Трехфазовый ток: Отличие трехфазного тока от однофазного, мощность переменного тока в трехфазной цепи

К сведению. Отмеченные определения выражают в векторной форме. В формулах для расчетов реальную систему с имеющимися отклонениями представляют как сумму симметричных компонентов.

Также для контроля применяют максимальное допустимое отклонение измеренных фазных токов. Отдельные нормы утверждены для типовых распределительных устройств:

• ВРУ – 15%;
• ЩР – 30%.

Причины возникновения явления

Кроме различных нагрузок, опасный режим эксплуатации может возникать при обрыве нулевого провода. Эту ситуацию можно рассмотреть на примере типового силового трансформатора, обмотки которого соединены по схеме «звезда».

Обрыв нейтрали

Если разорвать цепь, обозначенную на рисунке стрелкой, линия фазы «С» фактически будет выполнять функции нулевого проводника. Именно в этом участке для прохождения тока создаются самые благоприятные условия. По классическим формулам можно посчитать эквивалентное электрическое сопротивление при параллельном соединении нагрузок:

Rэкв = R1*R2*R3/(R1*R2 + R2*R3 + R1*R3).

Если использовать для примера одинаковую величину Rн = 50 Ом, для этого участка Rэкв = 125 000 / (2 500 + 2 500 + 2 500) ≈ 17 Ом.

В новой «нейтрали» напряжение может увеличиться до максимального уровня 380 V. На такой уровень типовая бытовая техника не рассчитана. Одновременно может уменьшиться до 130 V и даже ниже напряжение в связанном контуре линии «А».

Третья типовая причина несимметричности – короткое замыкание фазы на корпус или другую часть конструкции электроустановки, соединенной с заземлением.

Несимметрия в высоковольтных сетях

На выходах генератора, созданного по схемотехнике синхронной машины, стабильность рабочих параметров обеспечивается принципом работы соответствующего оборудования. Однако в некоторых случаях не исключены искажения. Асинхронные ветрогенераторы, например, создают разные уровни напряжений.

В распределительных устройствах подобный дисбаланс – редкое явление. Однако воздушные линии электропередач не создают идеально симметричными. При больших расстояниях увеличивается длина проводников, возрастает разница электрических сопротивлений. Для корректировки по специальной технологии транспозиции устанавливают особые опорные элементы.

Надо отметить! С целью экономии средств подобные конструкции применяют редко.

Асимметрия на стороне нагрузки

В этой части системы однофазный сварочный аппарат или промышленная плавильная установка способна провоцировать рассматриваемые искажения. В частном домохозяйстве нагрузки не подключают с учетом соблюдения правильной пропорциональности.

Асимметричное распределение потребителей электроэнергии по фазам

Опасность и последствия перекоса

Очевидные неприятности, которые провоцирует перекос фаз в трехфазной сети, следует дополнить особенностями эксплуатируемого оборудования. Автономный генератор в таком режиме работы будет выполнять свои функции с худшим КПД. Увеличение компенсационного тока сопровождается дополнительным расходом энергии (топливных ресурсов).

Отклонение напряжения от номинала проявляется следующим образом:

• высокий уровень провоцирует короткое замыкание, срабатывание защитных автоматов, ухудшает состояние изоляционных оболочек;
• низкий – уменьшает мощность силовых агрегатов, увеличивает пусковые токи, нарушает функциональность электронных схем.

Отдельно следует подчеркнуть опасные последствия перекоса, если через цепь проходит слишком высокий ток. Чрезмерный нагрев на открытых участках – типичная причина пожаров. Восстановление испорченной проводки в глубине строительных конструкций сопровождается значительными затратами.

Меры защиты

Как бороться с негативными проявлениями, станет понятно после детального изучения определенного проекта. Общая рекомендация – обеспечение равномерного распределения (подключения) нагрузок. Но выполнить это условие не всегда возможно. Наличие разнообразных однофазных потребителей значительно усложняет задачу.

Защита от перекоса фаз в трехфазной сети

Эффективный и достаточно простой способ защиты – специализированное реле. Это устройство в непрерывном режиме контролирует состояние отдельных фаз. При выходе параметров за границы определенного диапазона источник питания отключается.

Регулировка напряжения в трехфазном реле

Дополнительные функции прибора пригодятся на практике. Динамический контроль подключения отдельных фаз (очередности) окажет помощь при работе с асинхронными электродвигателями. Эта опция предотвратит вращение ротора в обратную сторону. Автоматическое отключение источника при разрыве цепи исключит рассмотренные выше аварийные ситуации.

Защита в однофазной сети

Эта часть системы не способна оказать корректирующее влияние на электроснабжение. Для защиты нагрузок по току (напряжению) устанавливают защитные автоматы. Чтобы поддерживать электрические параметры питания на оптимальном уровне, применяют стабилизаторы.

Как исправить проблему с перекосом фаз

Представленные ниже специализированные устройства выбирают с определенным запасом по мощности (20-25%). Это продлит срок службы оборудования, упростит перемещение техники и подключение новых нагрузок. Для экономии средств можно создать защиту только для отдельных групп потребителей.

Стабилизатор

Такие аппараты можно использовать для поддержания заданного уровня напряжения в одной или трех фазах. Как правило, дополнительно обеспечивается фильтрация импульсных помех. Дорогие модели формируют на выходе сигнал с минимальными искажениями синусоиды.

Современный электронный стабилизатор с индикацией рабочих параметров на ЖКИ экране

Симметрирующий трансформатор

Технику этой категории в соответствующем исполнении применяют в одно,- и трехфазных сетях. С ее помощью:

• обеспечивают одинаковое распределение нагрузки для источника электропитания вне зависимости от реального распределения токов по фазным линиям;
• предотвращают падение напряжения (сглаживают переходной процесс) при подключении мощных двигателей и других изделий с индуктивными характеристиками;
• оптимизируют потребление электроэнергии, когда нагрузка отличается выраженными реактивными параметрами внутреннего сопротивления.

Вместо симметрирующего трансформатора для устранения перекоса применяют комплекты конденсаторов. Также используют комбинированное включение емкостных/ индуктивных компенсационных элементов.

Видео

Трёхфазный ток, преимущества трёхфазного тока при использовании

Преимущества трёхфазного тока очевидны только специалистам электрикам. Что такое трехфазный ток для обывателя представляется весьма смутно. Давайте развеем неопределенность.

Трехфазный переменный ток

Большинство людей, за исключением специалистов — электриков, имеют весьма смутное представление, что такое так называемый «трёхфазный» переменный ток, да и в понятиях, что такое сила тока, напряжение и электрический потенциал, а также мощность, — часто путаются.

Попытаемся простым языком дать начальные понятия об этом. Для этого обратимся к аналогиям. Начнём с простейшей – протекания постоянного тока в проводниках. Его можно сравнить с водным потоком в природе. Вода, как известно, всегда течёт от более высокой точки поверхности к более низкой. Всегда выбирает самый экономичный (наикратчайший) путь. Аналогия с протеканием тока – полнейшая. Причём количество воды протекающей в единицу времени через какое-то сечение потока будет аналогично силе тока в электрической цепи. Высота любой точки русла реки относительно нулевой точки – уровня моря – будет соответствовать электрическому потенциалу любой точки цепи. А разница в высоте любых двух точек реки будет соответствовать напряжению между двумя точками цепи.

Используя эту аналогию можно легко представить в уме законы протекания постоянного электрического тока в цепи. Чем выше напряжение – перепад высот, тем больше скорость потока, и, следовательно, количество воды протекающей по реке в единицу времени.

Водный поток, точно так же как электрический ток при своём движении испытывает сопротивление русла – по каменистому руслу вода будет протекать бурно, меняя направление, немного нагреваясь от этого (бурные потоки даже в сильные морозы не замерзают вследствие нагрева от сопротивления русла). В гладком канале или трубе вода потечёт быстро и в итоге в единицу времени канал пропустит гораздо больше воды, чем извилистое и каменистое русло. Сопротивление потоку воды полностью аналогично электрическому сопротивлению в цепи.

Теперь представим закрытую бутылку, в которой налито немного воды. Если мы начнём эту бутылку вращать вокруг поперечной оси, то вода в ней будет перетекать попеременно от горлышка к донышку и наоборот. Это представление – аналогия переменному току. Казалось бы, одна и та же вода перетекает туда-сюда и что? Тем не менее, этот переменный поток воды способен совершать работу.

Откуда вообще появилось понятие переменный ток? к содержанию

Да с тех самых пор, когда человечество, узнав, что перемещение магнита вблизи проводника вызывает электрический ток в проводнике. Именно движение магнита вызывает ток, если магнит положить рядом с проводом и не двигать – никакого тока в проводнике это не вызовет. Далее, мы хотим получить (генерировать) в проводнике ток, чтобы использовать его в дальнейшем для каких-либо целей. Для этого изготовим катушку из медного провода и начнём возле неё двигать магнит. Магнит можно передвигать возле катушки как угодно – двигать по прямой туда-сюда, но, чтобы не двигать магнит руками, создать такой механизм технически сложнее, чем просто начать его вращать около катушки, аналогично вращению бутылки с водой из предыдущего примера. Вот именно таким образом — по техническим причинам — мы и получили синусоидальный переменный ток, используемый ныне повсеместно. Синусоида – это развёрнутое во времени описание вращения.

В дальнейшем оказалось, что законы протекания переменного тока в цепи отличаются от протекания постоянного тока. Например, для протекания постоянного тока сопротивление катушки равно просто омическому сопротивлению проводов. А для переменного тока – сопротивление катушки из проводов значительно увеличивается из-за появления, так называемого индуктивного сопротивления. Постоянный ток через заряженный конденсатор не проходит, для него конденсатор – разрыв цепи. А переменный ток способен свободно протекать через конденсатор с некоторым сопротивлением. Далее выяснилось, что переменный ток может быть преобразован с помощью трансформаторов в переменный ток с другими напряжением или силой тока. Постоянный ток такой трансформации не поддаётся и, если мы включим любой трансформатор в сеть постоянного тока (что делать категорически нельзя), то он неизбежно сгорит, так как постоянному току будет сопротивляться только омическое сопротивление провода, которое делается как можно меньше, и через первичную обмотку потечёт большой ток в режиме короткого замыкания.

Заметим также, что электродвигатели могут быть созданы для работы и от постоянного тока, и от переменного тока. Но разница между ними такая – электродвигатели постоянного тока сложнее в изготовлении, но зато позволяют плавно изменять скорость вращения обычным регулирующим силу тока реостатом. А электродвигатели переменного тока гораздо проще и дешевле в изготовлении, но вращаются только с одной, обусловленной конструкцией скоростью. Поэтому в практике широко применяются и те, и другие. В зависимости от назначения. Для целей управления и регулирования применяются двигатели постоянного тока, а в качестве силовых установок – двигатели переменного тока.

Далее конструкторская мысль изобретателя генератора двигалась примерно в таком направлении – если удобнее всего для генерации тока использовать вращение магнита рядом с катушкой, то почему бы вместо одной катушки генератора не расположить вокруг вращающегося магнита несколько катушек (места-то вокруг вон сколько)?

Получится сразу же, как бы несколько генераторов, работающих от одного вращающегося магнита. Причём переменный ток в катушках будет отличаться по фазе – максимум тока в последующих катушках будет несколько запаздывать относительно предыдущих. То есть синусоиды тока, если их графически изобразить, будут, как бы между собой, сдвинуты. Это важное свойство – сдвиг фаз, о котором мы расскажем ниже.

Примерно так рассуждая, американский изобретатель Никола Тесла и изобрёл сначала переменный ток, а затем и трёхфазную систему генерации тока с шестью проводами. Он расположил три катушки вокруг магнита на равном расстоянии под углами 120 градусов, если за центр углов принять ось вращения магнита.

(Число катушек (фаз) вообще-то может быть любым, но для получения всех тех преимуществ, что даёт многофазная система генерации тока, минимально достаточно трёх).

Далее русский учёный электротехник Михаил Осипович Доливо-Добровольский развил изобретение Н. Тесла, впервые предложив трёх — и четырёхпроводную систему передачи трёхфазного переменного тока. Он предложил соединить один конец всех трёх обмоток генератора в одну точку и передавать электроэнергию всего по четырём проводам. (Экономия на дорогих цветных металлах существенная). Оказалось, что при симметричной нагрузке каждой фазы (равным сопротивлением) ток в этом общем проводе равняется нулю. Потому что при суммировании (алгебраическом, с учётом знаков) сдвинутых по фазе на 120 градусов токов они взаимно уничтожаются. Этот общий провод так и назвали – нулевой. Поскольку ток в нём возникает только при неравномерности нагрузок фаз и численно он небольшой, гораздо меньше фазных токов, то представилась возможность использовать в качестве «нулевого» провод меньшего сечения, чем для фазных проводов.

По этой же самой причине (сдвиг фаз на 120 градусов) трехфазные трансформаторы получились значительно менее материалоёмкими, так как в магнитопроводе трансформатора происходит взаимопоглощение магнитных потоков и его можно делать с меньшим сечением.

Сегодня трёхфазная система электроснабжения осуществляется четырьмя проводами, три из них называются фазными и обозначаются латинскими буквами: на генераторе — А, В и С, у потребителя — L1, L2 и L3. Нулевой провод так и обозначается – 0. 

Напряжение между нулевым проводом и любым из фазных проводов называется – фазным и составляет в сетях потребителей – 220 вольт.

Между фазными проводами тоже существует напряжение, причём значительно выше, чем фазное напряжение. Это напряжение называется линейным и составляет в цепях потребителей 380 вольт. Почему же оно больше фазного? Да всё это из-за сдвига фаз на 120 градусов. Поэтому, если на одном проводе, к примеру, в данный момент времени потенциал равен плюс 200 вольт, то на другом фазном проводе в этот же момент времени потенциал будет минус 180 вольт. Напряжение – это разность потенциалов, то есть оно будет + 200 – (-180)=+380 В.

Возникает вопрос, если по нулевому проводу ток не протекает, то нельзя ли его вообще убрать. Можно. И мы получим трёхпроводную систему электроснабжения. С соединением потребителей так называемым «треугольником» — между фазными проводами. Однако нужно заметить, что при неравномерной нагрузке в сторонах «треугольника» на генератор будут действовать разрушающие его нагрузки, поэтому данную систему можно применять при огромном количестве потребителей, когда неравномерности нагрузок нивелируются. Передача электроэнергии от больших электростанций при высоких фазных и линейных напряжениях (сотни тысяч вольт) так и осуществляются. Почему же применяется такое высокое напряжение. Ответ простой – чтобы уменьшить потери в проводах на нагрев. Так как нагрев проводов (потери энергии) пропорционален квадрату протекающего тока, то желательно чтобы протекающий ток был минимален. Ну а для передачи необходимой мощности при минимальном токе нужно повышать напряжение. Линии электропередач (ЛЭП) так и обозначаются, к примеру, ЛЭП – 500 – это линия электропередачи под напряжением 500 киловольт.

Кстати потери в проводах ЛЭП можно ещё более снизить, применяя передачу постоянного тока высокого напряжения (перестаёт действовать емкостная составляющая потерь, действующая между проводами), проводились даже такие эксперименты, но широкого распространения пока такая система не получила, видимо вследствие большей экономии в проводах при трёхфазной системе генерации.

Выводы: преимущества трёхфазной системы к содержанию

В заключение статьи подведём итоги, – какие же преимущества даёт трёхфазная система генерации и электроснабжения?

1. Экономия на количестве проводов, необходимых для передачи электроэнергии. Учитывая немалые расстояния (сотни и тысячи километров) и то, что для проводов используют цветные металлы с малым удельным электрическим сопротивлением, экономия получается весьма существенной.
2. Трёхфазные трансформаторы, при равной мощности с однофазными, имеют значительно меньшие размеры магнитопровода. Что позволяет получить существенную экономию.
3. Очень важно, что трёхфазная система передачи электроэнергии создаёт при подключении потребителя к трём фазам как бы вращающееся электромагнитное поле. Опять-таки, вследствие сдвига фаз. Это свойство позволило создать чрезвычайно простые и надёжные трёхфазные электродвигатели, у которых нет коллектора, а ротор, по сути, представляет собой простую «болванку» в подшипниках, к которой не нужно подсоединять никакие провода. (На самом деле конструкция короткозамкнутого ротора имеет свои особенности и вовсе не болванка) Это так называемые трёхфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Очень широко распространённые сегодня в качестве силовых установок. Замечательное свойство таких двигателей – это возможность менять направление вращения ротора на обратное простым переключением двух любых фазных проводов.
4. Возможность получения в трёхфазных сетях двух рабочих напряжений. Другими словами менять мощность электродвигателя или нагревательной установки путём простого переключения питающих проводов.
5. Возможность значительного уменьшения мерцаний и стробоскопического эффекта светильников на люминисцентных лампах путём размещения в светильнике трёх ламп, питающихся от разных фаз.

Благодаря этим преимуществам трёхфазные системы электроснабжения получили широчайшее распространение в мире.

Получение трехфазного тока — Студопедия

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<1000В), выполнять 4-х проводными с глухо-заземленной нейтралью.

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 от ЛЭП)

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.

Трехфазная электрическая мощность — Three-phase electric power

Общий метод производства, передачи и распределения электроэнергии для переменного тока

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 схема трехпроводной, как правило , более экономичным , чем эквивалентный двухпроводной однофазной цепи в одной и той же линии заземления напряжения , поскольку он использует меньше материала проводника для передачи определенного количества электрической энергии. Полифазные энергосистемы были независимо изобретены Галилео Феррарисом , Михаилом Доливо-Добровольским , Йонасом Венстрёмом , Джоном Хопкинсоном и Николой Тесла в конце 1880-х годов.

Линейное и фазное напряжение

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

Принцип

В симметричной трехфазной системе электропитания по трем проводникам проходит переменный ток той же частоты и амплитуды напряжения относительно общего эталона, но с разностью фаз в одну треть цикла между ними. Общая ссылка обычно соединяется с землей и часто с токоведущим проводом, называемым нейтралью. Из-за разности фаз напряжение на любом проводе достигает своего пика на одной трети цикла после одного из других проводников и на одной трети цикла до оставшегося проводника. Эта фазовая задержка обеспечивает постоянную передачу мощности сбалансированной линейной нагрузке. Это также позволяет создавать вращающееся магнитное поле в электродвигателе и генерировать другие схемы фаз с использованием трансформаторов (например, двухфазную систему с использованием трансформатора Скотта-Т ). Амплитуда разности напряжений между двумя фазами в (1,732 …) раз больше амплитуды напряжения отдельных фаз. 3 {\ displaystyle {\ sqrt {3}}}

Симметричные трехфазные системы, описанные здесь, просто называются трехфазными системами, потому что, хотя можно спроектировать и реализовать асимметричные трехфазные системы питания (т. Е. С неравными напряжениями или фазовыми сдвигами), они не используются на практике. потому что им не хватает важнейших преимуществ симметричных систем.

В трехфазной системе, питающей сбалансированную и линейную нагрузку, сумма мгновенных токов трех проводников равна нулю. Другими словами, ток в каждом проводнике по величине равен сумме токов в двух других, но с противоположным знаком. Обратный путь для тока в любом фазном проводе — это два других фазовых проводника.

Преимущества

По сравнению с однофазным источником питания переменного тока, в котором используются два проводника (фаза и нейтраль ), трехфазный источник питания без нейтрали и с одинаковым межфазным напряжением и током на фазу может передавать в три раза больше мощности, используя всего в 1,5 раза больше проводов (т.е. три вместо двух). Таким образом, соотношение емкости к материалу проводника удваивается. Отношение емкости к материалу проводника увеличивается до 3: 1 в незаземленной трехфазной системе и однофазной системе с заземленным центром (или 2,25: 1, если в обеих системах заземления того же калибра, что и у проводов).

Постоянная передача мощности и компенсация фазных токов теоретически возможны при любом количестве (более одной) фаз, поддерживая соотношение емкости к материалу проводника, которое вдвое больше, чем у однофазной мощности. Однако двухфазное питание приводит к менее плавному (пульсирующему) крутящему моменту в генераторе или двигателе (что затрудняет плавную передачу мощности), а более трех фаз излишне усложняют инфраструктуру.

Трехфазные системы также могут иметь четвертый провод, особенно в распределительных сетях низкого напряжения. Это нейтральный провод. Нейтраль позволяет обеспечить три отдельных однофазных источника питания при постоянном напряжении и обычно используется для питания групп бытовых объектов, каждая из которых является однофазной нагрузкой. Подключения расположены таким образом, чтобы по возможности в каждой группе от каждой фазы потреблялась одинаковая мощность. Далее в системе распределения токи обычно хорошо сбалансированы. Трансформаторы могут быть подключены таким образом, чтобы они имели четырехпроводную вторичную обмотку, но трехпроводную первичную, при этом допускаются несбалансированные нагрузки и связанные с ними нейтральные токи вторичной стороны.

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

• Фазные токи имеют тенденцию нейтрализовать друг друга, суммируясь до нуля в случае линейной сбалансированной нагрузки. Это позволяет уменьшить размер нейтрального проводника, поскольку по нему проходит небольшой ток или нет. При сбалансированной нагрузке все фазные проводники проходят одинаковый ток и, следовательно, могут иметь одинаковый размер.
• Передача мощности на линейную сбалансированную нагрузку является постоянной, что помогает снизить вибрации генератора и двигателя.
• Трехфазные системы могут создавать вращающееся магнитное поле с заданным направлением и постоянной величиной, что упрощает конструкцию электродвигателей, так как не требуется пусковая цепь.

Большинство бытовых нагрузок однофазные. В домах в Северной Америке трехфазное электричество может питать многоквартирный дом, но бытовые нагрузки подключаются только как однофазные. В районах с более низкой плотностью для распределения можно использовать только одну фазу. Некоторые мощные бытовые приборы, такие как электрические плиты и сушилки для одежды, питаются от двухфазной системы с напряжением 240 вольт или от двух фаз трехфазной системы только с напряжением 208 вольт.

Последовательность фаз

Проводка для трех фаз обычно обозначается цветовым кодом, который зависит от страны. Подключение фаз в правильном порядке необходимо для обеспечения заданного направления вращения трехфазных двигателей. Например, насосы и вентиляторы могут не работать в обратном направлении. Сохранение идентичности фаз требуется, если существует возможность одновременного подключения двух источников; прямое соединение между двумя разными фазами — короткое замыкание.

Производство и распространение

Изображение слева: элементарный шестипроводный трехфазный генератор переменного тока, в котором каждая фаза использует отдельную пару проводов передачи. Изображение справа: элементарный трехпроводный трехфазный генератор переменного тока, показывающий, как фазы могут делить только три провода.

На электростанции , электрический генератор преобразует механическую энергию в набор из трех переменного электрического тока , по одному от каждой катушки (или обмотки) генератора. Обмотки расположены таким образом, что токи находятся на одной и той же частоте , но с пиками и впадинами их волновых форм смещения , чтобы обеспечить три дополнительных токов с фазовым разделением одной трети цикла ( 120 ° или ^2π / ₃ радиан ). Частота генератора обычно составляет 50 или 60 Гц , в зависимости от страны.

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

После дальнейших преобразований напряжения в сети передачи, напряжение окончательно преобразуется до стандартного использования до подачи электроэнергии потребителям.

Большинство автомобильных генераторов генерируют трехфазный переменный ток и преобразуют его в постоянный ток с помощью диодного моста .

Трансформаторные соединения

Обмотка трансформатора, соединенная «треугольником», включается между фазами трехфазной системы. Трансформатор типа «звезда» соединяет каждую обмотку фазного провода с общей нейтралью.

Можно использовать один трехфазный трансформатор или три однофазных трансформатора.

В системе «открытый треугольник» или «V» используются только два трансформатора. Замкнутый треугольник, состоящий из трех однофазных трансформаторов, может работать как открытый треугольник, если один из трансформаторов вышел из строя или его необходимо удалить. В разомкнутом треугольнике каждый трансформатор должен пропускать ток для своих соответствующих фаз, а также ток для третьей фазы, поэтому мощность снижается до 87%. С одним из трех трансформаторов недостающих , а остальные две эффективности на 87%, емкость составляет 58% ( ² / ₃ из 87%).

Если система с питанием по схеме треугольника должна быть заземлена для обнаружения паразитного тока на землю или защиты от перенапряжения, может быть подключен заземляющий трансформатор (обычно зигзагообразный трансформатор ), чтобы позволить токам замыкания на землю возвращаться из любой фазы на землю. Другой вариант — это система «треугольник с заземлением», которая представляет собой замкнутый треугольник, заземленный на одном из переходов трансформаторов.

Трехпроводные и четырехпроводные схемы

Существует две основные трехфазные конфигурации: звезда (Y) и треугольник (Δ). Как показано на схеме, дельта-конфигурация требует только трех проводов для передачи, а конфигурация звезда (звезда) может иметь четвертый провод. Четвертый провод, если он есть, предоставляется как нейтраль и обычно заземляется. В трех- и четырехпроводном обозначении не учитывается заземляющий провод, расположенный над многими линиями передачи, который предназначен исключительно для защиты от неисправностей и не пропускает ток при нормальном использовании.

Четырехпроводная система с симметричными напряжениями между фазой и нейтралью получается, когда нейтраль соединяется с «общей точкой звезды» всех обмоток питания. В такой системе все три фазы будут иметь одинаковую величину напряжения относительно нейтрали. Были использованы другие несимметричные системы.

Четырехпроводная система «звезда» используется, когда необходимо обслуживать смесь однофазных и трехфазных нагрузок, например, смешанные нагрузки освещения и двигателя. Примером применения является местное распределение в Европе (и в других местах), где каждый покупатель может получать питание только от одной фазы и нейтрали (что является общим для трех фаз). Когда группа потребителей, совместно использующих нейтраль, потребляет неравные фазные токи, общий нейтральный провод переносит токи, возникающие в результате этих дисбалансов. Инженеры-электрики пытаются спроектировать трехфазную систему питания для любого места так, чтобы мощность, потребляемая от каждой из трех фаз, была одинаковой, насколько это возможно в этом месте. Инженеры-электрики также стараются организовать распределительную сеть таким образом, чтобы нагрузки были максимально сбалансированы, поскольку те же принципы, которые применяются к отдельным помещениям, также применимы к электроэнергии крупномасштабной системы распределения. Следовательно, органы снабжения прилагают все усилия для распределения мощности, потребляемой на каждой из трех фаз, по большому количеству помещений, так что в среднем в точке питания наблюдается как можно более сбалансированная нагрузка.

Для домашнего использования некоторые страны, такие как Великобритания, могут подавать одну фазу и нейтраль с высоким током (до 100  А ) на один объект, в то время как другие, такие как Германия, могут подавать 3 фазы и нейтраль каждому потребителю, но с предохранителем меньшей мощности. номинальный ток, обычно 40–63  А на фазу, и «вращается», чтобы избежать эффекта увеличения нагрузки на первую фазу.

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

• звезда (Y) — звезда (Y) используется для малого тока и высокого напряжения.
• Дельта (Δ) — Дельта (Δ) используются для больших токов и низких напряжений.
• Дельта (Δ) — звезда (Y) используется для повышающих трансформаторов, т. Е. На генерирующих станциях.
• звезда (Y) — Дельта (Δ) используется для понижающих трансформаторов, т. е. в конце передачи.

В Северной Америке иногда используется питание по схеме «треугольник» с высоким плечом, когда одна обмотка трансформатора, подключенного по схеме «треугольник», питающего нагрузку, имеет центральный отвод, а этот центральный отвод заземлен и подключен как нейтраль, как показано на второй схеме. Эта установка создает три различных напряжения: если напряжение между центральным ответвлением (нейтралью) и каждым из верхнего и нижнего ответвлений (фаза и противофаза) составляет 120  В (100%), напряжение между фазной и противофазной линиями составляет 240 В (200%), а напряжение между нейтралью и «верхней ветвью» составляет ≈ 208 В (173%).

Причина, по которой используется питание, подключенное по схеме треугольника, обычно для питания больших двигателей, требующих вращающегося поля. Однако в рассматриваемых помещениях также потребуются «нормальные» североамериканские источники питания 120 В, два из которых выведены (180 градусов «не в фазе») между «нейтралью» и любой из центральных фазовых точек с отводом.

Сбалансированные схемы

В идеально сбалансированном корпусе все три линии имеют одинаковые нагрузки. Изучая схемы, мы можем установить отношения между линейным напряжением и током, а также напряжением и током нагрузки для нагрузок, соединенных звездой и треугольником. { \ circ} — \ theta \ right), \ end {align}}}

где Z _total — это сумма импедансов линии и нагрузки ( Z _total = Z _LN + Z _Y ), а θ — фаза полного импеданса ( Z _total ).

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

• V _ab = (1∠α — 1∠α + 120 °) √ 3  | V | ∠α + 30 °
• V _bc = √ 3  | V | ∠α — 90 °
• V _ca = √ 3  | V | ∠α + 150 °

Применяя закон Кирхгофа (KCL) к нейтральному узлу, три фазных тока суммируются с полным током в нейтральной линии. В сбалансированном случае:

я 1 + я 2 + я 3 знак равно я N знак равно 0. {\ displaystyle I_ {1} + I_ {2} + I_ {3} = I _ {\ text {N}} = 0.}

Дельта (Δ)

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

V 12 знак равно V 1 — V 2 знак равно ( V LN ∠ 0 ∘ ) — ( V LN ∠ — 120 ∘ ) знак равно 3 V LN ∠ 30 ∘ знак равно 3 V 1 ∠ ( ϕ V 1 + 30 ∘ ) , V 23 знак равно V 2 — V 3 знак равно ( V LN ∠ — 120 ∘ ) — ( V LN ∠ 120 ∘ ) знак равно 3 V LN ∠ — 90 ∘ знак равно 3 V 2 ∠ ( ϕ V 2 + 30 ∘ ) , V 31 год знак равно V 3 — V 1 знак равно ( V LN ∠ 120 ∘ ) — ( V LN ∠ 0 ∘ ) знак равно 3 V LN ∠ 150 ∘ знак равно 3 V 3 ∠ ( ϕ V 3 + 30 ∘ ) . {\ circ} — \ theta \ right), \ end {align}}}

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

• I _a = I _ab — I _ca = √ 3  I _ab ∠ − 30 °
• I _b = I _bc — I _ab
• I _c = I _ca — I _bc

• S _3Φ = 3V _фаза I * _фаза

Проверка векторной диаграммы или преобразование из векторной нотации в комплексную показывает, как разница между двумя линейными напряжениями приводит к линейному напряжению, которое больше в √ 3 раза . Поскольку в схеме «треугольник» нагрузка соединяется между фазами трансформатора, она обеспечивает разность фазных напряжений, которая в √ 3 раза превышает напряжение между фазами и нейтралью, подаваемое на нагрузку в конфигурации звездой. Поскольку передаваемая мощность составляет V ² / Z, полное сопротивление в конфигурации треугольника должно быть в 3 раза больше, чем было бы в конфигурации звезды, чтобы та же мощность передавалась.

Однофазные нагрузки

За исключением системы треугольника с высокой ветвью , однофазные нагрузки могут быть подключены к любым двум фазам, или нагрузка может быть подключена от фазы к нейтрали. Распределение однофазных нагрузок между фазами трехфазной системы уравновешивает нагрузку и позволяет наиболее экономично использовать проводники и трансформаторы.

В симметричной трехфазной четырехпроводной системе звезда, три фазных провода имеют одинаковое напряжение относительно нейтрали системы. Напряжение между линейными проводниками в √ 3 раза больше напряжения между фазным проводом и нейтралью:

V LL знак равно 3 V LN . {\ displaystyle V _ {\ text {LL}} = {\ sqrt {3}} V _ {\ text {LN}}.}

Все токи, возвращающиеся от потребителей к трансформатору питания, делятся на нейтральный провод. Если нагрузки равномерно распределены по всем трем фазам, сумма возвратных токов в нулевом проводе будет приблизительно равна нулю. Любая несимметричная фазовая нагрузка на вторичной обмотке трансформатора неэффективно использует мощность трансформатора.

Если нейтраль питания разорвана, напряжение между фазой и нейтралью больше не поддерживается. Фазы с более высокой относительной нагрузкой будут испытывать пониженное напряжение, а фазы с более низкой относительной нагрузкой будут испытывать повышенное напряжение, вплоть до межфазного напряжения.

Высокой ноги дельта обеспечивает фаза-нейтраль отношения V _LL = 2  V _LN   , однако, Л.Н. нагрузка накладывается на одну фазу. На странице производителя трансформатора предполагается, что нагрузка LN не должна превышать 5% от мощности трансформатора.

Поскольку √ 3 ≈ 1,73, определение V _LN как 100% дает V _LL ≈ 100% × 1,73 = 173% . Если V _LL был установлен на 100%, то V _LN ≈ 57,7% .

Несбалансированные нагрузки

Когда токи на трех проводах под напряжением трехфазной системы не равны или не находятся под точным фазовым углом 120 °, потери мощности больше, чем в идеально сбалансированной системе. Для анализа неуравновешенных систем используется метод симметричных компонент .

Нелинейные нагрузки

При линейных нагрузках нейтраль пропускает ток только из-за дисбаланса между фазами. Газоразрядные лампы и устройства, использующие входной каскад выпрямителя и конденсатора, такие как импульсные источники питания , компьютеры, офисное оборудование и т. Д., Создают гармоники третьего порядка , которые синфазны на всех фазах питания. Следовательно, такие гармонические токи складываются в нейтрали в системе звезды (или в заземленном (зигзагообразном) трансформаторе в системе треугольника), что может привести к тому, что ток нейтрали превысит фазный ток.

Трехфазные нагрузки

Важным классом трехфазной нагрузки является электродвигатель . Трехфазный асинхронный двигатель имеет простую конструкцию, изначально высокий пусковой момент и высокую эффективность. Такие двигатели находят широкое применение в промышленности. Трехфазный двигатель компактнее и дешевле, чем однофазный двигатель того же класса напряжения и номинала, а однофазные двигатели переменного тока мощностью более 10   л.с. (7,5 кВт) встречаются редко. Трехфазные двигатели также меньше вибрируют и, следовательно, служат дольше, чем однофазные двигатели той же мощности, используемые в тех же условиях.

Нагрузки резистивного нагрева, такие как электрические котлы или отопление помещений, могут быть подключены к трехфазным системам. Аналогичным образом можно подключить электрическое освещение.

Мерцание на частоте линии в свете вредно для высокоскоростных камер, используемых при трансляции спортивных мероприятий для замедленного воспроизведения. Его можно уменьшить путем равномерного распределения источников света, работающих от линейной частоты, по трем фазам, чтобы освещенная область освещалась всеми тремя фазами. Этот прием успешно применялся на Олимпийских играх 2008 года в Пекине.

Выпрямители могут использовать трехфазный источник для создания шестиимпульсного выхода постоянного тока. Выход таких выпрямителей намного плавнее, чем однофазный выпрямитель, и, в отличие от однофазного, не опускается до нуля между импульсами. Такие выпрямители могут использоваться для зарядки аккумуляторов, процессов электролиза, таких как производство алюминия, или для работы двигателей постоянного тока. «Зигзагообразные» трансформаторы могут производить эквивалент шестифазного двухполупериодного выпрямления, двенадцать импульсов на цикл, и этот метод иногда используется для снижения стоимости фильтрующих компонентов при одновременном улучшении качества получаемого постоянного тока.

Одним из примеров трехфазной нагрузки является электродуговая печь, используемая в сталеплавильном производстве и при переработке руд.

Во многих европейских странах электрические плиты обычно рассчитаны на трехфазное питание. Индивидуальные нагревательные элементы часто подключаются между фазой и нейтралью, чтобы обеспечить подключение к однофазной цепи, если трехфазная сеть недоступна. Другими обычными трехфазными потребителями в бытовой сфере являются безбаквальные системы водяного отопления и накопительные нагреватели . Дома в Европе и Великобритании стандартизированы на номинальное напряжение 230 В между любой фазой и землей. (Существующие источники питания по-прежнему составляют около 240 В в Великобритании и 220 В на большей части континента.) Большинство групп домов питаются от трехфазного уличного трансформатора, так что отдельные помещения с потреблением выше среднего могут получать питание от второго или подключение третьей фазы.

Фазовые преобразователи

Фазовые преобразователи используются, когда трехфазное оборудование необходимо эксплуатировать от однофазного источника питания. Они используются, когда трехфазное питание недоступно или стоимость неоправданна. Такие преобразователи также могут позволять изменять частоту, позволяя регулировать скорость. В некоторых железнодорожных локомотивах используется однофазный источник для привода трехфазных двигателей, питаемых от электронного привода.

Роторный фазовый преобразователь представляет собой трехфазный двигатель со специальными исходными механизмами и коэффициент мощности коррекцией , которая дает сбалансированные трехфазные напряжения. При правильной конструкции эти вращающиеся преобразователи могут обеспечить удовлетворительную работу трехфазного двигателя от однофазного источника. В таком устройстве накопление энергии осуществляется за счет инерции (эффект маховика) вращающихся компонентов. Внешний маховик иногда находится на одном или обоих концах вала.

Трехфазный генератор может приводиться в действие однофазным двигателем. Эта комбинация двигатель-генератор может обеспечивать функцию преобразователя частоты, а также преобразование фазы, но требует двух машин со всеми их затратами и потерями. Метод двигатель-генератор также может формировать источник бесперебойного питания при использовании в сочетании с большим маховиком и двигателем постоянного тока с батарейным питанием; такая комбинация будет обеспечивать почти постоянную мощность по сравнению с временным падением частоты, которое испытывает резервная генераторная установка, пока резервный генератор не сработает.

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

Частотно-регулируемые приводы и цифровые преобразователи фазы используют силовые электронные устройства для синтеза сбалансированного трехфазного источника питания из однофазной входной мощности.

Тестирование

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

Если абсолютная идентичность фаз не требуется, можно использовать приборы для проверки чередования фаз, чтобы определить последовательность чередования за одно наблюдение. Прибор для проверки чередования фаз может содержать миниатюрный трехфазный двигатель, направление вращения которого можно наблюдать непосредственно через корпус прибора. Другой шаблон использует пару ламп и внутреннюю фазосдвигающую схему для отображения чередования фаз. Другой тип прибора может быть подключен к обесточенному трехфазному двигателю и может обнаруживать небольшие напряжения, вызванные остаточным магнетизмом, когда вал двигателя вращается вручную. Лампа или другой индикатор загорается, чтобы показать последовательность напряжений на клеммах для данного направления вращения вала.

Альтернативы трехфазному

Двухфазная электроэнергия

Используется, когда трехфазное питание недоступно, и позволяет удвоить нормальное рабочее напряжение для мощных нагрузок.

Двухфазная электроэнергия

Использует два переменного напряжения с фазовым сдвигом на 90 градусов между ними. Двухфазные цепи могут быть соединены двумя парами проводов, или два провода могут быть объединены, при этом для схемы требуется только три провода. Токи в общем проводе в 1,4 раза превышают ток в отдельных фазах, поэтому общий провод должен быть больше. Двухфазные и трехфазные системы могут быть соединены между собой трансформатором Скотта-Т , изобретенным Чарльзом Ф. Скоттом . Очень ранние машины переменного тока, особенно первые генераторы на Ниагарском водопаде , использовали двухфазную систему, и некоторые оставшиеся двухфазные системы распределения все еще существуют, но трехфазные системы вытеснили двухфазную систему для современных установок.

Моноциклическая мощность

Асимметричная модифицированная двухфазная система питания, используемая General Electric примерно в 1897 году, отстаиваемая Чарльзом Протеем Штайнметцем и Элиху Томсоном . Эта система была разработана, чтобы избежать нарушения патентных прав. В этой системе генератор был намотан с однофазной обмоткой полного напряжения, предназначенной для освещения нагрузок, и с малой долей (обычно 1/4 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

Были построены и испытаны для передачи энергии. Такие линии передачи обычно используют шесть или двенадцать фаз. Линии передачи высокого фазного порядка позволяют передавать чуть меньшую, чем пропорционально большую мощность, через заданный объем без затрат на преобразователь постоянного тока высокого напряжения (HVDC) на каждом конце линии. Однако для них соответственно требуется больше единиц оборудования.

Цветовые коды

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

Смотрите также

Ноты

Рекомендации

внешние ссылки

Значения трехфазного тока в трехфазной или многофазной системе

Разделение значений трехфазного тока в трехфазной системе

Для понимания разделения трехфазного тока в трехфазной системе необходимо отметить следующие моменты. 3-фазная система

1. Символы стрелок, показанные рядом с трехфазным током ( I _R , I _Y и I _B ) на рис. 1 и 2, не указывают на направляет токи в конкретный момент, но показывает текущие направления, когда мы принимаем их положительными.Можно отметить, что не существует момента, в котором направления всех трех фазных токов были одинаковыми, то есть не существует возможного момента, когда все три фазных тока идут или уходят в общую точку одновременно.

Символы стрелок показывают, что первый ток уходит из фазы R , затем через время фазы 120 ° этот ток выходит из фазы Y , а для следующего 120 ° он выходит из фазы B .

2. В любом одном или двух проводниках уходящий ток такой же, как входящий ток в этом проводнике (или проводниках).Другими словами, каждый проводник обеспечивает обратный путь токам других проводников. Таким образом, текущее деление непрерывно меняется в три строки. Следовательно, алгебраическая сумма трех токов равна Ноль (0) в любой момент.

Объяснение трехфазных токов в многофазной системе:

Трехфазные токи, показанные на приведенном выше рисунке, имеют такое же пиковое значение 8A , но смещены друг от друга на 120 ° .

На рисунке выше, в точке «a», значения токов в фазах R и B равны + 4A и направление этих токов наружу, тогда как значение фазы Y составляет -8A. . Это означает, что фазный ток Y обеспечивает обратный путь к фазным токам 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 по пути Y

Таким образом, можно отметить, что хотя распределение тока по трем фазам постоянно изменяется , но в любой момент их алгебраическая сумма мгновенных значений равна нулю ( 0) т.е.

I _R + I _Y + I _B = 0 …………….Алгебраически

Вы также можете прочитать:

Что такое трехфазное питание? (с изображением)

Трехфазное питание — это метод передачи электроэнергии, при котором используются три провода для подачи трех независимых переменных электрических токов. Ток в каждом проводе отличается от других на одну треть полного цикла, причем каждый ток представляет одну фазу. Это означает, что устройство, работающее от источника питания этого типа, получает более стабильный поток электроэнергии, чем от однофазной системы распределения.Некоторые трехфазные системы питания фактически имеют четыре провода; четвертый — нейтральный провод, который позволяет системе использовать более высокое напряжение.

Назначение

Три тока вместе создают сбалансированную нагрузку, что невозможно с однофазным переменным током.В переменном токе (AC) ток меняет направление, протекая взад и вперед по цепи; это означает, что напряжение также меняется, постоянно меняясь от максимального до минимального. Трехфазное питание объединяет три провода для смещения максимальных и минимальных колебаний, так что устройство, получающее этот тип питания, не испытывает таких больших колебаний напряжения. Это делает трехфазное питание очень эффективным способом распределения электроэнергии. Следовательно, трехфазный электродвигатель потребляет меньше электроэнергии и обычно служит дольше, чем однофазный электродвигатель того же напряжения и номинальной мощности.

Истоки

Трехфазный поток энергии начинается на электростанции, где генератор электроэнергии преобразует механическую энергию в переменные электрические токи.После многочисленных преобразований в распределительной и передающей сети мощность преобразуется в стандартное напряжение, подаваемое в дома и на предприятия, 230 вольт в Европе или 120 вольт в Северной Америке. Выход трансформатора обычно подключается к энергосистеме с помощью трех проводов под напряжением, связанных с одним заземленным возвратным током. Это называется звездой.

Приложения

Этот тип системы обычно не обеспечивает электроэнергией жилые дома, но когда это происходит, главный распределительный щит разделяет нагрузку.Большинство бытовых нагрузок используют однофазное питание из-за более низкой стоимости распределения. Трехфазное питание наиболее распространено в промышленных условиях или там, где требуется больше энергии для работы тяжелого оборудования, хотя бывают и исключения.

Бегущие электродвигатели чаще всего используют трехфазное питание.Трехфазный асинхронный двигатель сочетает в себе высокий КПД, простую конструкцию и высокий пусковой момент. Промышленные вентиляторы, воздуходувки, насосы, компрессоры и многие другие виды оборудования обычно используют этот тип электродвигателя. Другие системы, которые могут использовать трехфазное питание, включают оборудование для кондиционирования воздуха, электрические котлы и большие выпрямительные системы, используемые для преобразования переменного тока в постоянный.

В то время как большинство двигателей, работающих от трехфазного питания, довольно большие, есть примеры очень маленьких двигателей, таких как те, которые приводят в действие компьютерные вентиляторы, которые работают на этом типе мощности.Инверторная схема внутри вентилятора преобразует постоянный ток (DC) в трехфазный переменный ток. Это помогает снизить шум, так как крутящий момент трехфазного двигателя очень плавный.

Стандарты

Провода, называемые проводниками, используемые в трехфазной энергосистеме, обычно имеют цветовую кодировку, хотя цвета сильно различаются в зависимости от местоположения, и в большинстве стран есть свои собственные коды.В Северной Америке для обозначения трех фаз традиционно используются черный, красный и синий, например, белый — нейтральный провод. В Европе, напротив, коричневый, черный и серый обозначают фазы, а нейтральный провод синий. Даже с этими национальными стандартами в повседневных приложениях обычно бывает много нарушений. Для тех, кто работает с трехфазным питанием, не рекомендуется делать предположения, не сверившись со схемой для конкретной установки или рассматриваемой системы.

вопросов с несколькими вариантами ответов по трехфазным системам в энергетике

0 из 16 завершенных вопросов

Вопросы:

1. 1
2. 2
3. 3
4. 4
5. 5
6. 6
7. 7
8. 8
9. 9
10. 10
11. 11
12. 12
13. 13
14. 14
15. 15
16. 16

Информация

Трехфазные системы в энергетике MCQ

Вы уже прошли тест раньше.Следовательно, вы не можете запустить его снова.

Вы должны войти в систему или зарегистрироваться, чтобы начать викторину.

Вы должны пройти следующую викторину, чтобы начать эту викторину:

0 из 16 вопросов ответил правильно

Ваше время:

Прошло времени

Вы набрали 0 из 0 баллов, (0)

1. 1
2. 2
3. 3
4. 4
5. 5
6. 6
7. 7
8. 8
9. 9
10. 10
11. 11
12. 12
13. 13
14. 14
15. 15
16. 16

токов короткого замыкания | 3-фазный VS 1-фазный — PAC Basics

Введение

Расчеты короткого замыкания выполняются по нескольким причинам.В исследованиях короткого замыкания обычно используются разные характеристические значения тока короткого замыкания, например рассчитываются пиковый ток короткого замыкания ( i _p ), эквивалентный тепловой ток короткого замыкания ( I _th ) и т. д. Также часто возникает необходимость в расчете различных типов токов короткого замыкания, например: симметричный или несимметричный. В каждом приложении на входе используется разное значение тока короткого замыкания. Например, при расчетах заземления ясно, что входное значение представляет собой ток короткого замыкания между одной линией и землей.Напротив, выбор автоматического выключателя генератора и анализ распространения гармоник требуют значений трехфазного короткого замыкания в качестве входных данных.

Исходя из этих соображений, может быть довольно сложно определить размеры электрических устройств с учетом теплового и динамического воздействия токов короткого замыкания. Для этих целей проектировщику-электрику необходимо использовать максимальные значения токов короткого замыкания. Как правило, значение трехфазного тока короткого замыкания является наивысшим значением. Но так бывает не всегда.Очень важно, чтобы проектировщик электротехники понимал, какое значение тока короткого замыкания следует принять для определения размеров электрических устройств. Основная цель этой статьи — указать на тонкую дилемму выбора правильного значения тока короткого замыкания для определения размеров электрического оборудования. Теоретический вывод сделан на очень простом примере схемы.

Трехфазный ток короткого замыкания

Предположим, что это простая сеть согласно рисунку 1.Импеданс трансформатора на единицу был рассчитан по следующим базовым значениям: S _база = 100 МВА и В _база = 110 кВ.

Трансформатор T1 питает распределительную нагрузку. Предположим далее, что сеть 110 кВ эксплуатируется как глухозаземленная. На рисунке 2 показана эквивалентная схема для случая трехфазного замыкания в точке F:

Трехфазное короткое замыкание является симметричным, поэтому компоненты обратной и нулевой последовательности отсутствуют.Сеть эквивалентной последовательности состоит только из сети прямой последовательности. Решетка на ток короткого замыкания,

, где индекс 1 используется для обозначения положительной последовательности

Расчет тока короткого замыкания даст,

Ток однофазного короткого замыкания

Теперь предположим возникновение однофазного короткого замыкания (одна линия на землю) в точке F. Значение тока короткого замыкания зависит от включения нулевой последовательности трансформатора T1 (который является в зависимости от типа трансформатора и соединения его обмоток).

Рассмотрим трансформатор оболочечного типа. Согласно [2], [3] трансформаторы кожухового типа имеют отношение нулевой последовательности к прямой последовательности в диапазоне X ₀ / X ₁ = 1:10 в зависимости от соединения обмоток трансформатора. Рассмотрим, например, отношение нулевой последовательности к прямой последовательности, X ₀ / X ₁ = 1. Это означает, что полное сопротивление нулевой последовательности трансформатора равно его импедансу прямой последовательности, Z _T0 = Z _T1 .Эквивалентная диаграмма показана на следующем рисунке.

Поскольку все три импеданса последовательности равны, Z _T1 = Z _{T2 = Z T0 , мы можем рассчитать ток короткого замыкания, как показано ниже.}

Величина однофазного тока короткого замыкания в этом случае равна трехфазному току короткого замыкания.

Во втором случае рассмотрим трансформатор с сердечником (T1) с импедансом нулевой последовательности Z _T0 = 0,85 Z _T1 . Решетка на ток короткого замыкания,

В этом случае величина однофазного короткого замыкания больше, чем трехфазный ток короткого замыкания. Такая ситуация может возникнуть в случае «близких» неисправностей на глухозаземленных трансформаторах или заземляющих трансформаторах. Это особенно актуально для трансформаторов со следующими соединениями обмоток:

, где y или z заземлены со стороны низкого напряжения.

В технической литературе можно найти, что токи однофазного короткого замыкания могут в 1,5 раза превышать токи трехфазного короткого замыкания.

В сетях с глухим заземлением электрические устройства должны быть рассчитаны на большее значение тока короткого замыкания.

В незаземленных сетях (изолированных) или в сетях с резонансным заземлением через сопротивление / реактивное сопротивление однофазное короткое замыкание не может произойти (вместо этого в этих сетях происходит замыкание на землю). Следовательно, в этом типе сети значение трехфазного тока короткого замыкания всегда самое высокое.

Список литературы

[1] IEC 60909 — 0: Токи короткого замыкания в трехфазном переменном токе. системы. Часть 0: Расчет токов. Действительно с 1.10.2016.

[2] IEC 60909 — 2: Электрооборудование. Данные для расчета токов короткого замыкания в соответствии с IEC 60909. Действительно с 1.8.2000.

[3] Шлаббах, Дж .: Токи короткого замыкания. Институт электротехники и технологий. Лондон, Великобритания, 2005.

Нравится:

Нравится Загрузка…

Что такое трехфазное питание (и как его получить)?