Трехфазная электроэнергия | Передача электроэнергии

Трехфазная электроэнергия является распространенным способом передачи электроэнергии. Это тип многофазной системы, в основном используемый для питания двигателей и многих других устройств. Трехфазная система использует меньше материала проводника для передачи электроэнергии, чем эквивалентные однофазные, двухфазные или системы постоянного тока при том же напряжении.

Комбинированный набор IDEAL 35-926 Twist-A-Nut

Идеальный тестер вращения трехфазного двигателя

Klein Tools® Тестер напряжения и целостности цепи

В трехфазной системе по трем проводникам цепи текут три переменных тока (одной и той же частоты), которые достигают своих мгновенных пиковых значений в разное время. Принимая один проводник за эталон, 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 каждом цикле тока, а также позволяет создавать вращающееся магнитное поле в электродвигателе.

Трехфазные системы могут иметь или не иметь нейтральный провод. Нейтральный провод позволяет трехфазной системе использовать более высокое напряжение, в то же время поддерживая однофазные приборы с более низким напряжением. В ситуациях распределения высокого напряжения обычно не используется нейтральный провод, поскольку нагрузки могут быть просто подключены между фазами (соединение фаза-фаза).

Три фазы обладают свойствами, которые делают их очень востребованными в системах электроснабжения. Во-первых, фазные токи имеют тенденцию компенсировать друг друга и в сумме равняться нулю в случае линейной сбалансированной нагрузки. Это позволяет исключить нулевой провод на некоторых линиях; все фазные проводники пропускают один и тот же ток и поэтому могут быть одинакового размера для сбалансированной нагрузки. Во-вторых, передача мощности на линейную сбалансированную нагрузку является постоянной, что помогает уменьшить вибрации генератора и двигателя. Наконец, трехфазные системы могут создавать магнитное поле, вращающееся в заданном направлении, что упрощает конструкцию электродвигателей. Третий – это самый низкий фазовый порядок, демонстрирующий все эти свойства.

Большинство бытовых нагрузок являются однофазными. Как правило, трехфазное питание либо вообще не входит в жилые дома, либо там, где оно есть, оно распределяется на главном распределительном щите.

Читайте также:
Как детализировать радикальный терракотовый фасад цвета радуги

На электростанции электрический генератор преобразует механическую энергию в набор переменных электрических токов, по одному от каждой электромагнитной катушки или обмотки генератора. Токи представляют собой синусоидальные функции времени, все с одной и той же частотой, но со смещением во времени, что дает разные фазы. В трехфазной системе фазы расположены на одинаковом расстоянии друг от друга, что дает разделение фаз на одну треть цикла. Частота сети обычно составляет 50 Гц в Азии, Европе, Южной Америке и Австралии и 60 Гц в США и Канаде (но более подробную информацию см. в разделе «Системы сетевого питания»).

Генераторы выдают напряжение от сотен вольт до 30,000 XNUMX вольт. На электростанции трансформаторы «повышают» это напряжение до более пригодного для передачи.

После многочисленных преобразований в сети передачи и распределения мощность окончательно преобразуется в стандартное сетевое напряжение (т.е. «бытовое» напряжение). Возможно, в этот момент мощность уже была разделена на одну фазу или она все еще может быть трехфазной. Там, где понижающее напряжение трехфазное, выход этого трансформатора обычно соединен звездой со стандартным сетевым напряжением (3 В в Северной Америке и 120 В в Европе и Австралии), являющимся фазно-нейтральным напряжением. Другая система, обычно встречающаяся в Северной Америке, состоит в том, чтобы иметь вторичную обмотку, соединенную треугольником, с центральным отводом на одной из обмоток, питающих землю и нейтраль. Это позволяет использовать трехфазное напряжение 230 В, а также три различных однофазных напряжения (240 В между двумя фазами и нейтралью, 120 В между третьей фазой (известной как верхняя ветвь) и нейтралью и 208 В между любыми двумя фазами). быть доступным из того же источника.

Однофазные нагрузки

Коробки для неметаллических корпусов

Коробки для неметаллических корпусов

Коробка FSR404 4×4

Набор инструментов техника черного ящика

В большом оборудовании для кондиционирования воздуха и т. д. используются трехфазные двигатели из соображений эффективности, экономичности и долговечности.

К трехфазным системам можно подключать резистивные нагревательные нагрузки, такие как электрические котлы или отопление помещений. Аналогичным образом может быть подключено электрическое освещение. Эти типы нагрузок не требуют вращающегося магнитного поля, характерного для трехфазных двигателей, но используют преимущества более высокого уровня напряжения и мощности, обычно связанные с трехфазным распределением. Системы люминесцентного освещения также выигрывают от уменьшения мерцания, если соседние светильники питаются от разных фаз.

Читайте также:
Распространенные проблемы с электрической розеткой (или розеткой)

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

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

В большей части Европы печи рассчитаны на трехфазное питание. Обычно отдельные нагревательные элементы подключаются между фазой и нейтралью, чтобы можно было подключиться к однофазному источнику питания. Во многих регионах Европы однофазное питание является единственным доступным источником.

Комплекты биметаллических коронок

Интеллектуальный гибочный станок Greenlee 855GX™

IDEAL Twister® 341® Соединитель желтовато-коричневого провода

Преобразователи фазы

Иногда преимущества трехфазных двигателей делают целесообразным преобразование однофазной мощности в трехфазную. Мелкие потребители, такие как жилые дома или фермы, могут не иметь доступа к трехфазному электроснабжению или могут не захотеть платить за дополнительную стоимость трехфазного обслуживания, но все же могут захотеть использовать трехфазное оборудование. Такие преобразователи могут также позволять изменять частоту, позволяя регулировать скорость. Некоторые локомотивы переходят на многофазные двигатели, приводимые в действие такими системами, даже несмотря на то, что входящее питание локомотива почти всегда является либо постоянным, либо однофазным переменным током.

Поскольку однофазная мощность падает до нуля в каждый момент, когда напряжение пересекает ноль, а трехфазная подает мощность непрерывно, любой такой преобразователь должен иметь способ хранения энергии в течение необходимой доли секунды.

Одним из методов использования трехфазного оборудования с однофазным питанием является использование вращающегося преобразователя фаз, по сути, трехфазного двигателя со специальными пусковыми устройствами и коррекцией коэффициента мощности, который обеспечивает сбалансированное трехфазное напряжение. При правильной конструкции эти вращающиеся преобразователи могут обеспечить удовлетворительную работу трехфазного оборудования, такого как станки, от однофазной сети. В таком устройстве накопление энергии осуществляется за счет механической инерции (эффект маховика) вращающихся компонентов. Внешний маховик иногда находится на одном или обоих концах вала.

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

Читайте также:
15 элегантных идей цветной рождественской елки

Другой метод, который часто пытаются использовать, – это устройство, называемое статическим преобразователем фазы. Этот метод запуска трехфазного оборудования обычно используется с двигателями, хотя он обеспечивает только 2/3 мощности и может привести к перегреву двигателей, а в некоторых случаях и к перегреву. Этот метод не работает, когда задействованы чувствительные схемы, такие как устройства с ЧПУ, а также нагрузки индукционного и выпрямительного типа.

Изготавливаются устройства, создающие из трехпроводных однофазных источников питания имитацию трехфазного. Это делается путем создания третьей «подфазы» между двумя проводниками под напряжением, в результате чего фазовое разделение составляет 180° – 90° = 90°. Многие трехфазные устройства будут работать в этой конфигурации, но с меньшей эффективностью.

Преобразователи частоты (также известные как полупроводниковые инверторы) используются для обеспечения точного управления скоростью и крутящим моментом трехфазных двигателей. Некоторые модели могут питаться от однофазного источника питания. ЧРП работают, преобразовывая напряжение питания в постоянный ток, а затем преобразуя постоянный ток в подходящий трехфазный источник для двигателя.

Цифровые фазовые преобразователи — это недавняя разработка в технологии фазовых преобразователей, в которой используется программное обеспечение в мощном микропроцессоре для управления полупроводниковыми силовыми коммутационными компонентами. Этот микропроцессор, называемый цифровым сигнальным процессором (DSP), контролирует процесс фазового преобразования, постоянно регулируя входные и выходные модули преобразователя для поддержания сбалансированной трехфазной мощности при любых условиях нагрузки.

Анализатор качества электроэнергии PowerSight PS4500

Катушки для хранения шнура и кабеля для тяжелых условий эксплуатации — 200–425 футов

Альтернативы трехфазному

  • Трехпроводное однофазное распределение полезно, когда трехфазное питание недоступно, и позволяет удвоить нормальное рабочее напряжение для мощных нагрузок.
  • Двухфазное питание, как и трехфазное, обеспечивает постоянную передачу мощности на линейную нагрузку. Для нагрузок, которые соединяют каждую фазу с нейтралью, при условии, что нагрузка имеет одинаковую потребляемую мощность, двухпроводная система имеет ток нейтрали, который больше, чем ток нейтрали в трехфазной системе. Кроме того, двигатели не являются полностью линейными, а это означает, что, несмотря на теорию, двигатели, работающие от трех фаз, имеют тенденцию работать более плавно, чем двигатели, работающие от двух фаз. Генераторы на Ниагарском водопаде, установленные в 1895 году, были самыми большими генераторами в мире в то время и представляли собой двухфазные машины. Настоящее двухфазное распределение электроэнергии по существу устарело. Системы специального назначения могут использовать для управления двухфазную систему. Двухфазная мощность может быть получена из трехфазной системы с использованием трансформаторов, называемых трансформатором Скотта-Т.
  • Моноциклическая мощность это название асимметричной модифицированной двухфазной системы питания, использовавшейся General Electric примерно в 1897 году (поддерживаемой Чарльзом Протеусом Стейнметцем и Элиху Томсоном; как сообщается, это использование было предпринято, чтобы избежать нарушения патентных прав). В этой системе генератор был намотан с однофазной обмоткой полного напряжения, предназначенной для осветительных нагрузок, и с малой (обычно ¼ линейного напряжения) обмоткой, вырабатывающей напряжение в квадратуре с основными обмотками. Намерение состояло в том, чтобы использовать эту дополнительную обмотку «провода питания» для обеспечения пускового момента для асинхронных двигателей, а основная обмотка обеспечивает питание для осветительных нагрузок. После истечения срока действия патентов Вестингауза на симметричные двухфазные и трехфазные системы распределения электроэнергии моноциклическая система вышла из употребления; его было трудно анализировать, и он длился недостаточно долго, чтобы можно было разработать удовлетворительный учет энергии.
  • Были построены и испытаны системы с высоким порядком фаз для передачи энергии. Такие линии электропередачи используют 6 или 12 фаз и методы проектирования, характерные для линий электропередачи сверхвысокого напряжения. Линии передачи с высоким порядком фаз могут обеспечивать передачу большей мощности по данной линии передачи в полосе отчуждения без затрат на преобразователь постоянного тока высокого напряжения на каждом конце линии.
Читайте также:
Объяснение водяного отопления Oasis - Форум iRV2

Многофазная система – это средство распределения электроэнергии переменного тока. Многофазные системы имеют три или более электрических проводника под напряжением, по которым текут переменные токи с определенным временным сдвигом между волнами напряжения в каждом проводнике. Многофазные системы особенно полезны для передачи мощности на электродвигатели. Наиболее распространенным примером является трехфазная система питания, используемая в большинстве промышленных приложений.

Один цикл напряжения трехфазной системы

На заре коммерческой электроэнергетики в некоторых установках для двигателей использовались двухфазные четырехпроводные системы. Главное их преимущество заключалось в том, что конфигурация обмотки была такой же, как и у однофазного двигателя с конденсаторным пуском, а при использовании четырехпроводной системы концептуально фазы были независимыми и легко анализировались с помощью математических инструментов, доступных в то время. . Двухфазные системы были заменены трехфазными системами. Двухфазное питание с углом между фазами 90 градусов может быть получено из трехфазной системы с использованием трансформатора Скотта.

Многофазная система должна обеспечивать определенное направление вращения фаз, поэтому напряжения зеркального отражения не учитываются при определении порядка фаз. Трехпроводная система с двумя фазными проводами, расположенными на 3 градусов друг от друга, по-прежнему является только однофазной. Такие системы иногда называют расщепленными фазами.

Двигатели

Многофазная мощность особенно полезна в двигателях переменного тока, таких как асинхронные двигатели, где она генерирует вращающееся магнитное поле. Когда трехфазное питание завершает один полный цикл, магнитное поле двухполюсного двигателя поворачивается на 360 ° в физическом пространстве; двигателям с большим количеством пар полюсов требуется больше циклов подачи питания, чтобы совершить один физический оборот магнитного поля, и поэтому эти двигатели работают медленнее. Никола Тесла и Михаил Доливо-Добровольский изобрели первые практические асинхронные двигатели, использующие вращающееся магнитное поле – ранее все коммерческие двигатели были постоянного тока, с дорогими коммутаторами, требующими обслуживания щетками и характеристиками, непригодными для работы в сети переменного тока. Многофазные двигатели просты в конструкции, самозапускающиеся и маловибрирующие.

Высший фазовый порядок

Использовались более высокие номера фаз, чем три. Обычная практика для выпрямительных установок и преобразователей HVDC состоит в том, чтобы обеспечить шесть фаз с шагом 60 градусов, чтобы уменьшить генерацию гармоник в системе питания переменного тока и обеспечить более плавный постоянный ток. Были построены экспериментальные линии передачи высокого фазового порядка с числом фаз до 12. Это позволяет применять правила проектирования сверхвысокого напряжения (EHV) при более низких напряжениях и позволит увеличить передачу мощности при той же ширине коридора линии электропередачи.

Читайте также:
Руководство по покупке газонокосилки: какой тип газонокосилки подойдет вам

Однофазные нагрузки в многофазной системе

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

В Северной Америке жилые многоквартирные дома могут иметь распределение 120 вольт (линия к нейтрали) и 208 вольт (линия к линии). Крупные однофазные приборы, такие как духовки или варочные панели, предназначенные для двухфазной системы на 240 В, обычно используемые в односемейных домах, могут плохо работать при подключении к напряжению 208 В; отопительные приборы будут развивать только 3/4 своей номинальной мощности, а электродвигатели будут работать некорректно при на 13% меньшем приложенном напряжении.

3-фазное питание: определение, типы и функции

Трехфазное питание является распространенным методом производства, передачи и распределения электроэнергии переменного тока. Это тип многофазной системы, который является наиболее распространенным методом, используемым электрическими сетями во всем мире для передачи электроэнергии. Он также используется для питания больших электродвигателей и других тяжелых фазных нагрузок. 3-проводная 3-фазная цепь обычно более экономична, чем эквивалентная 3-проводная.

Как работает трехфазное питание

Коммунальные электростанции вырабатывают трехфазную электроэнергию, используя пар высокого давления и пар низкого давления для вращения больших турбин, называемых генераторами. Трансформаторы, соединенные треугольником, повышают напряжение, а затем распределяются в виде высоковольтной трехфазной мощности, которая затем выходит из электростанции в энергосистему.

Как Safe Electric достигает 100%-го уровня выпуска и удержания с помощью цифровых путей обучения Interplay

Высоковольтные линии электропередач распределяют 3-х фазную мощность потребителям, останавливаясь на распределительных станциях. Это централизованные распределительные устройства в точке использования с целью преобразования 3-фазной передачи высокого напряжения в 3-фазную передачу среднего напряжения. Среднее напряжение является подходящим напряжением для промышленных установок, хотя для жилых и коммерческих зданий требуется преобразование в более низкое напряжение.

Читайте также:
5 главных тенденций каминов на 2022 год - EcoSmart Fire

Типы трехфазного питания

Электротехническому персоналу важно понимать взаимосвязь между трансформатором, подключенным по схеме «треугольник» и «звезда». Трансформаторы предназначены для изоляции и повышения напряжения (или понижения напряжения в зависимости от применения). Обычно они конфигурируются как треугольник или звезда.

Распределение — конфигурация «треугольник» и «звезда»

Альтернативная схема трансформатора, найденная в США, называется Delta. Он получил свое название, потому что похож на греческий символ Дельта, который похож на треугольник.

Дельта обычно используется для трехфазной передачи и промышленных предприятий. Звезда обычно используется для трехфазного электроснабжения коммерческих бытовых услуг и однофазного (3 фаза из 3) питания для входов в жилые дома.

В отличие от конфигурации «звезда», которая отходит от общей нейтрали, все три фазы соединяются с головы до пят. Дельта обычно не заземлена и не имеет нейтрали. Описанное как фаза к фазе, номинальное напряжение обычно составляет 240 вольт.

Добавленная конфигурация с центральным отводом означает, что одна из фаз и нейтраль образуют две ветви с напряжением 120 В. Третье доступное напряжение 208 вольт называется «высокой ветвью» и обозначается (обычно) оранжевым цветом.

Конфигурация Delta: четырехпроводная

Межфазные напряжения составляют 240 вольт, 208 вольт и 120 вольт. Это может быть желательно для некоторых коммерческих и промышленных зданий. В то время как большое разнообразие офисного оборудования и инструментов работает от 120 вольт, более мощные приборы, такие как промышленные осветительные приборы, требуют 240 вольт и 208 вольт.

Электротехник должен хорошо разбираться в практической теории и национальных электротехнических нормах, чтобы выполнять установку и техническое обслуживание трансформаторов. Часто от него/нее требуется настроить подключение трансформатора к треугольнику/звезде или треугольнику/треугольнику, звезде/звезде или звезде/треугольнику.

Звезда настроена: четырехпроводная

Соединение звездой напоминает букву Y, также известную как звезда. Обычное напряжение питания составляет 120 В/208 В, 3-фазная конфигурация «звезда». 120 вольт измеряется от каждой фазы до напряжения нейтрали (нейтральный провод имеет отвод от центра) и 208 вольт измеряется между фазами.

Конфигурация «звезда» обычно используется для питания 3-фазных 4-проводных служебных входов, таких как коммерческие здания. Однофазные служебные входы в жилые помещения являются производными от одной из трех фаз, сконфигурированных звездой.

Читайте также:
Как отполировать мраморные столешницы пищевой содой

Трехфазное номинальное низкое напряжение 3 вольт/120 вольт и 208 вольт/277 вольт, соединенное звездой, обычно доступно для коммерческих и небольших промышленных зданий. 480 вольт используется в основном для освещения коммерческих офисов, а 277 вольт используется для питания больших систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Уай Потребительское Поставка

3-фазная мощность звезды может быть преобразована в более низкое напряжение. Как правило, основной источник питания для коммерческих зданий способствует экономии затрат за счет конфигурирования звездой 120/208 вольт, распределяемых от щита к фидерам и ответвленным цепям.

Звезда универсальна с точки зрения доступного напряжения в зависимости от требований к электрооборудованию и электропитанию. Все 3 фазы могут питать двигательную нагрузку 208 В, промышленный водонагреватель на 208 В и 120 фазу на 1 В на нейтраль для стандартных розеток, приборов и офисного оборудования.

3-фазное питание против однофазного питания

Трехфазное питание является основным видом электроэнергии на наших предприятиях и фабриках. Вот заметные различия между однофазным и трехфазным:

  • По сравнению с однофазным питанием, трехфазное питание имеет более высокий коэффициент мощности, большую эффективность и требует меньшего тока для того же количества энергии. Он также требует меньших проводов, поэтому он дешевле.
  • 3 фазы более эффективны для передачи при одинаковом пиковом напряжении между проводниками и одинаковом токе в каждом проводнике.
  • 3 фазы обеспечивают в три раза больше мощности, в полтора раза больше меди. Три провода вместо двух удваивают полезность каждого фунта меди или алюминия на больших расстояниях, что обеспечивает значительную экономию средств.
  • 3-х фазное питание трансформируется в однофазное на вершине столба, трансформаторы и трансформаторы для подземных потребителей обслуживают ближайшие подъезды к нашим домам.

Обучение более сильной рабочей силы

Электрики, работающие над новым строительством, реконструкцией, техническим обслуживанием и ремонтом, должны иметь квалификацию (QP), как указано в OSHA и NFPA 70E. Кроме того, они должны соответствовать местным и государственным лицензионным требованиям. Для рабочей среды типично классифицировать выполняемую работу, и требуется анализ рисков на основе NFPA 70E.

Независимо от того, ищите ли вы карьеру электрика в жилых или коммерческих помещениях, 3-фазное питание является частью теории электричества и связано с практическим опытом, жизненно важным для основы вашей общей базы знаний. Курсы Interplay Learning SkillMill с разработанными видео для инструкторов от экспертов, проверками знаний и моделированием по основным темам — отличное место для начала.

Читайте также:
Как подключить розетку и добавить электрическую розетку (DIY) | Семейный Разнорабочий

Interplay Learning Electric Expert

Чад — эксперт Interplay по электрике и мастер-электрик. Чад развивался как профессионал в области электротехники на протяжении всей своей карьеры, начав с ремонта/электропроводки от домов до установок обеспечения качества/ввода в эксплуатацию, оттачивая свои навыки во всех аспектах торговли электрооборудованием на этом пути. Он сменил свою карьеру на жилых, коммерческих и промышленных объектах, а в 2012 году еще больше расширил свою миссию по обучению на протяжении всей жизни, став инструктором по электротехнике. Он продолжил этот путь в качестве разработчика онлайн-курсов и твердо привержен принципам электробезопасности и обоснованным теориям обучения взрослых.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: