: Uл=Uф∙√3, где:

Uл –линейное, Uф – фазовое. Формула справедлива только если I L = I F .

При включении в сеть дополнительных отводов, нужно отдельно вычислять фазовое напряжение каждого из подключений. Тогда вместо Uф подставляются данные этого конкретного отвода.

При работе с промышленными установками может потребоваться расчет реактивной трехфазной мощности. Он производится по формуле:

Q = Qа + Qb + Qс

Аналогичный вид имеет формула активной.

Электрические цепи трехфазного переменного тока

Трехфазный электрический ток

Трехфазная цепь представляет собой совокупность электрических цепей, в которых действуют три синусоидальные э. д.с. одинаковой частоты, отличающиеся по фазе одна от другой (φ = 120 о) и создаваемые общим источником энергии. Каждую из частей многофазной системы, характеризующуюся одинаковым током, принято называть фазой. Таким образом, слово фаза в электротехнике имеет два значения – угол φ и часть многофазной системы (отдельный фазный провод).

Основные преимущества трехфазной системы
: возможность простого получения кругового вращающегося магнитного поля (это позволило создать электродвигатели переменного тока), экономичность и эффективность (мощность можно передать по трем фазным проводам без применения четвертого общего провода -нейтрали), а также возможность использования двух различных эксплуатационных напряжений в одной установке (фазного и линейного, которые обычно составляют 220 В и 380 В, соответственно).

История появления трехфазных электрических цепей связана с именем М.С. Доливо-Добровольского Петербургского ученого, который в 1886 г., доказав, что многофазные токи способны создавать вращающееся магнитное поле, предложил (запатентовал) конструкцию трехфазного электродвигателя.

Трехфазный ток является простейшей системой многофазных токов, способных создавать вращающееся магнитное поле. Этот принцип положен в основу работы трехфазных электродвигателей.

Предложив конструкцию электродвигателя переменного тока, М.С. Доливо-Добровольский разработал и все основные элементы трехфазной электрической цепи. Трехфазная цепь состоит из трехфазного генератора, трехфазной линии электропередач и трехфазных приемников.

В результате предложенной трехфазной системы электрического тока стало возможным эффективно преобразовывать электрический ток в механическую энергию.

Электрическую энергию трехфазного тока получают в синхронных трехфазных генераторах (рис. 27). Три обмотки 2 статора 1 смещены между собой в пространстве на угол 120°. Их начала обозначены буквами А
, В
, С
, а концы – x
, y
, z
. Ротор 3 выполнен в виде постоянного электромагнита, магнитное поле которого возбуждает постоянный ток I
, протекающий по обмотке возбуждения 4. Ротор принудительно приводится во вращение от постороннего двигателя. При вращении магнитное поле ротора последовательно пересекает обмотки статора и индуктирует в них ЭДС, сдвинутые (но уже во времени) между собой на угол 120°.

Трехфазный синхронный генератор

Для симметричной системы ЭДС (рис. 28) справедливо

Волновая и векторная диаграммы симметричной системы ЭДС

На диаграмме изображена прямая последовательность чередования фаз (пересечение ротором обмоток в порядке А
, В
, С
). При смене направления вращения чередование фаз меняется на обратное — А
, С
, В
. От этого зависит направление вращения трехфазных электродвигателей.

Существует два способа соединения обмоток (фаз) генератора и трехфазного приемника: «звезда» и «треугольник».

В генераторах трехфазного тока электрическая энергия генерируется в трех одинаковых обмотках, соединенных по схеме звезда. Чтобы сэкономить на проводах линии передачи электроэнергии от генератора к потребителю тянутся только три провода. Провод от общей точки соединения обмоток не тянется, т.к. при одинаковых сопротивлениях нагрузки (при симметричной
нагрузке) ток в нем равен нулю.

Схема замещения трехфазной системы, соединенной «звездой»

Согласно первому закону Кирхгофа можно записать I O = I А + I В + I С.

При равенстве ЭДС в фазных обмотках генератора и при равенстве сопротивлений нагрузки (т.е. при равенстве значений токов I А,I В,I С)в представленной на рисунке системе, с помощью векторных диаграмм можно показать, что результирующий ток I O в центральном проводнике будет равен нулю. Таким образом, получается, что в симметричных системах
(когда сопротивления нагрузок одинаковы), центральный провод может отсутствовать и линия для передачи системы трехфазного тока может состоять только из трех проводов.

В распределительных низковольтных сетях, в которых присутствует много однофазных потребителей, обеспечение равномерной нагрузки каждой фазы становится не возможным, такие сети делаются четырехпроводными.

Для обеспечения электробезопасносности принято низковольтные потребительские сети (сети

Напряжение между фазными проводами в линии принято называть линейным напряжением,
а напряжение, измеренное между фазным проводом (фазой) и центральным – фазным напряжением.

В системах электроснабжения, в частности в генераторах и трансформаторах подстанций используется преимущественно соединения звездой.

Для низковольтных сетей (с напряжением менее 1000В) основным стандартным линейным (между фазными проводами) напряжением принимается напряжение 380 В, при этом фазное напряжение (между фазным проводом и центральным) будет составлять 220 В.

Низковольтные сети являются потребительскими сетями разного назначения, не обязательно питающими трехфазные двигатели. В таких сетях для питания различных потребителей могут быть использованы разные фазы по отдельности. В результате нагрузка разных фаз окажется неодинаковой. Кроме того, с целью техники безопасности, ПУЭ (правилами устройства электроустановок) устанавливается, что низковольтные трехфазные электрические сети должны устраиваться четырехпроводными, с глухозаземленной нейтралью.
Для этого схема понижающего трансформатора (понижающей подстанции) обычно выглядит следующим образом.

(Высокое напряжение

Т.е. центральный, называемый при этом «нулевым», провод на вторичной обмотке трехфазного трансформатора подключается к заземляющему устройству и подводится к потребителям наряду с фазными проводами.

Страница 8 из 16

В трехфазной электрической сети различают линейное и фазное напряжения.

Линейное (его называют также междуфазным или межфазным) – это напряжение между двумя фазными проводами.

Фазное – между нулевым проводом и одним из фазных. Линейные напряжения при нормальных эксплуатационных условиях одинаковы и в 1,73 раза больше фазных, т. е. напряжение между нулевым и фазным проводом (фазное) составляет 58 % линейного напряжения. Напряжение трехфазной сети принято оценивать по линейному напряжению. Для отходящих от ТП трехфазных линий установлено номинальное линейное напряжение 380 В, что соответствует фазному 220 В. В обозначении номинального напряжения трехфазных четырехпроводных сетей указывают обе величины, т. е. 380/220 В. Этим подчеркивается, что к такой сети можно подключать не только трехфазные электроприемники на номинальное напряжение 380 В, но и однофазные на 220 В.

Трехфазная система 380/220 В с заземленной нейтралью получила наибольшее распространение, но в некоторых населенных пунктах и садовых кооперативах можно встретить иные системы распределения электроэнергии. Например, трехфазную с линейным напряжением 220 В и незаземленной (изолированной) нейтралью. Однофазные электроприемники 220 В подключают на линейное напряжение между любой парой фазных проводов, а трехфазные – к трем фазным проводам. При этой системе нулевой провод не требуется, а незаземленная нейтраль снижает вероятность поражения электрическим током в случае нарушения изоляции. Однако выявление нарушений изоляции в такой системе сложнее, чем при заземленной нейтрали.

Прохождение электрического тока по проводам сопровождается потерями и напряжение у потребителей оказывается несколько меньшим, чем в начале линии у ТП. Чтобы обеспечить приемлемые уровни напряжения вдоль всей линии, на ТП приходится поддерживать напряжение выше номинала, т. е. не 380/220 В, а 400/230 В. В электрических сетях сельских районов у потребителей, согласно действующим нормам, допускаются отклонения напряжения на 7,5 % от номинального значения. Значит, на трехфазном электроприемнике допускается напряжение в пределах 350–410 В, а на однофазном 200–240 В.

Отклонения напряжения. Однако бывают случаи, когда величина напряжения выходит за допустимые пределы. При понижении напряжения заметно падает интенсивность электрического освещения от ламп накаливания, уменьшается производительность электронагревательных приборов, нарушается устойчивость работы телевизоров и других радиоэлектронных приборов с электропитанием от сети. Повышение напряжения приводит к преждевременному выходу из строя электроламп и нагревательных приборов. Электродвигатели в меньшей степени чувствительны к отклонениям напряжения.

Трехфазная
цепь состоит из трех основных элементов:
трехфазного генератора, линии передачи
со всем необходимым оборудованием,
приемников (потребителей). Напряжение
между линейным проводом и нейтралью
(Ua, Ub, Uc) называется фазным
.
Напряжение между двумя линейными
проводами (UAB, UBC, UCA) называется линейным
.
Для соединения обмоток звездой, при
симметричной нагрузке, справедливо
соотношение между линейными и фазными
токами и напряжениями:

13. Симметричный и несимметричный приемники в трехфазных цепях, векторные диаграммы.

.

Векторная
диаграмма при соединении приемника
звездой в случае симметричной нагрузки .

14.
Ток в нейтральном проводе в трехфазных
цепях.

Нейтральный
(нулевой рабочий) провод
— провод,
соединяющий между собой нейтрали
электроустановок в трёхфазных
электрических сетях.
При соединении обмоток генератора и
приёмника электроэнергии по схеме
«звезда» фазное напряжение зависит
от подключаемой к каждой фазе нагрузки.
В случае подключения, например,
трёхфазного двигателя, нагрузка будет
симметричной, и напряжение между
нейтральными точками генератора и
двигателя будет равно нулю. Однако, в
случае, если к каждой фазе подключается
разная нагрузка, в системе возникнет
так называемое напряжение
смещения нейтрали
,
которое вызовет несимметрию напряжений
нагрузки. На практике это может привести
к тому, что часть потребителей будет
иметь пониженное напряжение, а часть
повышенное. Пониженное напряжение
приводит к некорректной работе
подключённых электроустановок, а
повышенное может, кроме этого, привести
к повреждению электрооборудования или
возникновению пожара
.
Соединение
нейтральных точек генератора и приёмника
электроэнергии нейтральным проводом
позволяет снизить напряжение смещения
нейтрали практически до нуля и выровнять
фазные напряжения на приёмнике
электроэнергии. Небольшое напряжение
будет обусловлено только сопротивлением нулевого
провода.

Трехфазные
цепи с нейтральным проводе называют
четерехпроводными цепями.

Обычно
сопротивлением проводов не учитывается
/

Тогда
фазные напр. приемника будут равны
фазн. напряжением генератора.
.

При
том что комплексные сопротивления
равны
,
то токи определяются

В
соответствии с 1 зак. Киргофа ток в
нейтр. проводе

При
симмет. напр.

При
несим. напр.

Нейтр
провод выравнивает фазные напряжения.

15И16 Режимы работы трехфазного премника.

Различают
два вида соединений: в
звезду и в
треугольник. В
свою очередь при соединении в звезду
система может быть трех- и четырехпроводной.

Соединение
в звезду

На
рис. 6 приведена трехфазная система при
соединении фаз генератора и нагрузки
в звезду. Здесь провода АА’, ВВ’
и СС’ – линейные провода.

Линейным
называется
провод, соединяющий начала фаз обмотки
генератора и приемника. Точка, в которой
концы фаз соединяются в общий узел,
называется нейтральной
(на
рис. 6 N и N’ – соответственно
нейтральные точки генератора и нагрузки).

Провод,
соединяющий нейтральные точки генератора
и приемника, называется нейтральным
(на
рис. 6 показан пунктиром). Трехфазная
система при соединении в звезду без
нейтрального провода называется трехпроводной,
с
нейтральным проводом – четырехпроводной.

Все
величины, относящиеся к фазам, носят
название фазных
переменных,
к
линии — линейных.
Как
видно из схемы на рис. 6, при соединении
в звезду линейные токи иравны
соответствующим фазным токам. При
наличии нейтрального провода ток в
нейтральном проводе.
Если система фазных токов симметрична,
то.
Следовательно, если бы симметрия токов
была гарантирована, то нейтральный
провод был бы не нужен. Как будет показано
далее, нейтральный провод обеспечивает
поддержание симметрии напряжений на
нагрузке при несимметрии самой нагрузки.

Поскольку
напряжение на источнике противоположно
направлению его ЭДС, фазные напряжения
генератора (см. рис. 6) действуют от точек
А, В и С к нейтральной точке N; —
фазные напряжения нагрузки.

Линейные
напряжения действуют между линейными
проводами. В соответствии со вторым
законом Кирхгофа для линейных напряжений
можно записать

Отметим,
что всегда —
как сумма напряжений по замкнутому
контуру.

На
рис. 7 представлена векторная диаграмма
для симметричной системы напряжений.
Как показывает ее анализ (лучи фазных
напряжений образуют стороны равнобедренных
треугольников с углами при осно. вании,
равными 300), в этом случае

Обычно
при расчетах принимается .
Тогда для случаяпрямого
чередования фаз , (приобратном
чередовании фаз
фазовые
сдвиги у именяются
местами). С учетом этого на основании
соотношений (1) …(3) могут быть определены
комплексы линейных напряжений. Однако
при симметрии напряжений эти величины
легко определяются непосредственно
из векторной диаграммы на рис. 7. Направляя
вещественную ось системы координат по
вектору(его
начальная фаза равна нулю), отсчитываем
фазовые сдвиги линейных напряжений по
отношению к этой оси, а их модули
определяем в соответствии с (4). Так для
линейных напряженийиполучаем:;.

Соединение
в треугольник

В
связи с тем, что значительная часть
приемников, включаемых в трехфазные
цепи, бывает несимметричной, очень
важно на практике, например, в схемах
с осветительными приборами, обеспечивать
независимость режимов работы отдельных
фаз. Кроме четырехпроводной, подобными
свойствами обладают и трехпроводные
цепи при соединении фаз приемника в
треугольник. Но в треугольник также
можно соединить и фазы генератора (см.
рис. 8).

Для
симметричной системы ЭДС имеем

.

Таким
образом, при отсутствии нагрузки в
фазах генератора в схеме на рис. 8 токи
будут равны нулю. Однако, если поменять
местами начало и конец любой из фаз,
то и
в треугольнике будет протекать ток
короткого замыкания. Следовательно,
для треугольника нужно строго соблюдать
порядок соединения фаз: начало одной
фазы соединяется с концом другой.

Схема
соединения фаз генератора и приемника
в треугольник представлена на рис. 9.

Очевидно,
что при соединении в треугольник
линейные напряжения равны соответствующим
фазным. По первому закону Кирхгофа
связь между линейными и фазными токами
приемника определяется соотношениями

Аналогично
можно выразить линейные токи через
фазные токи генератора.

На
рис. 10 представлена векторная диаграмма
симметричной системы линейных и фазных
токов. Ее анализ показывает, что при
симметрии токов

В
заключение отметим, что помимо
рассмотренных соединений «звезда —
звезда» и «треугольник — треугольник»
на практике также применяются схемы
«звезда — треугольник» и «треугольник
— звезда».

Трехфазный ток — Технарь

Пример

В каждую фазу трехфазной четырехпроводной цепи нейтральным проводом включены сопротивления, как показано на рис. 61, а (соединение звездой). Сопротивления во всех фазах одинаковы и равны: активные 8,0 Ом, индуктивные 12 Ом, емкостные 6,0 Ом. Линейное напряжение сети 220 В. Для каждой фазы нагруз­ки определить: 1) полное сопротивление, коэффициент мощности, сдвиг фаз между током и напряжением, фазные токи; активную, ре­активную и полную мощности каждой фазы; 2) линейные токи, ток в нейтральном проводе; активную, реактивную и полную мощности потребителя. Построить векторную диаграмму.

Дано: r₁=r₂= r₃=Rф=8,0 Ом — активные сопротивления фаз; X_L1=X_L2=X_L3=X_Lф =12 Ом — индуктивные сопротивления фаз; X_C1=X_C2=X_C3=X_Cф=6,0 Ом — емкостные сопротивления фаз; U_л=220 В — линейное напряжение.

Найти: 1) Z_ф— полное сопротивление каждой фазы; cos φ_ф— коэффициент мощности; φ_ф— сдвиг фаз между током и напряжени­ем; I_ф—фазные токи; Р_ф, Q_ф, S_ф  — соответственно активную, ре­активную, полную мощности; 2) I_л — линейные токи, I₀— ток в нейтральном проводе; P,Q,S— активную, реактивную, полную мощности нагрузки.

Решение. 1) Так как в данной задаче соответствующие со­противления всех фаз одинаковы (симметричная нагрузка), доста­точно произвести вычисления для одной фазы. Полное сопротивле­ние фазы найдем по формуле:

Вычисляем полное сопротивление фазы:

Коэффициент мощности фазы определим по формуле:

затем найдем сдвиг фазы φ_ф между током и напряжением. Для опре­деления направления сдвига фаз определим sin φ_ф:

Если sin φ_ф>0 (нагрузка преимущественно индуктивная), ток от­стает от напряжения на угол φ_ф; если sin φ_ф<0 (нагрузка преиму­щественно емкостная), ток опережает напряжение по фазе.

Находим коэффициент мощности фазы:

так как sin φ_ф >0, то ток отстает по фазе от напряжения, и на век­торной диаграмме вектор тока сдвинут на 36°52′ в сторону отстава­ния (по часовой стрелке) от вектора напряжения. При симметрич­ной нагрузке коэффициент мощности всей нагрузки равен коэффи­циенту мощности фазы: cosφ=cos φ_ф=0,80.

Фазные токи найдем по закону Ома:

При соединении звездой с нейтральным проводом напряжение на каждой фазе, независимо от вида и сопротивления фазы, всегда оди­наково и равно U_ф =U_л /√(3), тогда I_ф = U_л/√(3)Z_ф. При соедине­нии звездой линейные токи равны фазным:

Находим фазные и линейные токи:

Активную, реактивную и полную мощности фаз определяем из формул:

Подставляя числовые значения, находим активную, реактивную и полную мощности фазы:

2) Ток в нейтральном проводе определяется по векторной диаг­рамме:

При симметричной нагрузке ток в нейтральном проводе I₀=0.

Активная мощность всей нагрузки равна сумме активных мощ­ностей фаз:

Для симметричной нагрузки Р = ЗР_ф =√(3), I_лU_л cos φ_ф

Реактивная мощность нагрузки равна алгебраической сумме реактивных мощностей фаз:

(Знак «+» при преобладании индуктивной нагрузки, «—» — ем­костной. ) В данной задаче:

Определим полную мощность нагрузки как:

В данной задаче S=3S_ф

Находим активную, реактивную и полную мощности нагрузки:

Строим векторную диаграмму (см. рис. 61, б). Построение начинаем с фазных напряжений, располагая их под углом  120°  друг к другу. Под углами φ_А, φ_Б, φ_С (в данной задаче 36°52′) к соответ­ствующим векторам фазных напряжений строим векторы фазных токов; I_ф=12,7 А, U_ф=127 В.

Ответ. 1) Полное сопротивление фазы 10 Ом; коэффициент мощности 0,80; сдвиг фаз между током и напряжением 36°52′; фазные и линейные токи 12,7 А; мощности фазы: активная 1,29 кВт, реактивная 0,968 вар, полная 1,61 кВ*А; 2) ток в нейтральном про­воде равен нулю; мощность нагрузки: активная 3,87 кВт, реак­тивная 2,90 квар, полная 4,84 кВ*А.

Пример

Потребитель, представляющий собой симметричную нагрузку, фазы которой соединены треугольником, включен в сеть трехфазного тока с линейным напряжением 220 В (рис. 62). Соот­ветствующие сопротивления во всех фазах одинаковы и равны: ак­тивные 6,0 Ом, индуктивные 4,0 Ом, емкостные 12 Ом. Определить: полное сопротивление каждой фазы, коэффициент мощности фазы, фазные и линейные токи; активную, реактивную, полную фазные мощности; активную, реактивную и полную мощности нагрузки.

Дано: U_л—220 В — линейное напряжение цепи; r₁=r₂=r₃ =R=6,0 Ом — активные сопротивления фаз; X_L1=X_L2=X_L3=X_L= 4,0 Ом — индуктивные сопротивления X_C1=X_C2=X_C3=X_C = 12 Ом — емкостные сопро­тивления фаз.

Найти: Z_ф— полное сопротивление каждой фазы, cos φ_ф— коэффициент мощности фазы, I_ф, I_л — фазные и линиейные токи; ; Р_ф, Q_ф , S_ф — активную, реактивную, полную мощности фаз; Р,Q, S — активную, реактивную и пол­ную мощности нагрузки.

Решение. При симметричной на­грузке достаточно определить все необ­ходимые величины для одной фазы.

Полное сопротивление фазы найдём по формуле:

Коэффициент мощности фазы:

в данной задаче коэффициент мощности всей нагрузки:

Фазный ток находим по закону Ома для участка цепи:

При соединении треугольником фазное напряжение равно линейному, U_ф =U_л, поэтому I_Ф=U_л/Z_ф.

Для нахождения линейного тока учитываем, что при симметрич­ной нагрузке:

Подставляя числовые значения, получаем:

Соответствующие мощности фаз определяем по формулам:

Активную мощность нагрузки определим по формуле:

Находим реактивную мощность нагрузки:

Определяем полную мощность нагрузки:

Ответ. Полное сопротивление фазы 10 Ом, коэффициент мощ­ности фазы 0,60, фазные токи 22 А, линейные токи 38,1 А; мощ­ности фаз: активная 2,9 кВт, реактивная 3,87 квар, полная 4,84 кВ*А; мощности нагрузки: активная 8,7 кВт, реактивная —11,6 квар; полная 14,5 кв*А.

Расчет мощности трехфазного автомата

Для расчета мощности номинала трехфазного автомата необходимо суммировать всю мощность электроприборов, которые будут подключены через него. Например, нагрузка по фазам одинакова:

L1 5000 W + L2 5000 kW + L3 5000W = 15000 W

Полученные ваты переводим в киловатты:

15000 W / 1000 = 15 kW

Полученное число умножаем на 1,52 и получаем рабочий ток А.

15 kW * 1,52 = 22,8 А.

Номинальный ток автомата должен быть больше рабочего. В нашем случае рабочий ток 22,8 А, поэтому мы выбираем автомат 25 А.

Номинал автоматов по току: 6, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100.

Уточняем сечение жил кабеля на соответствие нагрузке здесь.

Данная формула справедлива при одинаковой нагрузке по трем фазам. Если потребление по одной из фаз значительно больше, то номинал автомата подбирается по мощности этой фазы:

Например, нагрузка по фазам: L1 5000 W; L2 4000 W; L3 6000 W.

Ваты переводим в киловатты для чего 6000 W / 1000 = 6 kW.

Теперь определяем рабочий ток по этой фазе 6 kW * 4,55 = 27,3 А.

Номинальный ток автомата должен быть больше рабочего в нашем случае рабочий ток 27,3 А мы выбираем автомат 32 А.

В приведенных формулах 1,52 и 4,55 – коэффициенты пропорциональности для напряжений 380 и 220 В.

Материалы, близкие по теме:

Трехпроводная система, нагрузка соединена треугольником

Содержание:

Трехпроводная система, нагрузка соединена треугольником

На рисунке показана эквивалентная схема трехфазной цепи, когда фаза приемника соединена с треугольником. Здесь симметричный трехфазный источник представлен клеммами A, B, C и N. Три фазы источника, соединенные друг с другом «треугольным» способом, подключаются к клеммам источника с помощью проводов линии передачи.

• В то же время линия передачи имеет три провода, соединяющие приемник и три клеммы источника A, B и C. Нейтральная точка источника не используется, и в такой трехфазной цепи нет нейтрального провода

Задача расчета трехфазной цепи при подключении фаз «треугольного» приемника заключается в определении фазы и линейного тока при заданном напряжении трехфазного источника питания и фазовом сопротивлении приемника.

Напряжение между концом и началом фазы при соединении треугольником является напряжением между проводами линии. Таким образом, при соединении в треугольнике линейное напряжение равно фазному напряжению. Пренебрегая сопротивлением линейного провода, линейное напряжение потребителя эквивалентно линейному напряжению источника питания.

Фазовый ток замыкается вдоль фазы приемника.

Положительное направление тока фазы берется от начала до конца фазы в зависимости от напряжения фазы. Условное положительное направление линейного тока получается от источника питания к приемнику. Фазовый ток приемника определяется по закону Ома. Это отличается от соединения со звездой, когда оно соединено в треугольнике, и фазовые токи не являются линейно равными.

Линейный ток может быть определен для каждой фазы, и уравнение может быть создано в соответствии с первым законом Кирхгофа об узле (3.23). При сложении левой и правой сторон системы уравнений комплексная сумма линейных токов для симметричных и асимметричных нагрузок равна Будет ноль. 21 Симметричные нагрузки Для симметричных нагрузок линейное (фазовое) напряжение симметрично, поэтому токи фаз образуют симметричную систему, их абсолютные значения равны, а сдвиг фаз относительно друг друга составляет 120 °.

Линейные токи также образуют симметричную систему токов. Диаграмма вектора напряжения и тока для этой цепи показана. Векторная диаграмма напряжения и тока при подключении фаз симметричного приемника к треугольнику. На векторной диаграмме фазовый ток отстает от фазового напряжения на угол φ (при условии, что фаза приемника является индуктивной.

• Здесь мы предполагаем, что фаза напряжения UAB равна нулю.
• Построена в соответствии с уравнением как разность двух фазных токов, и отношение величины линейного тока к фазному току может быть определено с учетом треугольников на векторной диаграмме, поэтому при соединении треугольником среднеквадратичное значение является линейным Ток при симметричной нагрузке в три раза превышает действующее значение тока фазы, поэтому, если фазовая нагрузка симметрична, расчет трехфазной цепи, соединенной в треугольник, может быть сведен к однофазному вычислению.

Фазное напряжение UF = UL, фазный ток, линейный ток, фазовый угол φ = arctg (XF / RF), несбалансированная нагрузка. В общем, несбалансированная нагрузка, обычно с питанием от трехфазной сети однофазного приемника Происходит, когда поставлено, например, отрицательно, фазный ток, фазовый угол и фазовая мощность, как правило, различаются.

Трехфазная цепь при соединении фаз приемника «треугольник». Симметричный приемник ab фаза активная нагрузка, bc фаза активна Векторная диаграмма индуктивности и активной фазы в фазовой фазе показана. Векторная диаграмма напряжения и тока, когда несимметричные фазы приемника соединены в треугольник. Построение вектора линейного тока.

Следовательно, для асимметричных нагрузок симметрия фазового тока нарушается.

• Поэтому линейный ток может быть определен только с помощью приведенного выше расчета или графически нанесен на векторную диаграмму.

Важной особенностью соединения фаз приемника в треугольнике является то, что линейное напряжение генератора не изменяется, поэтому даже если сопротивление одной фазы изменяется, режим работы другой фазы не меняется.

Изменяются только ток в этой фазе и линейный ток в проводах линии, подключенных к этой фазе. Поэтому дельта-схемы широко используются для включения несбалансированных нагрузок. При расчете асимметричной нагрузки сначала определите значение тока фазы и соответствующий сдвиг фазы. Линейный ток определяется с помощью сложных форм уравнений или векторных диаграмм.

Смотрите также:

Распределение нагрузки по фазам: схема, правила, видео

Каждый владелец трехфазного ввода (380 В) обязан позаботиться о равномерной нагрузке на фазы, дабы избежать перегрузки одной из них. При неравномерном распределении на трехфазном вводе, при отгорании нуля или его плохом контакте, напряжения на фазных проводах начинают различаться друг от друга, как в большую так и в меньшую сторону. На уровне однофазного питания (220 Вольт) это может повлечь за собой поломку электрических приборов, из-за повышенного напряжения 250-280 Вольт, или же пониженного 180-150 Вольт. Помимо этого в данном случае наблюдается завышенное потребление электроэнергии у нечувствительных к перекосу напряжений электрических приборов. В этой статье мы расскажем вам, как выполняется распределение нагрузки по фазам, предоставив краткую инструкцию со схемой и видео примером.

Что важно знать

Данная диаграмма условно иллюстрирует трехфазную сеть:

Напряжение между фазами 380 вольт обозначено синим цветом. Зеленым цветом обозначено равномерное распределенное линейное напряжение. Красным — перекос напряжений.

Новым, трехфазным абонентам электросети в частном доме или квартире, при первом подключении, не стоит сильно надеяться на изначально равномерно распределенную нагрузку на вводной линии. Поскольку от одной линии могут быть запитаны несколько потребителей, а у них с распределением могут возникать проблемы.

Первым делом нужно выяснить напряжение между фазами, а также между L1-L3 и нулем, измерив их измерительным прибором. Если вы начали обзор нашего портала с этой статьи, рекомендуем также ознакомиться с инструкцией по использованию мультиметра.

Если после измерений вы увидели, что есть отклонения от номинальных напряжений (более 10%, согласно ГОСТ 29322-92), необходимо обратиться в электроснабжающую организацию для принятия соответствующих мероприятий по восстановлению симметрии фаз. Более подробно о том, что такое перекос фаз в сети, можете узнать из нашей статьи.

Согласно договору между абонентом и РЭС (о пользовании электроэнергией), последние должны поставлять качественную электроэнергию в дома, с указанным фазным и линейным напряжением. Частота также должна соответствовать 50 Герц.

Правила распределения

При проектировании схемы проводки необходимо максимально одинаково подбирать предполагаемые группы потребителей и распределить их по фазам. К примеру, каждая группа розеток по комнатам в доме подключена к своему фазному проводу и сгруппирована таким образом, чтобы нагрузка на сеть была оптимальна. Таким же образом организовывают линии освещения, выполняя их распределение по разным фазным проводника и так далее: стиральная машина, печь, духовка, котел, бойлер.

На схеме ниже изображены рекомендации, которые позволят вам правильно распределить нагрузку по фазам в частном доме либо коттедже:

Также советуем просмотреть видео, на котором наглядно демонстрируется пример сборки трехфазного электрощита:

Теперь вы знаете, как должно выполняться распределение нагрузки по фазам в частном доме и квартире. Надеемся, предоставленная информация была для вас интересной и полезной!

Рекомендуем также прочитать:

почему происходит отгорание нуля, статья vse-e.com / Новости

По большей части запитка бытовых потребителей происходит по однофазной схеме. Но частично всё же электроснабжение проводится с использованием трёхфазных кабелей. Конечно, качественная кабельная продукция характеризуется строгими техническими и проводниковыми показателями, а значит необходимостью прокладывать и эксплуатировать их по правилам, учитывая допустимые параметры нагрузки.

Что же означает фраза электрика «Отгорел ноль!»? Почему ноль намного чаще отгорает в трёхфазной сети, а не в однофазной? Каковы прогнозы? Эти и другие вопросы возникают у владельцев домов и других объектов с подобным электроснабжением. Разберемся вместе, как предупредить развитие таких ситуаций, тем самым уменьшив последствия и проблемы.

Понятие «нуля» в однофазной цепи

«Ноль» для однофазной цепи – это один из двух проводников, которые не имеет высокого потенциала относительно «земли». Второй проводник – это «фаза», который имеет высокий потенциал (220 В для бытовых сетей).  Электрический ток, который проходит по фазе, всегда равен току, который идет по «нулю». Именно поэтому нет предпосылок для отгорания нуля в однофазной сети. Ко всему прочему, линия, как правило, защищена качественной и недорогой автоматикой.

Вот так это выглядит схематически:

Понятие «нуля» в трёхфазной цепи

Как многим известно, трёхфазные линии бывают двух видов относительно нагрузки к фазам. Так выделяют такие виды как: «звезда» и «треугольник». В случае подключения по типу «треугольник» ноль отсутствует чисто физически, а значит проблемы отгорание нуля — попросту нет. А вот схема «звезда» в трёхфазном подключении имеет ноль, как особый проводник. Рассмотрим подробнее.

Схема подключения «звезда» в трёхфазной цепи:

В данном случае по каждой из 3-х фаз проходит равная по значению нагрузка переменного электротока. При этом они сдвигаются по временной фазе на 120 градусов либо на 1/3 всего периода. В результате получается сумма равных, но смещенных значений векторов, которые дают суммарное нулевое значение. По сути, это идеальный случай, когда по нулевому проводу идет такой нулевой ток. А по факту, обесточенный ноль не нужен совершенно.
Реальная ситуация отличается от идеальной. Ведь нагрузки всех фаз в большинстве случаев хоть немного, но отличаются. То есть суммарный вектор не равен нулю. В результате, не происходит компенсации токов, а значит, по нулевому проводнику проходит небольшой уравнительный ток. Именно поэтому во многих кабелях с 3-мя фазами есть 4-я жила – нулевая, которая характеризуется меньшим сечением, чем сечение фазных проводников. Основания причина – экономия электротехнической меди либо алюминия. При более детальном рассмотрении становится понятно, что таких токов недостаточно, чтобы вызвать отгорания нуля. В чем же тогда причина?

Причина в том, что трёхфазная линия включает несимметричные однофазные нагрузки. И при этом, разница в величине нагрузок может быть очень значительной, что электрики характеризуют как «перекос фаз». На стадии проекта проводится работа по максимальному уравнению нагрузок на фазы, но в действительности, распределение мощностей не всегда эффективно. При включении бытовых приборов высокой мощности по одной фазе нет возможности предугадать или компенсировать нагрузку на остальные фазы. В результате, разность нагрузки присутствует.
Обращая внимание на собственный быт, разве многие из нас задавались вопросом – насколько сильно отразится на кабельных линиях нагрузка при включенных одновременно стиральной машине и электрочайнике? Сложно думать о уравнительных токах и нулевой жиле, когда об этом ничего не знаешь.

Даже в таких случаях, когда суммарное значение фазных токов не равняется нулю, экстремальных ситуаций не развивается. Ноль может отгореть очень редко.

Отгорание нуля – когда происходит

Когда же происходит это пресловутое отгорание? И стоит ли об этом говорить? И вот здесь есть одно небольшое «но». Еще с 90-х годов в наш обиход прочно вошло такое понятие, как импульсный блок питания, который используют в целях экономии электроэнергии. Его применяют везде – компьютерах, различной бытовой технике. При этом, в таких блоках питания ток проходит только лишь в одной трети от полного одного полупериода. В результате, в трёхфазных сетях начинают протекать никак не скомпенсированные токи, которые идут без всякого контроля в нулевой провод. По «нулю» идут токи разных фаз от ассиметричной нагрузки. При суммировании этих данных, выходит, что ток нуля может соответствовать значению, близком или превышающему номинальное фазное значение. А вот это как раз чревато тем самым отгоранием нуля.

Что спасет ситуацию? Конечно, это хорошая защитная автоматика. Главное, чересчур не экономить и не покупать трёхфазный автомат без нулевой клеммы. Ведь по сути по каждой фазе проходит электрический ток в пределах номинала и автомат продолжает защищать фазы, а вот ноль остается не у дел.
Еще одна причина, в результате которой может произойти отгорание нуля, это обрыв одной из фаз при наличии больших нагрузок. В данном случае, суммарное значение токов двух фаз будет намного больше допустимого.

Важно помнить, что не стоит ставить отдельный автомат на нулевой кабель, так как это реально опасно. При отключении провода уравнительные токи будут искать выход через провода фазы. И в этом случае результат всегда предсказуем и опасен. Лучшее решение – работа со специалистами еще на этапе проектных работ, а также покупка кабельной продукции хорошего качества с соответствующими эксплуатационными характеристиками.

Провод для трехфазной сети вы всегда можете купить на нашем сайте: https://vse-e.com/kabel-i-provod/provod.

Автор: МЕГА КАБЕЛЬ

Однофазное и трехфазное питание Объяснение

В электричестве фаза относится к распределению нагрузки. В чем разница между однофазным и трехфазным блоком питания? Однофазное питание — это двухпроводная силовая цепь переменного тока. Обычно это один провод питания — фазный провод — и один нейтральный провод, при этом ток течет между силовым проводом (через нагрузку) и нейтральным проводом. Трехфазное питание — это трехпроводная силовая цепь переменного тока, в которой каждая фаза сигнала переменного тока разнесена на 120 электрических градусов.

Жилые дома обычно питаются от однофазного источника питания, в то время как коммерческие и промышленные объекты обычно используют трехфазное электроснабжение. Одно из ключевых различий между однофазным и трехфазным состоит в том, что трехфазный источник питания лучше выдерживает более высокие нагрузки. Однофазные источники питания чаще всего используются, когда типичными нагрузками являются освещение или обогрев, а не большие электродвигатели.

Однофазные системы могут быть производными от трехфазных систем. В США это делается через трансформатор для получения необходимого напряжения, а в ЕС — напрямую. Уровни напряжения в ЕС таковы, что трехфазная система может также служить тремя однофазными системами.

Однофазное и трехфазное питание

Еще одним важным отличием трехфазного питания от однофазного является постоянство подачи питания. Из-за пиков и провалов напряжения однофазный источник питания просто не обеспечивает такой стабильности, как трехфазный источник питания. Трехфазный источник питания обеспечивает постоянную подачу питания.

По сравнению с однофазным питанием и трехфазным, трехфазные источники питания более эффективны. Трехфазный источник питания может передавать в три раза больше мощности, чем однофазный источник питания, при этом требуется только один дополнительный провод (то есть три провода вместо двух). Таким образом, трехфазные источники питания, независимо от того, имеют ли они три провода или четыре, используют меньше проводящего материала для передачи заданного количества электроэнергии, чем однофазные источники питания.

Разница между трехфазной и однофазной конфигурациями

В некоторых трехфазных источниках питания действительно используется четвертый провод, который является нейтральным проводом. Две наиболее распространенные конфигурации трехфазных систем известны как звезда и треугольник. Конфигурация треугольника имеет только три провода, а конфигурация звезды может иметь четвертый, нейтральный, провод. Однофазные блоки питания также имеют нейтральный провод.

Как однофазные, так и трехфазные системы распределения электроэнергии имеют функции, для которых они хорошо подходят. Но эти два типа систем сильно отличаются друг от друга.

Статьи по теме

Узнайте больше об анализаторах качества электроэнергии.

Трехфазный источник — обзор

7.2.3 Метод модуляции прямого матричного преобразователя

В этом разделе представлена ​​матрица рабочего цикла для управления каждым переключателем трехфазного прямого матричного преобразователя и метод модуляции трехфазного преобразователя. Будет описан фазовый преобразователь с прямой матрицей, использующий матрицу рабочего цикла. Входное фазное напряжение и выходной фазный ток прямого матричного преобразователя даны как независимые переменные в формуле. (7.12).

(7.12) vi = vsavsbvsc = Vimcosωitcosωit − 2π / 3cosωit + 2π / 3, io = ioAioBioC = Iomcosωot − ϕocosωot − ϕo − 2π / 3cosωot − ϕo + 2π / 3.

В этом случае предположим, что операция генерирует выходное фазное напряжение и входной фазный ток в формуле. (7.13) контролем.

(7,13) vo = voAvoBvoC = Vomcosωotcosωot − 2π / 3cosωot + 2π / 3, ii = isaisbisc = Iimcosωit − ϕicosωit − ϕi − 2π / 3cosωit − ϕi + 2π / 3,

где cos ( ϕ _{) и cos ( ϕ i ) — коэффициенты мощности нагрузки и входного каскада, соответственно, а ω i и ω o — входная и выходная угловые частоты соответственно.Опорный потенциал выходного фазного напряжения v oA , v oB и v oC является нейтральной точкой трехфазного источника напряжения входного каскада, как показано на рис. 7.3. .}

Входная мощность прямого матричного преобразователя должна быть равна выходной мощности. Следовательно, уравнение. (7.14) определяется из v _i ^T i _i = v _o ^T i _o .

(7.14) VimIimcosϕi = VomIomcosϕo.

Когда коэффициент усиления по напряжению прямого матричного преобразователя определяется как q = V _om / V _im , Eq. (7.15) определяется как

(7.15) Vom = qVim, Iim = qIomcosϕocosϕi.

Когда уравнения. (7.12), (7.13) подставляются в уравнение. (7.10) матрица T скважности, которая удовлетворяет ограниченному условию продолжительности включения, как в уравнении. (7.11) рассчитывается с использованием уравнения. (7.16).

(7.16) T = dAadAbdAcdBadBbdBcdCadCbdCc = p13d1d2d3d3d1d2d2d3d1 + p23d1′d2′d3′d2′d3′d1′d3′d1′d2 ′,

, где d 1 39 , d ₁ ‘, d ₂ ‘ и d ₃ ‘выражаются в уравнении. (7.17).

(7.17) d1 = 1 + 2qcosω1t, d2 = 1 + 2qcosω1t + 2π3, d3 = 1 + 2qcosω1t − 2π3, d1 ′ = 1 + 2qcosω2t, d2 ′ = 1 + 2qcosω2t − 2π3, d3 ′ = 1 + 2qcosω2t + 2π3,

, где ω ₁ и ω ₂ составляют ω _o — ω _i и ω _o + ω _i , соответственно, и p ₁ и p ₂ — переменные управления коэффициентом мощности положительного и отрицательного направления, соответственно, которые выражены в формуле.(7.18).

(7.18) p1 = 121 + p, p2 = 121 − p, p = tanϕitanϕo.

Из уравнения. (7.18), p ₁ + p ₂ = 1 и p ₁ — p ₂ = p . Кроме того, p — это коэффициент передачи фазы между входом и выходом прямого матричного преобразователя. Среди переменных, которые определяют p , ϕ _o определяется характеристиками нагрузки, а ϕ _i определяется желаемым значением команды.

Если входной каскад матричного преобразователя работает с единичным коэффициентом мощности ( ϕ _i = 0), уравнение. (7.16) можно просто переписать, как это дает Ур. (7.19).

(7,19) djk = 131 + 2vojvskVim2j = ABCk = abc.

На рис. 7.10 показан диапазон значений трехфазного входного напряжения источника и выходного фазного напряжения прямого матричного преобразователя. Трехфазное выходное фазное напряжение не может выходить за пределы диапазона входного фазного напряжения, поскольку выходное фазное напряжение прямого матричного преобразователя синтезируется из входного напряжения.Следовательно, максимальная величина выходного фазного напряжения ограничена 50% от входного фазного напряжения. Другими словами, максимальное значение управляющего параметра q составляет 0,5 в матрице скважности уравнения. (7.16).

Рис. 7.10. Входное напряжение и выходное фазное напряжение ( q _макс. = 0,5).

На рис. 7. 11 показан способ получения большего выходного фазного напряжения, чем выходное фазное напряжение на рис. 7.10, путем добавления синфазного напряжения к выходному фазному напряжению по формуле.(7.13). Как упоминалось ранее, синфазное напряжение, приложенное к выходному фазному напряжению, не влияет на линейное напряжение выходного каскада прямого матричного преобразователя, поскольку опорные потенциалы выходного фазного напряжения v _oA , v _oB и v _oC являются нейтральными точками трехфазного источника напряжения входного каскада.

Рис. 7.11. Входное напряжение и выходное фазное напряжение ( q _max = 0.866) с использованием синфазного напряжения в модуляции.

Следовательно, фазные напряжения на выходе выражаются в формуле. (7.20) как

(7.20) vo = voAvoBvoC = Vomcosωot + vcmtcosωot − 2π / 3 + vcmtcosωot + 2π / 3 + vcmt,

, где v _cm — синфазное напряжение, выраженное в уравнении . (7.21) как

(7.21) vcmt = −16cos3ωot + 36cos3ωit.

В результате максимальное значение q увеличивается до √ 3/2 (= 0,866). Дополнительно q _max = 0.866 — это уникальная характеристика прямого матричного преобразователя, которая определяется независимо от метода модуляции управления прямого матричного преобразователя.

Если выходное фазное напряжение уравнения. (7.20) вместо уравнения. (7.13) окончательное решение обычно выражается комплексным уравнением, полученным с помощью оптимального метода Вентурини. Кроме того, этот метод необходим для многих расчетов в реальном приложении. Однако, если входной каскад прямого матричного преобразователя работает с единичным коэффициентом мощности ( ϕ _i = 0), окончательное решение может быть легко реализовано, как показано в уравнении.(7.22).

(7.22) djk = 131 + 2vojvskVim2 + 4q33sinωit + βksin3ωit, j = A, B, C, k = a, b, c, βa = 0, βb = −2π / 3, βc = 2π / 3.

В зависимости от оптимального анализа метода Вентурини, соотношение между передаточным отношением фазы на входе и выходе p прямого матричного преобразователя и коэффициентом усиления по напряжению q выбирается из уравнения. (7.23).

(7,23) 2qp⋅1 − signλ3 + sgnλ3≤1,

, где λ и sgn ( λ ) выражаются следующим образом в уравнении. (7.24).

(7.24) λ = 2q31 − p, signλ = 1, λ≥0−1, λ <0.

На рис. 7.12 показано изменение максимального усиления по напряжению q _max в зависимости от значения p . Если p управляется для управления коэффициентом мощности входного каскада прямого матричного преобразователя, необходимо соблюдать осторожность, поскольку максимальное усиление напряжения q _max изменяется, как показано на рис. 7.12.

Рис. 7.12. Максимальное усиление напряжения q _max в зависимости от значения p .

Если требуется, чтобы q _max было> 0,5, диапазон p должен быть ограничен в диапазоне — 1 < p <1. Кроме того, в диапазоне - 1 < p <1, диапазон регулировки угла коэффициента мощности входного каскада ограничен как - | ϕ _o | < ϕ _i <| ϕ _o | из уравнения. (7.18).

На рис. 7.13 показан пример метода, который генерирует стробирующие сигналы, которые являются функцией присутствия переключателя ( S _jk ), с использованием каждого матричного элемента ( d _jk ) матрицы заполнения . T матричного преобразователя.Стробирующие сигналы переключателей S _Aa , S _Ab и S _Ac , подключенных к выходному каскаду фазы A, определяются путем сравнения несущего сигнала v _tri треугольной формы. форма с d _Aa и ( d _Aa + d _Ab ) мгновенно. Кроме того, они выражаются следующим образом в формуле. (7.25):

Рис. 7.13. Формирование стробирующих сигналов из дежурного сигнала (переключение фазы А).

(7.25) sAasAbsAc = 100,0≤vtri

, где s _ij = 0 представляет состояние выключения переключателя и s _ij = 1 представляет состояние включения. Методы, которые генерируют стробирующие сигналы переключателей ( S _Ba , S _Bb и S _Bc ), подключенных к выходному каскаду фазы B и переключателям ( S _Ca , S _Cb и S _Cc ), подключенные к выходному каскаду C-фазы, аналогичны методу для переключателей, подключенных к выходному каскаду A-фазы.

Трехфазная конфигурация Y и треугольника | Полифазные цепи переменного тока

Трехфазное соединение звездой (Y)

Первоначально мы исследовали идею трехфазных систем питания, соединив три источника напряжения вместе в так называемой конфигурации «Y» (или «звезда»).

Эта конфигурация источников напряжения характеризуется общей точкой подключения, соединяющей одну сторону каждого источника. (Рисунок ниже)

Трехфазное соединение «Y» имеет три источника напряжения, подключенных к общей точке.

Если мы нарисуем схему, показывающую, что каждый источник напряжения представляет собой катушку с проводом (генератор переменного тока или обмотку трансформатора), и произведем небольшую перестановку, конфигурация «Y» станет более очевидной на рисунке ниже.

Трехфазное четырехпроводное соединение «Y» использует «общий» четвертый провод.

Три проводника, идущие от источников напряжения (обмоток) к нагрузке, обычно называются линиями , а сами обмотки обычно называются фазами .

В системе с Y-соединением нейтральный провод может быть или не быть (рисунок ниже) в точке соединения посередине, хотя это, безусловно, помогает облегчить потенциальные проблемы, если один из элементов трехфазной нагрузки выйдет из строя, поскольку обсуждалось ранее.

Трехфазное трехпроводное соединение «Y» не использует нейтральный провод.

Значения напряжения и тока в трехфазных системах

Когда мы измеряем напряжение и ток в трехфазных системах, нам нужно уточнить значение , где мы измеряем .

Напряжение сети означает величину напряжения, измеренного между любыми двумя проводниками линии в сбалансированной трехфазной системе. В приведенной выше схеме линейное напряжение составляет примерно 208 вольт.

Фазное напряжение относится к напряжению, измеренному на любом одном компоненте (обмотка источника или сопротивление нагрузки) в сбалансированном трехфазном источнике или нагрузке.

Для схемы, показанной выше, фазное напряжение составляет 120 вольт. Термины линейный ток и фазный ток следуют той же логике: первый относится к току через любой один линейный проводник, а второй — к току через любой один компонент.

Источники и нагрузки, подключенные по схеме Y, всегда имеют линейные напряжения выше фазных, а линейные токи равны фазным токам. Если источник или нагрузка, подключенные по схеме Y, сбалансированы, линейное напряжение будет равно фазному напряжению, умноженному на квадратный корень из 3:

.

Однако конфигурация «Y» не единственная допустимая для соединения трехфазного источника напряжения или элементов нагрузки.

Трехфазная конфигурация треугольником (Δ)

Другая конфигурация известна как «Дельта» из-за ее геометрического сходства с одноименной греческой буквой (Δ).Обратите внимание на полярность каждой обмотки на рисунке ниже.

Трехфазное, трехпроводное соединение Δ не имеет общего.

На первый взгляд кажется, что три таких источника напряжения создают короткое замыкание, электроны текут по треугольнику, и ничто иное, как внутренний импеданс обмоток, сдерживает их.

Однако из-за фазовых углов этих трех источников напряжения это не так.

Закон Кирхгофа о напряжении при соединении треугольником

Одной из быстрых проверок этого является использование закона Кирхгофа по напряжению, чтобы увидеть, равны ли три напряжения вокруг контура нулю. Если они это сделают, тогда не будет доступного напряжения для проталкивания тока вокруг этого контура и, следовательно, не будет циркулирующего тока.

Начиная с верхней обмотки и двигаясь против часовой стрелки, наше выражение KVL выглядит примерно так:

В самом деле, если мы сложим эти три векторные величины вместе, они в сумме дадут ноль. Другой способ проверить тот факт, что эти три источника напряжения могут быть соединены вместе в петлю без возникновения циркулирующих токов, — это разомкнуть петлю в одной точке соединения и рассчитать напряжение на разрыве: (рисунок ниже)

Напряжение на открытии Δ должно быть нулевым.

Начиная с правой обмотки (120 В ∠ 120 °) и продвигаясь против часовой стрелки, наше уравнение KVL выглядит следующим образом:

Конечно, на разрыве будет нулевое напряжение, что говорит нам о том, что ток не будет циркулировать в треугольной петле обмоток, когда это соединение будет выполнено.

Установив, что трехфазный источник напряжения с Δ-соединением не сгорит до корки из-за циркулирующих токов, перейдем к его практическому использованию в качестве источника питания в трехфазных цепях.

Поскольку каждая пара линейных проводов подключается непосредственно к одной обмотке в цепи Δ, линейное напряжение будет равно фазному напряжению.

И наоборот, поскольку каждый линейный провод присоединяется к узлу между двумя обмотками, линейный ток будет векторной суммой двух соединяющихся фазных токов.

Неудивительно, что результирующие уравнения для Δ-конфигурации выглядят следующим образом:

Анализ цепи примера соединения треугольником

Давайте посмотрим, как это работает на примере схемы: (Рисунок ниже)

Нагрузка на источнике Δ подключена к Δ.

Когда каждое сопротивление нагрузки получает 120 В от соответствующей фазной обмотки источника, ток в каждой фазе этой цепи будет 83.33 ампера:

Преимущества трехфазной системы Delta

Таким образом, ток каждой линии в этой трехфазной системе питания равен 144,34 А, что значительно больше, чем токи в линии в системе с Y-соединением, которую мы рассматривали ранее.

Можно задаться вопросом, не потеряли ли мы все преимущества трехфазного питания здесь, учитывая тот факт, что у нас такие большие токи в проводниках, что требует более толстого и более дорогостоящего провода.

Ответ — нет. Хотя для этой схемы потребуются три медных проводника калибра 1 (на расстоянии 1000 футов между источником и нагрузкой это составляет чуть более 750 фунтов меди для всей системы), это все же меньше, чем 1000+ фунтов меди, необходимых для Однофазная система, обеспечивающая одинаковую мощность (30 кВт) при одинаковом напряжении (120 В между проводниками).

Одним из явных преимуществ системы с Δ-соединением является отсутствие нейтрального провода. В системе с Y-соединением нейтральный провод был необходим на случай, если одна из фазных нагрузок выйдет из строя (или отключится), чтобы не допустить изменения фазных напряжений на нагрузке.

Это не обязательно (или даже возможно!) В схеме с Δ-соединением.

Когда каждый элемент фазы нагрузки напрямую подключен к соответствующей обмотке фазы источника, фазное напряжение будет постоянным независимо от обрывов в элементах нагрузки.

Пожалуй, самым большим преимуществом источника с Δ-подключением является его отказоустойчивость.

Возможно, что одна из обмоток трехфазного источника, подключенного по схеме Δ, откроется при отказе (рисунок ниже) без влияния на напряжение или ток нагрузки!

Даже при выходе из строя обмотки источника напряжение в сети по-прежнему равно 120 В, а напряжение фазы нагрузки по-прежнему составляет 120 В.Единственное отличие — дополнительный ток в оставшихся функциональных обмотках источника.

Единственным последствием разрыва обмотки источника для источника, подключенного по схеме Δ, является увеличение фазного тока в остальных обмотках. Сравните эту отказоустойчивость с системой с Y-соединением, имеющей обмотку с открытым исходным кодом, как показано на рисунке ниже.

Разомкнутая обмотка источника «Y» снижает вдвое напряжение на двух нагрузках по Δ, подключенных к нагрузке.

При подключении нагрузки по схеме Δ два сопротивления испытывают пониженное напряжение, в то время как одно остается при исходном линейном напряжении, 208. Нагрузка, подключенная по схеме Y, постигает еще худшую судьбу (рисунок ниже) из-за того же отказа обмотки в источнике, подключенном по схеме Y.

Обмотка с открытым источником в системе «Y-Y» снижает вдвое напряжение на двух нагрузках и полностью теряет одну нагрузку.

В этом случае два сопротивления нагрузки испытывают пониженное напряжение, а третье полностью теряет напряжение питания! По этой причине источники с Δ-соединением предпочтительнее для надежности.

Однако, если требуется двойное напряжение (например,г. 120/208) или предпочтительнее для более низких линейных токов, предпочтительной конфигурацией являются системы с Y-соединением.

ОБЗОР:

• Проводники, подключенные к трем точкам трехфазного источника или нагрузки, называются линиями .
• Три компонента, составляющие трехфазный источник или нагрузку, называются фазами .
• Линейное напряжение — это напряжение, измеренное между любыми двумя линиями в трехфазной цепи.
• Фазное напряжение — это напряжение, измеренное на отдельном компоненте трехфазного источника или нагрузки.
• Линейный ток — это ток через любую линию между трехфазным источником и нагрузкой.
• Фазный ток — это ток через любой компонент, содержащий трехфазный источник или нагрузку.
• В симметричных Y-цепях линейное напряжение равно фазному напряжению, умноженному на квадратный корень из 3, а линейный ток равен фазному току.

• В симметричных схемах Δ линейное напряжение равно фазному напряжению, а линейный ток равен фазному току, умноженному на квадратный корень из 3.

• Трехфазные источники напряжения с Δ-соединением обеспечивают большую надежность в случае выхода из строя обмотки, чем источники с соединением по схеме «треугольник». Однако источники, подключенные по схеме Y, могут выдавать такое же количество энергии при меньшем линейном токе, чем источники, подключенные по схеме Δ.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Что такое трехфазное питание и какие преимущества оно дает

Трехфазный переменный ток обычно используется для подачи электроэнергии в центры обработки данных, а также в коммерческие и промышленные здания, в которых размещается энергоемкое оборудование.Для этого есть веская причина, потому что трехфазное питание может обеспечить большую мощность с большей эффективностью, чем однофазное питание переменного тока. Однофазный переменный ток — это тип, обычно используемый в большинстве бытовых и легких коммерческих приложений, таких как освещение и мелкие бытовые приборы. На этой странице мы объясним, почему это так, а также основные различия между одно- и трехфазными системами питания.

Зачем нам 3-х фазное питание

Способность обеспечивать постоянно растущее количество энергии особенно важно, поскольку центры обработки данных и серверные комнаты продолжают видеть более высокую плотность. Более мощные вычислительные системы размещаются в тех же помещениях, где когда-то размещались серверы, потреблявшие лишь небольшую часть электроэнергии, необходимой современным компьютерам и сетям.

Не так давно одна ИТ-стойка из 10 серверов потребляла в общей сложности пять киловатт (кВт) энергии. Сегодня в этой же стойке могут находиться десятки серверов, которые в совокупности потребляют от 20 до 30 кВт. На таких уровнях вы, естественно, хотите повысить эффективность, так как даже небольшое процентное улучшение энергопотребления будет означать значительную экономию долларов с течением времени.

Электропроводка — еще одна проблема. Рассмотрим стойку на 15 кВт. При использовании однофазного источника питания переменного тока 120 В (В переменного тока) для питания стойки требуется 125 А, для чего потребуется провод диаметром почти четверть дюйма (AWG 4) — слишком толстый, чтобы с ним легко работать, не говоря уже о дорогой. Поскольку 3-фазный более эффективен, он может выдавать ту же мощность (или больше), используя меньшую проводку. Для поддержки той же стойки мощностью 15 кВт, использующей трехфазное питание, требуется три провода, способных подавать 42 А (AWG 10), что составляет небольшую часть размера — каждый менее одной десятой дюйма в диаметре.

Описание источника однофазного переменного тока

Итак, что такое трехфазное питание? И где его использовать?

Прежде чем углубляться в обсуждение, полезно начать с понимания однофазного переменного тока.

Однофазный источник питания переменного тока использует трехпроводную систему подачи, состоящую из одного «горячего» провода, нулевого провода и заземления. При питании от переменного тока силовой ток или напряжение периодически меняются на противоположные, протекая в одном направлении по горячему проводу, который подает мощность на нагрузку, а в другом — по нейтральному проводу.Полный цикл питания происходит во время изменения фазы на 360 градусов, а напряжение меняется на противоположное 50 или 60 раз в секунду, в зависимости от системы, используемой в разных частях мира. В Северной Америке это 60 раз или 60 герц (Гц).

Важно отметить, что две токоведущие ноги всегда разнесены на 180 градусов. Чтобы визуализировать это, представьте, что мощность движется по волне, технически это синусоида с определенной частотой и амплитудой. В каждом цикле волны на каждом проводе проходят через нулевую амплитуду дважды за одно и то же время (см. Рисунок 1).В этих случаях на нагрузку не подается питание.

Рисунок 1

Эти очень короткие прерывания не имеют значения для жилых и коммерческих зданий, таких как офисные помещения, но имеют серьезные последствия для двигателей, которые приводят в действие большое оборудование, а также компьютеры и другое ИТ-оборудование.

Погружение в 3-х фазное питание

Как следует из названия, трехфазные системы питания обеспечивают три отдельных тока, каждый из которых разделен на одну треть времени, необходимого для завершения полного цикла.Но, в отличие от однофазного, где две горячие ножки всегда разнесены на 180 градусов, в трехфазном токи разделены на 120 градусов.

На Рисунке 2 ниже вы увидите, что когда одна линия имеет пиковый ток, две другие нет. Например, когда фаза 1 находится на своем положительном пике, фазы 2 и 3 обе при -0,5. Это означает, что, в отличие от однофазного тока, нет точки, в которой мощность не подается на нагрузку. Фактически, в шести различных положениях в каждой фазе одна из линий находится в положительном или отрицательном положении пика.

Для практических целей это означает, что совокупная мощность, подаваемая всеми тремя токами, остается постоянной; у вас нет циклических пиков и спадов, как в однофазном.

Компьютеры и многие двигатели, используемые в тяжелой технике, разработаны с учетом этого. Они могут потреблять постоянный поток постоянной мощности, вместо того, чтобы учитывать колебания, присущие однофазной мощности переменного тока. В результате они потребляют меньше энергии.

В качестве аналогии подумайте о одноцилиндровом и трехцилиндровом двигателях.Оба работают на четырехтактной модели (впуск, компрессия, мощность, выпуск). В одноцилиндровом двигателе вы получаете только один «силовой» цикл на каждые четыре такта цилиндра, что обеспечивает довольно неравномерную подачу мощности. Трехтактный двигатель, напротив, будет обеспечивать мощность в трех чередующихся фазах (снова разделенных на 120 градусов) для более плавной, постоянной и эффективной мощности.

Рисунок 2

Преимущества трехфазного питания

Среди преимуществ, которые дает трехфазное питание, — способность обеспечивать почти вдвое большую мощность по сравнению с однофазными системами, не требуя вдвое большего количества проводов.Это не в три раза больше, чем можно было бы ожидать, потому что на практике вы обычно берете одну горячую линию и подключаете ее к другой горячей линии.

Чтобы понять, как 3-фазное питание обеспечивает большую мощность, нужно посчитать. Формула для однофазной мощности: мощность = напряжение (В) x ток (I) x коэффициент мощности (PF). Если предположить, что нагрузка в цепи является только резистивной, коэффициент мощности равен единице (или единице), что сокращает формулу до P = V x I. Если мы рассмотрим схему на 120 В, поддерживающую 20 А, мощность будет равна 2400 Вт. .

Формула мощности трехфазной цепи: мощность = напряжение (В) x ток (I) x коэффициент мощности (PF) x квадратный корень из трех. Если предположить, что нагрузка в цепи только резистивная, коэффициент мощности равен единице (или единице), что сокращает формулу до P = V x I x квадратный корень из трех. Если мы рассмотрим трехфазную схему на 120 вольт, и каждая фаза поддерживает 20 ампер, формула будет работать до 120 вольт x 20 ампер x 1,732 = 4 157 ватт. Таким образом, трехфазные сети могут обеспечивать почти вдвое большую мощность, чем однофазные системы.Это упрощенный пример, но его можно использовать для исследования дополнительной мощности, доступной от цепей, поддерживающих более высокие напряжения (например, 208 или 480 вольт) или токи (например, 30 ампер или больше).

Такая емкость пригодится, когда дело доходит до питания стоек ИТ-оборудования. Если раньше использование однофазного питания в стойке было нормой, то по мере увеличения плотности ИТ-стоек это становится все менее осуществимым и практичным. Все кабели, проводники и розетки становятся больше, дороже, и с ними становится все труднее работать.

Подача трехфазного питания непосредственно в серверную стойку позволяет использовать менее дорогие кабели и другие компоненты, обеспечивая при этом большую мощность. Однако при этом необходимо обращать внимание на нагрузку в каждой цепи, чтобы убедиться, что они сбалансированы и не превышают пропускную способность цепи.

Чтобы узнать больше о том, как работает трехфазное питание, и о преимуществах, которые оно дает, посетите: https://www.vertiv.com/en-us/products-catalog/critical-power/uninterruptible-power-supplies-ups.

Трехфазная электрическая мощность | Передача электроэнергии

Трехфазная электроэнергия — распространенный метод передачи электроэнергии.Это тип многофазной системы, которая в основном используется для питания двигателей и многих других устройств. Трехфазная система использует меньше проводящего материала для передачи электроэнергии, чем эквивалентные однофазные, двухфазные системы или системы постоянного тока при том же напряжении.

В трехфазной системе три проводника цепи несут три переменных тока (одинаковой частоты), которые достигают своих мгновенных пиковых значений в разное время. Если взять за основу один проводник, то два других тока задерживаются во времени на одну треть и две трети одного цикла электрического тока.Эта задержка между «фазами» обеспечивает постоянную передачу мощности в течение каждого цикла тока, а также позволяет создавать вращающееся магнитное поле в электродвигателе.

Трехфазные системы могут иметь или не иметь нейтральный провод. Нейтральный провод позволяет трехфазной системе использовать более высокое напряжение, поддерживая при этом однофазные приборы с более низким напряжением. В ситуациях распределения высокого напряжения обычно не бывает нейтрального провода, поскольку нагрузки можно просто подключить между фазами (соединение фаза-фаза).

Трехфазный имеет свойства, которые делают его очень востребованным в электроэнергетических системах. Во-первых, фазные токи имеют тенденцию нейтрализовать друг друга, суммируясь до нуля в случае линейной сбалансированной нагрузки. Это позволяет исключить нейтральный провод на некоторых линиях; все фазные проводники проходят одинаковый ток и поэтому могут иметь одинаковый размер для сбалансированной нагрузки. Во-вторых, передача мощности на линейную сбалансированную нагрузку является постоянной, что помогает снизить вибрации генератора и двигателя.Наконец, трехфазные системы могут создавать магнитное поле, которое вращается в заданном направлении, что упрощает конструкцию электродвигателей. Три — это самый низкий фазовый порядок, демонстрирующий все эти свойства.

Большинство бытовых нагрузок однофазные. Обычно трехфазное питание либо вообще не поступает в жилые дома, либо там, где оно поступает, оно распределяется на главном распределительном щите.

На электростанции электрический генератор преобразует механическую энергию в набор переменных электрических токов, по одному от каждой электромагнитной катушки или обмотки генератора.Токи являются синусоидальными функциями времени, все с одной и той же частотой, но смещены во времени, чтобы получить разные фазы. В трехфазной системе фазы распределены равномерно, что дает разделение фаз на одну треть цикла. Частота сети обычно составляет 50 Гц в Азии, Европе, Южной Америке и Австралии и 60 Гц в США и Канаде (но для получения более подробной информации см. «Системы электроснабжения»).

Генераторы выдают напряжение в диапазоне от сотен вольт до 30 000 вольт. На электростанции трансформаторы «повышают» это напряжение до более подходящего для передачи.

После многочисленных дополнительных преобразований в сети передачи и распределения мощность окончательно преобразуется в стандартное сетевое напряжение (, т.е. «домашнее» напряжение). На этом этапе питание может быть уже разделено на однофазное или все еще может быть трехфазным. При трехфазном понижении выход этого трансформатора обычно соединяется звездой со стандартным напряжением сети (120 В в Северной Америке и 230 В в Европе и Австралии), являющимся фазным напряжением.Другая система, обычно встречающаяся в Северной Америке, — это соединение вторичной обмотки треугольником с центральным ответвлением на одной из обмоток, питающих землю и нейтраль. Это позволяет использовать трехфазное напряжение 240 В, а также три различных однофазных напряжения (120 В между двумя фазами и нейтралью, 208 В между третьей фазой (известной как верхняя ветвь) и нейтралью и 240 В между любыми двумя фазами) должны быть доступны из того же источника.

Большой кондиционер и т. Д.в оборудовании используются трехфазные двигатели из соображений эффективности, экономии и долговечности.

Нагреватели резистивного нагрева, такие как электрические котлы или отопление помещений, могут быть подключены к трехфазным системам. Аналогичным образом может быть подключено электрическое освещение. Эти типы нагрузок не требуют вращающегося магнитного поля, характерного для трехфазных двигателей, но используют более высокий уровень напряжения и мощности, обычно связанный с трехфазным распределением. Системы люминесцентного освещения также выигрывают от уменьшения мерцания, если соседние светильники получают питание от разных фаз.

Большие выпрямительные системы могут иметь трехфазные входы; Результирующий постоянный ток легче фильтровать (сглаживать), чем выходной сигнал однофазного выпрямителя. Такие выпрямители могут использоваться для зарядки аккумуляторов, процессов электролиза, таких как производство алюминия, или для работы двигателей постоянного тока.

Интересным примером трехфазной нагрузки является электродуговая печь, используемая в сталеплавильном производстве и при переработке руд.

В большинстве стран Европы печи рассчитаны на трехфазное питание.Обычно отдельные нагревательные элементы подключаются между фазой и нейтралью, чтобы обеспечить возможность подключения к однофазной сети. Во многих регионах Европы единственным доступным источником является однофазное питание.

Иногда преимущества трехфазных двигателей делают целесообразным преобразование однофазной мощности в трехфазную. Мелкие клиенты, например, жилые или фермерские хозяйства, могут не иметь доступа к трехфазному питанию или могут не захотеть оплачивать дополнительную стоимость трехфазного обслуживания, но все же могут пожелать использовать трехфазное оборудование.Такие преобразователи также могут позволять изменять частоту, позволяя регулировать скорость. Некоторые локомотивы переходят на многофазные двигатели, приводимые в действие такими системами, даже несмотря на то, что поступающее питание на локомотив почти всегда либо постоянное, либо однофазное переменное.

Поскольку однофазная мощность стремится к нулю в каждый момент, когда напряжение пересекает ноль, а трехфазная подает мощность непрерывно, любой такой преобразователь должен иметь способ накапливать энергию в течение необходимой доли секунды.

Один из методов использования трехфазного оборудования в однофазной сети — это вращающийся фазовый преобразователь, по сути, трехфазный двигатель со специальными пусковыми устройствами и коррекцией коэффициента мощности, которые создают сбалансированные трехфазные напряжения.При правильной конструкции эти вращающиеся преобразователи могут обеспечить удовлетворительную работу трехфазного оборудования, такого как станки, от однофазного источника питания. В таком устройстве накопление энергии осуществляется за счет механической инерции (эффект маховика) вращающихся компонентов. Внешний маховик иногда находится на одном или обоих концах вала.

Вторым методом, который был популярен в 1940-х и 50-х годах, был метод, который назывался «методом трансформатора». В то время конденсаторы были дороже трансформаторов.Таким образом, автотрансформатор использовался для подачи большей мощности через меньшее количество конденсаторов. Этот метод работает хорошо и имеет сторонников даже сегодня. Использование метода преобразования имени отделяет его от другого распространенного метода, статического преобразователя, поскольку оба метода не имеют движущихся частей, что отделяет их от вращающихся преобразователей.

Другой часто применяемый метод — использование устройства, называемого статическим преобразователем фазы. Этот метод работы трехфазного оборудования обычно используется с нагрузками двигателя, хотя он обеспечивает только 2/3 мощности и может вызвать перегрев нагрузок двигателя, а в некоторых случаях — перегрев.Этот метод не будет работать, когда задействованы чувствительные схемы, такие как устройства ЧПУ, или в нагрузках индукционного и выпрямительного типа.

Производятся некоторые устройства, имитирующие трехфазную сеть из трехпроводных однофазных источников питания. Это достигается за счет создания третьей «субфазы» между двумя токоведущими проводниками, в результате чего разделение фаз составляет 180 ° — 90 ° = 90 °. Многие трехфазные устройства будут работать в этой конфигурации, но с меньшей эффективностью.

Преобразователи частоты (также известные как твердотельные инверторы) используются для точного управления скоростью и крутящим моментом трехфазных двигателей.Некоторые модели могут питаться от однофазной сети. Преобразователи частоты работают путем преобразования напряжения питания в постоянный ток, а затем преобразования постоянного тока в подходящий трехфазный источник для двигателя.

Цифровые фазовые преобразователи — это последняя разработка в технологии фазовых преобразователей, которая использует программное обеспечение в мощном микропроцессоре для управления твердотельными компонентами переключения питания. Этот микропроцессор, называемый процессором цифровых сигналов (DSP), контролирует процесс преобразования фазы, непрерывно регулируя модули ввода и вывода преобразователя для поддержания сбалансированной трехфазной мощности при любых условиях нагрузки.

• Трехпроводное однофазное распределение полезно, когда трехфазное питание недоступно, и позволяет удвоить нормальное рабочее напряжение для мощных нагрузок.
• Двухфазное питание, как и трехфазное, обеспечивает постоянную передачу мощности линейной нагрузке. Для нагрузок, которые соединяют каждую фазу с нейтралью, при условии, что нагрузка имеет одинаковую потребляемую мощность, двухпроводная система имеет ток нейтрали, который превышает ток нейтрали в трехфазной системе.Кроме того, двигатели не являются полностью линейными, что означает, что вопреки теории, двигатели, работающие на трех фазах, имеют тенденцию работать более плавно, чем на двухфазных. Генераторы на Ниагарском водопаде, установленные в 1895 году, были крупнейшими генераторами в мире в то время и были двухфазными машинами. Истинное двухфазное распределение энергии по существу устарело. В системах специального назначения для управления может использоваться двухфазная система. Двухфазное питание может быть получено от трехфазной системы с использованием трансформаторов, называемых трансформатором Скотта-Т.
• Моноциклическая мощность — это название асимметричной модифицированной двухфазной системы питания, используемой General Electric около 1897 года (отстаивавшей Чарльз Протеус Стейнмец и Элиху Томсон; это использование, как сообщается, было предпринято, чтобы избежать нарушения патентных прав). В этой системе генератор был намотан с однофазной обмоткой полного напряжения, предназначенной для освещения нагрузок, и с небольшой (обычно линейного напряжения) обмоткой, которая вырабатывала напряжение в квадратуре с основными обмотками. Намерение состояло в том, чтобы использовать эту дополнительную обмотку «силового провода» для обеспечения пускового момента для асинхронных двигателей, при этом основная обмотка обеспечивает питание осветительных нагрузок.После истечения срока действия патентов Westinghouse на симметричные двухфазные и трехфазные системы распределения электроэнергии моноциклическая система вышла из употребления; его было трудно анализировать, и его хватило не на то, чтобы разработать удовлетворительный учет энергии.
• Системы высокого фазового порядка для передачи энергии были построены и испытаны. Такие линии передачи используют 6 или 12 фаз и конструктивные решения, характерные для линий передачи сверхвысокого напряжения. Линии передачи высокого фазового порядка могут позволить передачу большей мощности через данную линию передачи на полосе отчуждения без затрат на преобразователь HVDC на каждом конце линии.

Многофазная система — это средство распределения электроэнергии переменного тока. Многофазные системы имеют три или более электрических проводника под напряжением, по которым проходят переменные токи с определенным временным сдвигом между волнами напряжения в каждом проводнике. Полифазные системы особенно полезны для передачи энергии электродвигателям. Самый распространенный пример — трехфазная система питания, используемая в большинстве промышленных приложений.

Один цикл напряжения трехфазной системы

На заре коммерческой электроэнергетики на некоторых установках для двигателей использовались двухфазные четырехпроводные системы.Основным преимуществом этого было то, что конфигурация обмоток была такой же, как у однофазного двигателя с конденсаторным пуском, а при использовании четырехпроводной системы концептуально фазы были независимыми и легко анализировались с помощью математических инструментов, доступных в то время. . Двухфазные системы заменены трехфазными. Двухфазное питание с углом между фазами 90 градусов может быть получено из трехфазной системы с использованием трансформатора, подключенного по Скотту.

Многофазная система должна обеспечивать определенное направление вращения фаз, поэтому напряжения зеркального отображения не учитываются при определении порядка фаз.Трехпроводная система с двумя фазными проводниками, разнесенными на 180 градусов, по-прежнему остается только однофазной. Такие системы иногда называют расщепленной фазой.

Полифазное питание особенно полезно в двигателях переменного тока, таких как асинхронный двигатель, где оно генерирует вращающееся магнитное поле. Когда трехфазный источник питания завершает один полный цикл, магнитное поле двухполюсного двигателя вращается на 360 ° в физическом пространстве; Двигатели с большим количеством пар полюсов требуют большего количества циклов питания, чтобы совершить один физический оборот магнитного поля, и поэтому эти двигатели работают медленнее.Никола Тесла и Михаил Доливо-Добровольский изобрели первые практические асинхронные двигатели, использующие вращающееся магнитное поле — раньше все коммерческие двигатели были постоянного тока, с дорогими коммутаторами, щетками, требующими большого технического обслуживания, и характеристиками, непригодными для работы в сети переменного тока. Многофазные двигатели просты в сборке, они самозапускаются и мало вибрируют.

Были использованы более высокие номера фаз, чем три. Обычной практикой для выпрямительных установок и преобразователей HVDC является обеспечение шести фаз с интервалом между фазами 60 градусов, чтобы уменьшить генерацию гармоник в системе питания переменного тока и обеспечить более плавный постоянный ток.Построены экспериментальные линии передачи высокого фазового порядка, содержащие до 12 фаз. Это позволяет применять правила проектирования сверхвысокого напряжения (СВН) при более низких напряжениях и позволит увеличить передачу мощности в коридоре той же ширины линии электропередачи.

Жилые дома и малые предприятия обычно снабжаются одной фазой, взятой из одной из трех фаз коммунального обслуживания. Индивидуальные клиенты распределяются по трем фазам, чтобы сбалансировать нагрузки. Однофазные нагрузки, такие как освещение, могут быть подключены от фазы под напряжением к нейтрали цепи, что позволяет сбалансировать нагрузку в большом здании по трем фазам питания.Сдвиг фаз линейных напряжений составляет 120 градусов; напряжение между любыми двумя живыми проводами всегда в 3 раза больше между живым и нулевым проводом. См. Статью Системы электроснабжения для получения списка однофазных распределительных напряжений по всему миру; трехфазное линейное напряжение будет в 3 раза больше этих значений.

В Северной Америке в многоквартирных домах может быть распределено напряжение 120 В (линия на нейтраль) и 208 В (линия на линию). Основные однофазные приборы, такие как духовки или плиты, предназначенные для системы с разделением фаз на 240 В, обычно используемой в односемейных домах, могут не работать должным образом при подключении к 208 В; нагревательные приборы будут развивать только 3/4 своей номинальной мощности, а электродвигатели не будут правильно работать при поданном на 13% напряжении.

Реализуйте трехфазную динамическую нагрузку с активной мощностью и
реактивная мощность как функция напряжения или управляемая от внешнего источника
вход

Описание

Блок трехфазной динамической нагрузки реализует трехфазную, трехпроводную динамическую
нагрузка, активная мощность P и реактивная мощность Q которой изменяются в зависимости от напряжения прямой последовательности.
Токи обратной и нулевой последовательности не моделируются. Таким образом, три тока нагрузки равны
сбалансированный, даже в условиях несимметричного напряжения нагрузки.

Сопротивление нагрузки остается постоянным, если напряжение на клеммах
V нагрузки ниже заданного значения Vmin. Когда терминал
напряжение больше значения Vmin, активная мощность P и реактивная
мощность Q нагрузки изменяется следующим образом:

P (s) = P0 (VV0) np1 + Tp1s1 + Tp2sQ (s) = Q0 (VV0) nq1 + Tq1s1 + Tq2s,

, где

• V ₀ — это
  начальное напряжение прямой последовательности.

• P ₀ и Q _o являются
  начальная активная и реактивная мощности при начальном напряжении V _o .

• В — напряжение прямой последовательности.

• n _p и n _q являются
  показатели (обычно от 1 до 3), контролирующие характер
  нагрузка.

• T _{p 1} и T _{p 2} сот.
  постоянные времени, управляющие динамикой активной мощности P .

• T _{q 1} и T _{q 2} сот.
  постоянные времени, управляющие динамикой реактивной мощности Q .

Для постоянной токовой нагрузки, например, вы установите n _p на
1 и n _q до 1, а для постоянного
импедансная нагрузка, которую вы устанавливаете n _p на
2 и n _q до 2.

Входы и выходы

Если Внешнее управление PQ
выбран, появляется вход Simulink, помеченный PQ .
Этот вход используется для управления активной и реактивной мощностью
нагрузка из вектора двух сигналов [P, Q].

Выходные данные m представляют собой вектор, содержащий следующие
три сигнала:

Мощность при сбалансированной трехфазной нагрузке

Сбалансированные нагрузки в системе 3φ имеют одинаковое сопротивление в каждой вторичной обмотке (Рисунок 12). Импеданс каждой обмотки при треугольной нагрузке показан как Z _∆ (Рисунок 12a), а импеданс при нагрузке в звезду показан как Z _y (Рисунок 12b). Для соединения треугольником или звездой линии A, B и C подают систему напряжений 3φ.

Рисунок 12: Сбалансированные нагрузки 3φ

В сбалансированной треугольной нагрузке линейное напряжение (V _L ) равно фазному напряжению (V _ø ), а линейный ток (I _L ) равен квадратному корню из трехкратного значения фазы. ток ( √3 I _ø ).

Приведенное ниже уравнение является математическим представлением V _L при сбалансированной дельта-нагрузке.

V _L = V _ø

Приведенное ниже уравнение представляет собой математическое представление I _L при сбалансированной дельта-нагрузке.

I _{L =} √3 I _ø

При сбалансированной нагрузке звездой линейное напряжение ( _L В) равно квадратному корню из трехкратного фазного напряжения ( √3V _ø ), а линейный ток (I _L ) равен фазный ток (I _ø ).

Приведенное ниже уравнение представляет собой математическое представление V _L в сбалансированной звездообразной нагрузке.

В _L = √3V _ø

Приведенное ниже уравнение представляет собой математическое представление I _L в сбалансированной звездообразной нагрузке.

I _{L =} I _ø

Поскольку полное сопротивление каждой фазы сбалансированной нагрузки по схеме треугольник или звезда имеет равный ток, фазная мощность составляет одну треть от общей мощности.

Уравнение ниже представляет собой математическое представление для фазной мощности (P _ø ) при сбалансированной нагрузке по схеме треугольник или звезда.

P _ø = V _ø I _ø cosθ

Общая мощность (P _T ) равна трехкратной однофазной мощности.

Приведенное ниже уравнение является математическим представлением полной мощности при сбалансированной нагрузке по схеме треугольник или звезда.

P _T = 3 В _ø I _ø cosθ

При подключении нагрузки по схеме треугольник,

В нагрузке, соединенной звездой,

Как видите, формулы полной мощности для нагрузок, соединенных треугольником и звездой, идентичны.

Полная полная мощность (S _T ) в вольт-амперах и полная реактивная мощность (Q _T ) в вольт-амперах-реактивная связаны с полной активной мощностью (P _T ) в ваттах (рисунок 13).

Рисунок 13: Треугольник мощности 3φ

Сбалансированная трехфазная нагрузка имеет реальную, полную и реактивную мощности, определяемую по формуле:

Пример 1:

Каждая фаза генератора переменного тока с трехфазным соединением, подключенного по схеме треугольника, обеспечивает ток полной нагрузки 200 А при 440 В с запаздывающим коэффициентом мощности 0,6, как показано на Рисунке 14.

Рисунок 14: Генератор трехфазного треугольника

Находят:

1. V _L
2. I _L
3. П _Т
4. Q _T
5. S _T

Решение:

1.Рассчитать V _L

V _L = V _ø

В _Д = 440 В

2. Рассчитать I _L

I _{L =} √3 I _ø

I _L = 1,73 x 200

I _L = 346 ампер

3. Рассчитать P _T

P _T = √ 3 В _L I _L cosθ

P _T = 1.73 х 440 х 346 х 0,6

P _T = 158,2 кВт

4. Рассчитать Q _T

Q _T = √ 3 В _L I _L sinθ

Q _T = 1,73 x 440 x 346 x 0,8

Q _T = 210,7 KVR

5. Рассчитать S _T

S _T = √ 3 В _L I _L

S _T = 263,4 кВА

Пример 2:

Каждая фаза генератора переменного тока 3 фаз, соединенного звездой, выдает ток 100 А при фазном напряжении 240 В и коэффициенте мощности 0.9 с запаздыванием, как показано на рисунке 15.

Рисунок 15: Трехфазный звездообразный генератор

Находят:

1. V _L
2. П _Т
3. Q _T
4. S _T

Решение:

1. Рассчитать V _L

В _L = √3V _ø

В _L = 1,73 x 240

В _L = 415,2 В

2.Рассчитать P _T

P _T = √ 3 В _L I _L cosθ

P _T = 1,73 x 415,2 x 100 x 0,9

P _T = 64,6 кВт

3.