Трехфазные электрические цепи
ТОЭ переменный ток
Выдающийся русский инженер-изобретатель Михаил Осипович Доливо-Добровольский, помимо асинхронного двигателя изобрел трехфазную электрическую сеть, которая могла бы питать такой двигатель.
Трехфазная система представляет собой три отдельные электрические цепи, в которых действуют синусоидальные ЭДС одной и той же частоты, которые в свою очередь сдвинуты друг от друга на 120°, и создаваемые одним источником энергии. Источником энергии чаще всего выступает трехфазный генератор.
Преимущество трехфазной цепи заключается в её уравновешенности. То есть суммарная мгновенная мощность трехфазной цепи, остается величиной постоянной в течение всего периода ЭДС.
Трехфазный генератор переменного тока имеет три самостоятельные обмотки, которые сдвинуты между собой на угол 120°. Также как и обмотки, начальные фазы ЭДС сдвинуты на 120°. Уравнения описывающие изменение ЭДС в каждой из обмоток выглядят следующим образом:
Векторная диаграмма ЭДС в начальный момент времени представляет собой три вектора, длина которых равна амплитудному значению ЭДС Em, и угол между которыми равен 120°.
Если вращать векторы против часовой стрелке, относительно неподвижной оси, то они будут проходить в порядке Ea,Eb,Ec, такой порядок называют прямой последовательностью.
По сути, каждую отдельную фазу можно было бы соединить отдельными проводами, но в таком случае получилась бы шестипроводная несвязная система. Это было бы крайне не выгодно с экономичной точки зрения, ведь как-никак, перерасход материала. Для того чтобы это избежать придумали связанные системы соединения.
Соединение звездой
При соединении обмоток звездой все три фазы имеют одну общую точку – ноль. При этом такая система может быть трехпроводной или четырехпроводной. В последнем случае используется нулевой провод. Нулевой провод не нужен, если система симметрична, то есть токи в фазах такой системы одинаковы. Но если нагрузка несимметрична, то фазные токи различны, и в нулевом проводе возникает ток, который равен векторной сумме фазных токов
Также, нулевой провод может выступать в роле одной из фаз, если она выйдет из строя, это предотвратит выход из строя всей системы.
Правда нужно учитывать, что нулевой провод не рассчитан на подобные нагрузки, и в целях экономии металла и изоляции он изготавливает под более малые токи, чем в фазах.
В трехфазных цепях существуют так называемые фазные и линейные напряжения и токи.
Фазное напряжение – это разность потенциалов между нулевой точкой и линейным проводом. То есть, проще говоря, фазное напряжение — это напряжение на фазе.
Линейное напряжение – это разность потенциалов между линейными проводами.
При соединении звездой фазные и линейные напряжения соотносятся как
А фазные и линейные токи при симметричной нагрузке одинаковы
Таким образом, можно сделать вывод, что в симметричной трехфазной цепи при соединении фаз звездой напряжения отличаются друг от друга в 1,72 раз, а линейные и фазные токи равны.
Соединение треугольником
При соединении треугольником конец одной обмотки соединяется с началом другой.
Таким образом, образуется замкнутый контур.
В таком соединении каждая фаза находится под линейным напряжением, то есть линейные и фазные напряжения равны
А фазные и линейные токи соотносятся как
Аналогичным способом, сделаем вывод для соединения треугольником: в симметричной трехфазной цепи при соединении фаз треугольником токи отличаются друг от друга в 1,72 раз, а линейные и фазные напряжения равны.
Читайте также — задачи на трехфазные цепи
Трёхфазные ИБП: назначение, особенности.
Трёхфазные ИБП: назначение, особенности.
Трёхфазные ИБП относят к профессиональному оборудованию. Как правило, источники питания с мощностью 10 кВА устанавливают в одной из 2 конфигураций:
- три фазы — на входе в устройство и три фазы — на выходе ИБП,
- три фазы — на входе и одна фаза — на выходе источника резервного питания.
Трёхфазные ИБП с однофазным выходом имеют относительно небольшую мощность.
Они предназначены для питания техники, имеющей напряжение 220 В. Применяя для однофазной нагрузки ИБП с трёхфазным входом и однофазным выходом, вы не обнаружите перекоса фаз как у мощного однофазного ИБП в трёхфазной сети.
Если в трёхфазной сети на одну фазу установить источник автономного питания большой мощности в однофазном исполнении, то велика вероятность, что может возникнуть перекос фаз: одна фаза нагружена сильно, а оставшиеся две недозагружены. В нагруженной фазе при подключении нагрузки линейного типа возникают гармонические искажения напряжения. Ток при этом замыкается на общий ноль, через нейтраль гармонические искажения влияют на работу техники на оставшихся фазах. Чтобы избежать перекоса фаз, нужно равномерно нагрузить все три фазы либо установить трёхфазный ИБП с необходимым количеством выходных фаз.
Трёхфазные источники питания благодаря равномерной нагрузке на все фазы разгружают нейтраль трёхфазной сети от гармоник тока, что особенно важно для питания серверной, компьютерной и коммуникационной техники.
На трёхфазные источники бесперебойной работы можно установить один из двух видов выпрямителей: шестиимпульсный или двенадцатиимпульсный (2 шестиимпульсных). Двенадцатиимпульсные выпрямители устанавливают на мощные аппараты, они в значительной степени снижают амплитуду тока, что хорошо сказывается на работе аккумуляторных батарей.
Инверторы на трёхфазных аппаратах работают по схеме «ШИМ» («широтно-импульсной модуляции»), на дорогие модели устанавливают 2 инвертора для надёжности.
Трёхфазные системы резервного электропитания более надёжны, чем однофазные, так как они работают с большей мощностью. К их стабильности предъявляют особые требования, поскольку ИБП питает технику, работающую 24 часа в сутки.
Повышенную надёжность технике придают разделительный трансформатор, входной дроссель, резервные схемы некоторых компонентов аппаратов. Немаловажными для обеспечения надёжности являются аккумуляторные батареи (они должны быть произведены известными фирмами).
Для обеспечения надёжности трёхфазных систем автономного питания применяется дублирование аппаратов, последовательно соединяя трёхфазные ИБП. Один аппарат работает, подавая питание на подключённую технику, второй — без нагрузки. В случае выхода одного из аппаратов питание переключают на второй ИБП.
Есть второй способ объединения аппаратов — параллельная работа ИБП. Суть данной схемы в том, что общая нагрузка распределяется между ИБП.
Время автономной работы источника питания определяется ёмкостью аккумуляторов. Трёхфазные ИБП со встроенными АКБ используют для защиты подключённой техники и автономного питания в течение нескольких минут. У ИБП с внешними батареями время автономной работы зависит от ёмкости батарей. На количество подключаемых аккумуляторов влияет значение напряжения в цепи постоянного тока.
Значения трехфазного тока в 3-фазной или многофазной системе
Для понимания разделения Трехфазный ток в трехфазной системе можно отметить следующие моменты и I B ) на рис. 1 и 2 не указывает направления токов в конкретный момент, но показывает направления токов, когда мы принимаем их положительными. Можно отметить, что не существует момента, когда направление всех трех фазных токов одинаково, т.
е. не существует возможного момента, когда все три фазных тока одновременно идут или выходят в общую точку.
Символы со стрелками показывают, что первый ток выходит из фазы R , затем, после времени фазы 120°, этот ток покидает фазу Y , а для следующих 120° он покидает фазу B .
2. В любом одном или двух проводниках выходной ток равен входному току в этом проводнике (или проводниках). Другими словами, каждый проводник обеспечивает обратный путь для токов других проводников. Таким образом, текущее деление постоянно меняется в трех строках. Следовательно, алгебраическая сумма трех токов равна Ноль (0) в любой момент.
Рис. Значения трехфазного тока в трехфазной системе. Объяснение трехфазных токов в многофазной системе: Трехфазные токи показаны на приведенном выше рисунке с одинаковым пиковым значением 8A , но смещены друг от друга на 120° .
На рисунке выше в точке «а» значения токов в фазах R и B равны +4А и направление этих токов наружу, а значение фазы Y равно -8А . Его средний ток фазы Y обеспечивает обратный путь к токам фаз R и B .
Аналогично,
- В точке «b» = I R =+6A, I Y = +2A, I B =-8A …. Теперь B обеспечивает обратный путь для токов Y и R
- В точке «C» = I Y =+6A, I B = +2A, I R =-8A …. Теперь R обеспечивает обратный путь для токов Y и B
- В точке «d» = I R =0A, I B = +6,9A, I Y =-6,9A …. т.е. Ток B исходит, а Y возвращается с пути Y
Таким образом, можно отметить, что хотя распределение тока в трех фазах непрерывно изменяется , но в любой момент их алгебраическая сумма мгновенных значений равна нулю (0) т.