Мощность в трехфазной сети: Расчеты электрика мощности, тока, диаметра провода и его сечения. А если многожильный провод? Как рассчитать потребляемую мощность или ток онлайн калькулятором. — Мир Антенн

Содержание

13.2. Компенсация реактивной мощности в трёхфазной сети

Блок мощности «БМ-03Д» в Москве для измерения мощности трехфазной электрической сети от Диспетчер

Закажите блок мощности «БМ-03Д» в [[in_city]] от Диспетчер. Блок мощности оборудования для использования на производстве . Увеличьте производительность предприятия и эффективность работы станков.

Технические характеристики

Параметр	Значение
Напряжение питания	24 В +/- 10%
Потребляемый ток	60 мА
Частота измеряемой электросети	50 Гц
Максимальное входное напряжение	300 В
Входное сопротивление	1 ОМм
Датчик с токовым выходом	0-20 мА
Датчик с потенциальным выходом	0-1 В
Корпус	пластмассовый с креплением на DIN-рейку
Габаритные размеры	94,4×22,6×113 мм

Устройство блока

Блок конструктивно состоит из печатной платы, установленной в пластмассовый корпус. Красный светодиод на передней панели блока индицирует работу устройства в цикле с частотой 1 Гц.

Блок БМ-03Д измеряет в реальном времени потребляемую оборудованием активную и полную мощность, величину напряжения и тока трехфазной электрической сети.

Узел измерения трехфазной мощности выполнен на базе микросхемы ADE7754. Эта микросхема осуществляет измерение мгновенных значений напряжения и тока, их перемножение и суммирование результатов перемножения за определенное время. Измерительные цепи блока БМ-03Д гальванически развязаны от цепей питания и линий интерфейса RS-485.

Для проведения измерений, на соответствующие разъемы блока необходимо подать сигналы напряжения и тока.

Блок позволяет подключать датчики тока с различными ин-терфейсами:

• с выходным номинальным действующим напряжением 1 В;

• с выходным номинальным действующим значением тока 20мА.

Распределение нагрузки по фазам. Расчет трехфазной сети

Вам необходимо сделать трехфазное питание для дома? О том, как это сделать, читайте описание ниже.

Прежде всего, нужно провести расчет трехфазной цепи.

Порядок распределения нагрузки по фазам

1. Симметрично распределить нагрузку на три фазы. Мощность на каждой фазе будет равна мощности трехфазной нагрузки, кратная трем.

2. Рассчитать нагрузку на каждую фазу.

3. В результате, нужно добиться того, чтобы на каждой фазе, в момент полной загрузки сети, была примерно одинаковая мощность.

4. Определить ток на самой загруженной фазе. После этого необходимо проверить, чтобы при максимальной мощности ток был меньше тока срабатывания входного трехфазного автомата.

Расчет нагрузки по фазам

Допустим, у вас имеется трехфазный двигатель мощностью 1500 Вт. Соответственно, на каждую фазу приходится по 500 Вт активной мощности. Предположим, что cos фи=0,8. Полная мощность равна: 500/0,8. Получается, что 625 Вт нужно распределить на каждую фазу.

Кроме двигателя к фазам, вероятно, подключены и другие потребители. Например, кроме 500 Вт подключается освещение на 200 Вт и конвектор на 300 Вт. Все мощности суммируются по горизонтали. Реактивная мощность остается без изменений (если не используются нагрузки с реактивной составляющей).

По теореме Пифагора можно определить реактивную мощность.

Но на практике это довольно сложные расчеты. Поэтому, это рассчитывается приближенно: 625 Вт + 500 Вт = 1150 Вт. Эта сумма получается больше точных расчетов по формуле, но страшного ничего нет

. Расчет произведен с небольшим запасом.

На практике для приблизительных расчетов достаточно сложить все полные мощности и по ним определить мощность автомата для требуемой нагрузки.

Разводка однофазного щитка

Например, к щиту подключаются — плита (варочная панель) 7,2 кВт; духовой шкаф 4,3 кВт; кухня 5,5 кВт; комната 3,5 кВт; ванная 3,5 кВт; двигатель 3-фазный 1,5 кВт; розетка 3-фазная.

Рассмотрим такую ситуацию: у вас была однофазная сеть и теперь дали разрешение на проведение трехфазной. В этом случае нужно все потребители распределить по фазам.

Самый мощный прибор это варочная панель (плита) 7,2 кВт, которую нужно посадить на первую фазу. На вторую подключить духовой шкаф и комнату. В итоге получается 7,8 кВт. А на третью фазу подключить кухню и ванную комнату. Общая мощность получится 9 кВт. Прибавим еще мощность двигателя, разделив ее на каждую фазу одинаково. В итоге получилось: на первой фазе 7,8 кВт; на второй фазе 9,4 кВт; на третьей — 9,6 кВт. Приблизительно распределили нагрузку по фазам по возможности равномерно. Посмотрим, какой в результате получился щиток.

Итак, трехфазный щиток состоит из входного автомата и трехфазного счетчика. Далее, на первую фазу подключен автомат 40 Ампер, через который питается плита мощностью 7,2 кВт. Если просуммировать с двигателем, будет 7,8 кВт.
Ко второй фазе через автомат 25 Ампер подключен духовой шкаф и микроволновая печь. Через второй автомат 16 Ампер подсоединена комната проектной мощностью 3,5 кВт. Общая мощность получилась 8,4 кВт.
К третьей фазе подключен ДИФ автомат и обычный автомат. Через обычный автомат на 25 Ампер подключена кухня проектной мощностью 5,5 кВт. Через ДИФ автомат подключена ванная комната проектной мощностью 3,5 кВт. Общая мощность на третью фазу получается 9,6 кВт.

Распределение полной мощности двигателя на три фазы по 0,6 кВт:

первая фаза: 7,2+0,6=7,8 кВт;
вторая фаза: 4,3+3,5+0,6=8,4 кВт;
третья фаза: 5,5+3,5+0,6=9,6 кВт.

По всем трем фазам максимальная мощность составляет 9,6 кВт. Если проектная мощность 8,8 кВт и входной автомат на 40 Ампер, а у нас проектная мощность на одной из трех фаз 9,6 кВт, то такой автомат не выдержит нагрузку. Если третью фазу загрузить на полную мощность, то этот автомат отключится. Поэтому, входной автомат нужно ставить на 50 Ампер.

Из этого примера видно, что при небольшом количестве потребителей можно полноценно загрузить трехфазную цепь. Иногда возникает необходимость подключить кондиционеры, электрический теплый пол и другие потребители высокой мощности.

Прежде чем покупать электрическое оборудование, надо рассчитать потребляемую мощность. Потянет ли входной автомат и разрешенный лимит по току на электроснабжение дома?

После подсчета всех нагрузок по фазам можно определить, какой мощности нужен входной автомат. Узнать в энергосбыте, какой резерв по току вам дадут. Возможно, разрешение дадут только на 25 Ампер. Придется покупать приборы из расчета на эти 25 Ампер. На фазу дается только 5,5 кВт.

В этом случае, что делать с электроплитой на 7,2 кВт? Современные электроплиты и варочные панели имеют подключение к двухфазной цепи, а иногда и к трехфазной. Кроме земляного и нулевого вывода имеется L1 и L2 (иногда L1, L2, L3). В первом случае для подключения двухфазной цепи, а во втором – подключение трехфазной цепи. Такие мощные нагрузки предусмотрены специально, чтобы можно было их распределить.

Когда делаете проект и запрашиваете проектную мощность, пытайтесь получить разрешение на мощность с запасом.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Похожее

Расчет нагрузки | Режимщик

Расчет однофазных нагрузок

Нагрузка от однофазных ЭП в трехфазной сети определяется так же, как и от трехфазных, при условии, что она равномерно распределена по фазам или ее неравномерность H ≤ 15 % от суммарной номинальной мощности всех приемников, присоединенных к узлу питания.

Однофазные нагрузки включаются на фазное или линейное напряжение. В зависимости от числа однофазных ЭП и схемы их включения в трехфазную сеть при H > 15 % мощность однофазных ЭП приводится к условной трехфазной номинальной мощности Рн.у следующими способами:

— Один ЭП включен на фазное напряжение Рн.у = 3·Рном.ф.

— Один ЭП включен на линейное напряжение Рн.у = 3 ·Рном.л.

При числе однофазных ЭП менее 4 и включенных на фазное напряжение

Рн. у = 3·Рном.ф,

где Рном.ф – номинальная мощность ЭП наиболее загруженной фазы, кВт.

При числе однофазных ЭП менее 4 и при включении их на линейное напряжение в разные плечи трехфазной системы

Рн.у = 3·Рном.ф ,

где Рном.ф определяется как полусумма нагрузок двух плеч, прилегающих к данной фазе;

При смешанной схеме включения однофазных ЭП (одного на фазное, а второго на линейное напряжение) определяются условные мощности, приведенные к каждой фазе, причем за основу расчета принимается большая мощность Рн.у = 3·Рном.ф.

Расчетная активная нагрузка при n ≥ 4 однофазных ЭП с одинаковыми КИ и cosф, независимо от схемы включения определяется по формуле

Ррасч = 3·Ки·Км·Рном.ф,

где Рном.ф – номинальная активная мощность наиболее загруженной фазы.

В этом случае эффективное число ЭП

nэ = 2∑Рн.о/(3Рном),

где ∑Рно – сумма номинальных мощностей однофазных приемников данного расчетного узла;

Рном – номинальная мощность наибольшего однофазного ЭП.

Трехфазное питание или магия отсутствующей нейтрали

Мало что может вызвать такую путаницу, как трехфазное питание, особенно в конфигурации «треугольник». Сантехники и автолюбители: радуйтесь! В этом посте мы представим версию трехфазной системы питания для сантехника (и автомеханика).

Представьте себе водную систему переменного тока, которая подает чередующиеся импульсы давления воды и вакуума в замкнутой системе с использованием двух труб. Вода поступает в ресивер (своего рода гидравлический двигатель) по одной трубе (назовем ее A), затем обратно к источнику по другой трубе (назовем ее N).Каждые несколько секунд направление потока воды меняется на противоположное. Вы можете представить две трубы, идущие к двум концам цилиндра, толкающие и тянущие поршень в одноцилиндровом двигателе, преобразуя пульсации воды в полезную работу.

Система водоснабжения переменного тока

А теперь представьте, что вы хотите увеличить мощность в три раза. Вам понадобятся три таких системы (A, B и C, всего шесть труб, A-N1, B-N2 и C-N3).

Вы можете запустить три пары синхронно (вода течет с одинаковой скоростью и направлением в любой момент времени во всех трубах A / B / C и всех трубах N1 / N2 / N3) или вы можете запустить их не синхронно (например.грамм. A течет на полной скорости в одном направлении, B собирается назад, а C течет на полной скорости в обратном направлении). Обратите внимание, что если все системы имеют одинаковые потоки (за исключением разного времени), когда N1 течет в одном направлении, N2 и N3 текут в противоположном направлении. Более того, если вы сдвинете их из синхронизации ровно на цикла каждый, поток в N-трубах будет эффективно сокращаться, и вам вообще не понадобится N каналов (или, может быть, вы вместо этого используете только один общий N-канал. из трех, чтобы устранить любые дисбалансы потока через А-образные трубы, которые не компенсируются полностью).

Одинарная труба N

Нет трубы «N» вообще

Та же идея работает для трех электрических цепей. Вот почему так популярно трехфазное питание. Это позволяет передавать такое же количество энергии с меньшим количеством проводов, в некоторых случаях на 50% меньше (используя 3 провода вместо 6). Чтобы он работал, вам нужны три синхронизированных источника питания (три «фазы», обычно называемые X, Y и Z), сдвинутые на цикла. Обычная труба «B» в этой схеме является «нейтральной».

Если вы используете только «трубы A», это называется соединением «треугольник». В этой конфигурации вы полностью пропускаете «трубу B» — «нейтраль» волшебным образом исчезает! В трехфазном соединении треугольником вы используете 3 силовых проводника (обычно обозначаются X, Y и Z). У вас также может быть 4-й заземляющий провод для безопасности. Это то, что электрики называют 3-полюсным 3-проводным подключением (3P3W, без заземления) или 3-полюсным 4-проводным подключением (3P4W, с заземлением).

Если вы используете три трубы «A» и обычную трубу «B», это называется Y-образным («звездообразным») соединением (три ветви плюс центр). В Y-соединении вы используете 4 силовых проводника (с маркировкой X, Y, Z и N) и дополнительный 5-й заземляющий провод для безопасности. Это то, что электрики называют 4-полюсным 4-проводным подключением (4P4W, без заземления) или 4-полюсным 5-проводным подключением (4P5W, с заземлением).

Трехфазные системы питания: Y (звезда) и треугольник

При трехфазном питании у вас есть два способа подключения традиционной двухпроводной нагрузки, например, лампочки или сервера. В системе Y вы можете подключить его между любой фазой (X, Y или Z) и нейтралью (N).В системах Y и Delta вы также можете подключить его между любыми двумя фазами (X-Y, Y-Z или Z-X).

В трехфазной системе напряжение между любыми двумя фазами в 3 раза выше напряжения отдельной фазы в 1,73 раза (точнее, квадратный корень из 3). Если ваше напряжение X-N (а также Y-N и Z-N) составляет 120 В (распространено в США), напряжения X-Y (а также Y-Z и Z-X) (также известные как «межфазные» напряжения) будут 120 В * 1,73 = 208 В. 208 В (иногда путают с европейскими 220 В) поступают от перекрестных соединений к трехфазной системе на 120 В.Система 220 В с тремя фазами 220 В имеет межфазное напряжение 220 * 1,73 = 380 В.

Системы мониторинга энергии

Packet Power поддерживают трехфазное питание в конфигурациях звезда и треугольник и измеряют все ключевые параметры каждой отдельной фазы в цепи, а также общую мощность и потребление энергии. Отправьте письмо по адресу [email protected] , если вам нужна дополнительная информация.

Если вы нашли эту информацию полезной, вы также можете насладиться несколькими недавними сообщениями в блоге.

Вольт, Ампер, Ватт, Ватт-час и стоимость

Коэффициент мощности: разница между обещанием и реальностью

DC в DC

Асимметричный / трехфазный поток мощности — документация pandapower 2.3.0

алгоритм (str, «nr») — алгоритм, который используется для определения мощности проблема с потоком.

Доступны следующие алгоритмы:
ускорений)
Используется только для сети прямой последовательности
В сетях нулевой и обратной последовательности используется метод ввода тока
Vnew = Y.inv * Указано (из s_abc / v_abc старых)
Icalculated = Y * Vnew

calculate_voltage_angles (bool, «авто») — учитывать углы напряжения в расчете расхода

Если True, углы напряжения ext_grids и сдвиги трансформатора равны учитывается при расчете потока нагрузки. Учитывая напряжение углов требуется только в ячеистых сетях, которые обычно найдено в более высоких уровнях напряжения. Calcul_voltage_angles в автоматическом режиме по умолчанию:
Уровень сетевого напряжения определяется как максимальное номинальное напряжение. любой шины в сети, подключенной к линии.

max_iteration (int, «auto») — максимальное количество переносимых итераций в алгоритме потока мощности.

В автоматическом режиме значение по умолчанию зависит от решателя потока мощности:
Для трехфазных вычислений его расширено до 3 * max_iteration

size_mva (float, 1e-8) — условие прекращения потока нагрузки относится к несоответствию P / Q мощности узла в MVA

trafo_model — трансформаторный аналог модели

«t» — трансформатор смоделирован как эквивалент Т-модели.
«пи» — Не рекомендуется, так как он менее точен, чем Т-модель.
Итак, для трехфазного потока нагрузки это не
реализовано

trafo_loading (str, «текущий») — режим расчета для трансформатор нагрузки

Нагрузка трансформатора может быть рассчитана относительно номинальной ток или номинальная мощность. В обоих случаях общий трансформатор нагрузка определяется как максимальная нагрузка с двух сторон трансформатор.
расход и номинальный ток трансформатора. Это рекомендуемый настройки, так как тепловые, а также магнитные эффекты в трансформатор зависит от тока. — «мощность» — нагрузка трансформатора дана как отношение полной мощность потока к номинальной полной мощности трансформатора.

enforce_q_lims (bool, False)

(не тестировался с трехфазным потоком нагрузки) — учитывать реактивную мощность генератора лимиты

Если True, ограничивает реактивную мощность в сети.gen.max_q_mvar / min_q_mvar соблюдаются в потоке загрузки. Это делается путем запуска второго расход нагрузки при нарушении пределов реактивной мощности на любом генераторе, так что время выполнения для потока нагрузки увеличится, если реактивный власть должна быть сокращена.
Примечание: enforce_q_lims работает, только если алгоритм = «nr»!

check_connectivity (bool, True) — выполнить дополнительное подключение тест после перехода с pandapower на PYPOWER

Если True, дополнительный тест подключения на основе SciPy Compressed Выполняются подпрограммы разреженных графиков. Если проверка обнаружит неподтвержденные автобусы, они выведены из эксплуатации в ппк

Voltage_depend_loads (bool, True)

(не тестировался с трехфазным потоком нагрузки) — рассмотрение нагрузки, зависящие от напряжения. Если False, net.load.const_z_percent и net.load.const_i_percent не учитываются, т.е. net.load.p_mw и net.load.q_mvar считаются нагрузками с постоянной мощностью.

рассмотреть_линию_температуру (булево, ложь)

(не тестировался с трехфазным потоком нагрузки) — регулировка линии сопротивление зависит от температуры в линии.Если True, net.line должен содержать столбец «temperature_degree_celsius». Температура коэффициент зависимости альфа должен быть указан в net.line.alpha

столбец, в противном случае используется значение по умолчанию 0,004

** КВАРГ:

numba (bool, True) — Активация JIT-компилятора numba в решатель ньютона

Если установлено значение True, JIT-компилятор numba используется для генерации матрицы для потока мощности, что приводит к значительному быстродействию улучшения.

switch_rx_ratio (поплавок, 2)

(не тестировался с трехфазным потоком нагрузки) — rx_ratio переключателей шины. Если импеданс равен нулю, шины, подключенные замкнутым переключателем шина-шина сплавлены, чтобы смоделировать идеальный автобус. В противном случае они моделируются как ветви с сопротивлением, определенным как столбец z_ohm в переключателе таблица и этот параметр

delta_q

(не тестировался с трехфазным потоком нагрузки) — Допуск реактивной мощности для опции «enforce_q_lims» в квар — помогает сходимости в некоторых случаях.

trafo3w_losses

(не тестировался с 3-фазным потоком нагрузки) — определяет, где потери разомкнутого контура трехобмоточного трансформаторы рассмотрены. Допустимые варианты: «hv», «mv», «lv». для стороны ВН / СН / НН или «звезда» для точки звезды.

v_debug (bool, False)

(не тестировался с 3-фазным потоком нагрузки) — если True, значения напряжения в каждом итерация Ньютона-Рэфсона регистрируется в ppc

init_vm_pu (строка / с плавающей точкой / массив / серия, нет)

(не тестировался с трехфазным потоком нагрузки) — позволяет определить инициализация специально для значений напряжения. Работает только с init == «auto»!

элемента управления напряжением в сети — «flat» для плоского старта от 1.0 — «результаты»: вектор величины напряжения берется из таблицы результатов. — поплавок, которым инициализируются все величины напряжения — итерация со значением величины напряжения для каждой шины (длина и порядок должны соответствовать автобусам в net.bus) — серия панд со значением величины напряжения для каждой шины (индексы должны совпадать с индексами в net.bus)
init_va_degree (строка / число с плавающей запятой / массив / серия, нет)
(не тестировался с трехфазным потоком нагрузки) —

Позволяет определить инициализацию специально для углов напряжения.Работает только с init == «auto»!

, если углы вычисляются, или 0 в противном случае — «dc»: углы напряжения инициализируются из потока мощности постоянного тока. — «flat» для плоского старта от 0 — «результаты»: вектор угла напряжения берется из таблицы результатов. — поплавок, которым инициализируются все углы напряжения — итерация со значением угла напряжения для каждой шины (длина и заказ должен соответствовать автобусам в net.bus) — серия панд со значением угла напряжения для каждой шины (индексы должны соответствовать индексам в net.автобус)

переработка (dict, none)

(не тестировался с трехфазным потоком нагрузки) — повторное использование внутренних переменных потока мощности для расчет временных рядов

Содержит dict со следующими параметрами: _is_elements: если True в сервисных элементах снова не фильтруются и берутся из последнего результата в net [«_ is_elements»] ppc: Если True, ppc берется из сети [«_ ppc»] и обновляется. вместо того, чтобы полностью реконструировать Ybus: Если True, матрица проводимости (Ybus, Yf, Yt) берется из ppc [«внутренний»] и без реконструкции

neglect_open_switch_branches (bool, False)

(не тестировался с 3-фазным потоком нагрузки) — Если True, то вспомогательный автобусы создаются для филиалов, когда в филиале открываются переключатели. Вместо филиалов выведены из строя

Разница между однофазной и трехфазной системой питания

Однофазное электричество

Однофазная система является наиболее распространенной и в основном используется в домах, в то время как трехфазная система распространена в промышленных или коммерческих зданиях, где требуются большие мощности.

Однофазные системы используют электроэнергию переменного тока (AC), в которой напряжение и ток меняются по величине и направлению циклически, обычно от 50 до 60 раз в секунду.В Великобритании однофазное напряжение составляет 230 вольт.

В электротехнике однофазная электроэнергия относится к распределению с использованием системы, в которой все напряжения источника питания изменяются в унисон.

Проще говоря, однофазное электричество можно рассматривать как каноэ для одного человека. Лопатка входит в воду, чтобы передать мощность, а затем покидает воду, прежде чем вторая лопасть снова войдет в воду, чтобы передать больше мощности, что приведет к изменению мощности.

Иногда будет нулевая выходная мощность, а в цикле будет два пиковых выхода мощности, см. Диаграмму ниже.

Рисунок 9: График однофазной мощности

Однофазное распределение используется, когда нагрузки в основном освещают и обогревают, с небольшим количеством крупных электродвигателей. Однофазный источник питания, подключенный к электродвигателю переменного тока, не создает вращающегося магнитного поля; Однофазные двигатели нуждаются в дополнительных цепях для запуска, и такие двигатели редко встречаются с номинальной мощностью более 10 или 20 кВт.

Специальные однофазные тяговые электрические сети могут работать на частоте 16,67 Гц или других частотах для питания электрических железных дорог.

Трехфазное электричество

Проще говоря, трехфазное электричество можно рассматривать как три однофазных источника электроэнергии, которые подают свою пиковую мощность на расстоянии 120 ° друг от друга.

В качестве аналогии рассмотрим каноэ с тремя гребцами на байдарках, которые гребут на каноэ поочередно. В отличие от одного каноиста, всегда есть выходная мощность и никогда не бывает нулевой выходной мощности, что делает этот источник питания более подходящим для промышленных двигателей и оборудования.

Рисунок 10: График трехфазной мощности

Трехфазная электрическая мощность

Теория

Трехфазная электроэнергия — это распространенный метод производства, передачи и распределения электроэнергии переменного тока.Это разновидность многофазной системы, которая является наиболее распространенным методом передачи энергии в электрических сетях во всем мире. Он также используется для питания больших двигателей и других тяжелых нагрузок. Трехфазная система обычно более экономична, чем эквивалентная однофазная или двухфазная система при том же напряжении, потому что в ней используется меньше проводящего материала для передачи электроэнергии. Трехфазная система была изобретена Галилео Феррари, Михаилом Доливо-Добровольским и Николой Тесла в конце 1880-х годов.

В трехфазной системе три проводника цепи несут три переменных тока (одинаковой частоты), которые достигают своих мгновенных пиковых значений на расстоянии одной трети цикла друг от друга.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 нейтральный провод. Нейтральный провод позволяет трехфазной системе использовать более высокое напряжение, поддерживая при этом однофазные нагрузки с более низким напряжением.В высоковольтных распределительных сетях 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:

Фазные токи имеют тенденцию нейтрализовать друг друга, суммируясь до нуля в случае линейной сбалансированной нагрузки. Это дает возможность уменьшить размер нейтрального проводника; все фазные проводники проходят одинаковый ток и поэтому могут иметь одинаковый размер для сбалансированной нагрузки.
Передача мощности на линейную сбалансированную нагрузку является постоянной, что помогает снизить вибрации генератора и двигателя.
Трехфазные системы могут создавать магнитное поле, которое вращается в заданном направлении, что упрощает конструкцию электродвигателей.

Пример двухфазного домохозяйства

Рисунок: Двухфазная система для дома, из заметок Эдди.

В типичном домохозяйстве на 120 вольт электричество поступает от энергокомпании в однофазном и высоком напряжении.Трансформатор берет эту мощность и понижает ее до 240 вольт с нейтральным ответвлением посередине. Питание с двух концов дает 240 вольт для систем с высокими требованиями, таких как сушилка для одежды. Подача питания от центральной нейтральной вершины к любой фазе дает 120 вольт для большинства домашних нужд.

Пример трехфазного самолета

Рисунок: Трехфазная система с интегрированным приводным генератором G450 с самолета Эдди.

В самолетном генераторе переменного тока обычно имеется три выхода, по одному для каждой фазы, и общая нейтраль.В отличие от домашнего примера, напряжения обычно не объединяются. Системы самолета с высокими требованиями будут использовать все три фазы для получения большей мощности, чем может обеспечить одна фаза. Например, двигатель с высокими требованиями может иметь три набора обмоток для использования всех трех фаз.

(PDF) Компенсация реактивной мощности и несимметричной мощности в трехфазных трехпроводных системах, подключенных к бесконечной сети питания

Прил. Sci. 2020, 10, 113 15 из 16

р.М.-М .; Надзор, J.M.D., R.M. и M.J.R .; Администрация проекта, J.M.D. Все авторы прочитали и согласились с опубликованной версией рукописи

Финансирование: Эта работа поддерживается Министерством науки, инноваций и университетов Испании (MICINN)

и Европейским фондом регионального развития (ERDF) в рамках гранта RTI2018-100732-B-C21.

Конфликт интересов: Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Ссылки

1.Эмануэль А.Е.Об определении коэффициента мощности и полной мощности в несимметричных многофазных цепях

с синусоидальными напряжением и токами. IEEE Trans. Power Deliv. 1993, 8, 841–852, DOI: 10.1109 / 61.252612.

2. Виллемс, Дж. Л. Размышления о полной мощности и коэффициенте мощности в несинусоидальных и многофазных ситуациях.

IEEE Trans. Power Deliv. 2004, 19, 835–840, DOI: 10.1109 / TPWRD.2003.823182.

3. Эмануэль А.Э. Определения полной мощности для трехфазных систем.IEEE Trans. Power Deliv. 1999, 14, 767–

772, DOI: 10.1109 / 61.772313.

4. Чарнецкий, Дж. Л. Неправильная интерпретация некоторых силовых свойств схем. IEEE Trans. Power Deliv. 1994, 9,

1760–1764, DOI: 10.1109 / 61.329509.

5. Kerting, W.H. Причины и последствия несимметричных напряжений, обслуживающих асинхронные двигатели. IEEE Trans. Инд.

Прил. 2001, 37, 165–170, DOI: 10.1109 / 28.

6. Pillay, P .; Маньяге, М. Гибель людей в асинхронных машинах, работающих с несбалансированным питанием.IEEE Trans.

Energy Convers. 2006, 21, 813–822, DOI: 10.1109 / TEC.2005.853724.

7. Angarita, M.L .; Рамос, Г.А. Расчет мощности в нелинейных и несбалансированных условиях согласно IEEE

Std 1459–2010. В материалах семинара 2013 г. по силовой электронике и приложениям для обеспечения качества электроэнергии

(PEPQA), Богота, Колумбия, 6–7 июля 2013 г .; С. 1–7, DOI: 10.1109 / PEPQA.2013.6614957.

8. Langella, R .; Testa, A .; Эмануэль, А.Е. Определение небаланса для электроэнергетических систем при наличии

гармоник и интергармоник.IEEE Trans. Instrum. Измер. 2012, 61, 2622–2631,

DOI: 10.1109 / TIM.2012.2209909.

9. Kukačka, L .; Kraus, J .; Коларж, М .; Dupuis, P .; Зиссис, Г. Обзор теорий мощности переменного тока в стационарных и

нестационарных, чистых и искаженных условиях. IET Gener. Трансм. Дистриб. 2016, 10, 221–231, DOI: 10.1049 / iet-

gtd.2015.0713.

10. Ассоциация стандартов IEEE. Стандартное определение IEEE для измерения величин электроэнергии в условиях синусоидального, несинусоидального, сбалансированного или несимметричного состояния

.IEEE Std. 1459–2010; Стандарты IEEE

Ассоциация: Нью-Йорк, Нью-Йорк, США, 2010; С. 1–50.

11. Buchholz, F. Die drehstrom-scheinleistung bei ungleichmassiger belastung der drei zweige. Licht und Kraft

1922, 2, 9–11.

12. Fortescue, C.L. Метод симметричных координат, применяемый для решения многофазных сетей. In

Proceedings of the 34th Convention об Американском институте инженеров-электриков, Атлантик-Сити, Нью-Джерси, США,

28 июня 1918 г.

13. Chicco, G .; Postolache P .; Тоадер С. Анализ трехфазных систем с нейтралью в искаженных и

несбалансированных условиях в симметричной компонентной структуре. IEEE Trans. Power Deliv. 2007, 22,

674–683, DOI: 10.1109 / TPWRD.2006.887095.

14. Paap, G.C. Симметричные компоненты во временной области и их применение в расчетах сети питания

. IEEE Trans. Power Syst. 2000, 15, 522–258, DOI: 10.1109 / 59,867135.

15. Steinmetz, C.P. Теория и расчет электроаппаратуры; McGraw-Hill: New York, NY, USA, 1917.

16. Grandpierr, M .; Транной Б. Устройство статического питания для балансировки и компенсации реактивной мощности в трехфазной сети

. В протоколе конференции, Ежегодное собрание IAS 1977 г .: IEEE Industry Applications Society, документы

, представленные на двенадцатом ежегодном собрании, отель Marriott, Лос-Анджелес, Калифорния, 2–6 октября 1977 г .; IEEE:

Городок Пискатауэй, штат Нью-Джерси, США; стр.127–135.

17. Klinger, G. LC Kompensation und symmetirung fur Mehrphasensysteme mit belibigen Spanungdverlauf.

ETZ Arch. 1979, 2, 57–61.

18. Миллер, Дж. Э. Управление реактивной мощностью в электрических системах; Wiley-Interscience: Нью-Йорк, Нью-Йорк, США, 1982.

19. Чарнеки, Л.С. Минимизация небалансных токов в трехфазных несимметричных цепях с несинусоидальным напряжением

. IEE Proc. B 1992, 139, 347–354, DOI: 10.1049 / ip-b.1992.0041.

20. Lee, S.Y .; Wu, C.J. Схемы компенсации реактивной мощности в режиме онлайн для несимметричных трехфазных четырехпроводных распределительных фидеров

. IEEE Trans. Power Deliv. 1993, 8, 1958–1965, DOI: 10.1109 / 61.248308.

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, который обычно используется 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 однофазными и трехфазными системами питания.

Зачем нам трехфазное 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.

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

Проводка — еще одна проблема. Рассмотрим стойку на 15 кВт. При использовании однофазного источника питания переменного тока 120 вольт (VAC) для питания стойки требуется 125 ампер, для чего потребуется провод диаметром почти четверть дюйма (AWG 4) — слишком толстый, чтобы с ним легко работать, не говоря уже о дорогие.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 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, и 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 дважды проходят через нулевую амплитуду (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 имеют -0.5. Это означает, что, в отличие от однофазного тока, нет точки, в которой мощность не поступает 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 только резистивная, 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 является только резистивной, 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 обеспечить 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 менее осуществимым и практичным. Все кабели, проводники и розетки становятся больше, дороже, и работать с ними становится все труднее.

Подача трехфазного питания непосредственно в серверную стойку позволяет использовать менее дорогие кабели и другие компоненты, обеспечивая при этом большую мощность. Однако это требует внимания к нагрузке в каждой цепи, чтобы убедиться, что они сбалансированы и не превышают допустимую нагрузку.

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

трехфазных систем и машин — MATLAB и Simulink

Трехфазные системы и машины

В этом разделе вы:

Узнайте, как смоделировать трехфазную систему питания, содержащую электрические машины и другие трехфазные модели.
Смоделируйте энергосистему и наблюдайте за ее динамическими характеристиками, используя и сравнивая результаты Continuous и Phasor Simscape ™ Типы моделирования специализированных энергетических систем Electrical ™ (непрерывное и дискретное).

В>>> библиотеке можно использовать три типа машин: упрощенные синхронные машины, подробные синхронные машины и асинхронные машины. Вы соединяете эти машины линейными и нелинейными элементами, такими как в качестве трансформаторов, нагрузок и выключателей для изучения переходной стабильности бесперебойного электроснабжение от дизель-генератора.

Трехфазная сеть с электрическими машинами

Двухмашинная система, показанная на этой однолинейной схеме, представляет собой дизельный генератор и асинхронный двигатель в распределительной сети:

Дизель-генератор и асинхронный двигатель включены Распределительная сеть

Эта система состоит из установки (шина B2), моделируемой резистивной нагрузкой 1 МВт и нагрузкой двигателя. (ASM) питается 2400 В от распределительной системы 25 кВ через 6 МВА, 25/2.Трансформатор 4 кВ, и от блока аварийного синхронного генератора / дизельного двигателя (SM).

Система 25 кВ моделируется простым эквивалентным источником R-L. (уровень КЗ 1000 МВА, добротность X / R = 10) и 5 МВт нагрузка. Асинхронный двигатель мощностью 2250 л.с., 2,4 кВ, синхронный мощность машины 3,125 МВА, 2,4 кВ.

Эта система смоделирована в примере power_machines .

Параметры SM и модели дизельного двигателя и регулятора основаны на ссылке [1].

Изначально двигатель развивает механическую мощность 2000 л.с., а дизель-генератор находится в в режиме ожидания, без подачи активной мощности. Таким образом, синхронная машина работает как синхронный конденсатор, вырабатывающий только реактивную мощность, необходимую для регулирования шины 2400 В Напряжение В2 при 1,0 о.е. При t = 0,1 с происходит трехфазное замыкание на землю. в системе 25 кВ, вызывая отключение выключателя 25 кВ при t = 0,2 с, и резкое увеличение нагрузки генератора.Во время переходного период после отказа и изолирования системы двигатель-генератор, синхронный система возбуждения машины и регулятор оборотов дизеля реагируют на поддержание напряжения и скорость при постоянном значении.

Когда вы моделируете эту систему в первый раз, вы обычно не знаете, что Условия для запуска SM и ASM в установившемся режиме.

Эти начальные условия:

Блок SM: начальные значения отклонения скорости (обычно 0%), ротор угол, величины и фазы токов в обмотках статора и начальное напряжение поля требуется для получения желаемого напряжения на клеммах при заданном потоке нагрузки.
Блок ASM: начальные значения скольжения, угла ротора, величин и фаз токов в обмотках статора.

Откройте блоки «Синхронная машина» и «Асинхронная машина». Все начальные условия установлены на 0 , за исключением начального поля SM. напряжение и скольжение ASM, которые установлены на уровне 1 о.е. . Откройте три прицела контроль сигналов SM и ASM и напряжения на шине B2. Запустите моделирование и наблюдайте первые 100 мс перед возникновением неисправности.

В начале моделирования обратите внимание, что три тока ASM начинаются с нуля и содержат медленно затухающая составляющая постоянного тока. Скорость машины стабилизируется гораздо дольше. из-за инерции системы двигатель / нагрузка и дизель / генератор. В нашем примере ASM начинает вращаться в неправильном направлении, потому что пусковой момент двигателя ниже, чем приложенный момент нагрузки. Остановите симуляцию.

Чтобы начать моделирование в установившемся режиме с синусоидальными токами и постоянными скоростями, все состояния машины должны быть правильно инициализированы.Это сложная задача для выполнения вручную, даже для простой системы. На вкладке Tools диалогового окна блока powergui нажмите кнопку Load Flow Analyzer . Используйте приложение Load Flow Analyzer для инициализации машин.

Список литературы

[1] Yeager K.E. и Уиллис Дж. Р. «Моделирование Аварийные дизельные генераторы на АЭС мощностью 800 МВт ». IEEE Сделки по конверсии энергии . Том 8, № 3, сентябрь 1993 г.

Использование метода фазорного решения для исследований стабильности

Когда вы увеличиваете сложность своей сети, добавляя дополнительные линии, нагрузки, трансформаторы, и станки, необходимое время моделирования увеличивается. Более того, если вам интересно в режимах медленных электромеханических колебаний (обычно от 0,02 Гц до 2 Гц на больших систем) вам, возможно, придется моделировать несколько десятков секунд, что может привести к долгому время моделирования. Поэтому традиционный непрерывный или дискретный метод решения не подходит. Практичен для исследования устойчивости низкочастотных режимов колебаний.Для этих исследования, используйте метод фазора (см. Введение в метод симуляции фазора).

Для исследования стабильности вы игнорируете режимы быстрых колебаний, возникающие в результате взаимодействия линейных элементов R, L, C и линий с распределенными параметрами. Эти режимы колебаний, которые обычно расположены выше основной частоты 50 Гц или 60 Гц, не мешают режимы медленных машин и постоянные времени регулятора. В методе векторного решения эти быстрые режимы игнорируются заменой сетевых дифференциальных уравнений набором алгебраические уравнения.Таким образом, модель сети в пространстве состояний заменяется на передаточная функция, оцениваемая на основной частоте и соответствующих входах (текущая вводимые машинами в сеть) и выходы (напряжения на терминалах машины). В Метод решения векторов использует сокращенную модель пространства состояний, состоящую из медленных состояний машины, турбины и регуляторы, что значительно сокращает необходимое время моделирования. Для векторных моделей доступны два типа решателей: непрерывный и дискретный.Тип решатель указан в блоке powergui, установив Тип моделирования либо Phasor (непрерывный) или Дискретный вектор . Решение непрерывного вектора использует решатель Simulink ^® с переменным шагом. Решатели с непрерывным переменным шагом эффективны в решение такого типа проблемы. Пример решателя с непрерывным переменным шагом, который можно использовать в эта ситуация — ode23tb с максимальным временным шагом в один цикл основная частота (1/60 с или 1/50 с). Дискретный вектор использует локальный решатель для дискретизации и решения векторной модели в заданное время выборки. В Метод моделирования дискретного вектора позволяет использовать Simulink Coder ™ для генерации кода и моделирования вашей модели в реальном времени.

Примените метод решения векторов к двухмашинной системе, которую вы смоделировали в power_machines пример традиционным методом. Откройте power_machines пример.

В блоке powergui установите Simulation Тип — Phasor . Укажите основную частоту используется для решения алгебраических сетевых уравнений. Введите 60 в поле Частота поля. Обратите внимание, что слова Phasor 60 Hz теперь появляются на значке powergui, указывая, что это новое используется для моделирования вашей схемы. Чтобы запустить симуляцию в установившемся режиме, вы должны сначала повторите процедуру инициализации машины.

Обратите внимание, что моделирование теперь намного быстрее. Результаты хорошо сравниваются с результатами, полученными с моделирование в непрерывном режиме.

Вы также можете попробовать симуляцию дискретного вектора. В блоке powergui установите Simulation type to Discrete. вектор и укажите время выборки 4e-3 сек.

Формы сигналов синхронной машины сравниваются на следующем рисунке для трех типы моделирования:

Сравнение результатов непрерывного и фазорного моделирования Методы

Обе модели векторов (непрерывная и дискретная) хорошо сравниваются с непрерывной модель.

В отличие от решателя непрерывного вектора, который использует полный набор машинного дифференциала уравнения для моделирования переходных процессов статора и ротора, решатель дискретного вектора использует упрощенные модели машин, в которых дифференциальные уравнения на стороне статора заменены на алгебраические уравнения. Эти модели машин более низкого порядка исключают два состояния (phid и phiq потоки статора) и выдают результаты моделирования, аналогичные коммерческим программам обеспечения устойчивости. По сравнению с решателем непрерывного фазора, решатель дискретного фазора обеспечивает более чистую формы волны.В этом примере вы можете заметить, что в модели с дискретным вектором скорость (w) и высокочастотные колебания напряжения на клеммах (Vt) устраняются, а напряжение Vt Также устраняется сбой, наблюдаемый при размыкании выключателя.

Решающая программа с дискретным вектором имеет также два дополнительных преимущества:

В этом решателе используется надежный метод решения, который позволяет исключить машинный паразитарные нагрузки.
Этот решатель позволяет использовать Simulink Кодер для генерации кода и моделирования вашей модели в реальном времени.

Примечание

При установке Тип моделирования на Дискретный phasor, два блока управления (дизельный двигатель и регулятор и возбуждение) оставайтесь непрерывными и продолжайте использовать решатель с переменным шагом ode23tb . если ты Если вы хотите смоделировать эту модель в реальном времени, вся модель должна использовать шаги с фиксированным временем. Ты поэтому необходимо изменить решатель с переменным шагом на решатель с фиксированным шагом, который использует то же время выборки, что и электрическая сеть.

Метод решения векторов проиллюстрирован на более сложных сетях следующим образом. примеры:

Устойчивость к переходным процессам двух машин с энергосистемой стабилизаторы (PSS) и статический компенсатор реактивной мощности (SVC) (модель power_svc_pss )
Характеристики трех стабилизаторов энергосистемы для межзонные колебания (модель power_PSS )

Первый пример иллюстрирует влияние PSS и использование SVC для стабилизации двухмашинной системы.Второй пример сравнивает производительность трех различных типов стабилизаторов энергосистемы на четырехмашинной двухзонной системе.

Метод решения векторов также используется для моделей FACTS.

13.2. Компенсация реактивной мощности в трёхфазной сети

Читайте также

Проектирование сети

4.20 Сети X.25

5.

1.2.4. Установка по сети

8.7. Понижение мощности передачи

21. Сети

Максимальная передача мощности

Максимальная передача мощности в цепях переменного тока

Исправление коэффициента мощности

Выбор сопротивления нагрузочного резистора для максимальной передаваемой мощности

Подключение к Сети

Файлообменные сети

Сети MSN и Jabber

Доступ к сети

Сети