Trofazni sistem napajanja - poseban slučaj višefazni sistemi električna kola, u kojem je stvoreno zajednički izvor sinusoidna emf istu frekvenciju, pomaknuti jedno u odnosu na drugo u vremenu za određeni fazni ugao. IN trofazni sistem ovaj ugao je 2π/3 (120°).
Višežilni (šestožični) trofazni sistem naizmjenične struje izumio je Nikola Tesla. Značajan doprinos razvoju trofaznih sistema dao je M. O. Dolivo-Dobrovolsky, koji je prvi predložio tro- i četvorožične prenosne sisteme naizmenične struje, identifikovao niz prednosti trofaznih sistema niske provodljivosti u odnosu na druge sistema, te proveo niz eksperimenata sa asinhronim elektromotorom.
Animirana slika toka struja u simetričnom trofaznom kolu sa spojem zvijezda
Vektorski dijagram faznih struja. Simetrični način rada.
Prednosti
Moguća shema ožičenja za trofaznu mrežu u višestambenim zgradama
- Ekonomičan.
- Isplativ prijenos električne energije na velike udaljenosti.
- Manja potrošnja materijala 3-faznih transformatora.
- Manja potrošnja materijala kod energetskih kablova, jer se sa istom potrošnjom struje smanjuju struje u fazama (u odnosu na jednofazna kola).
- Balans sistema. Ovo svojstvo je jedno od najvažnijih, jer u neuravnoteženom sistemu dolazi do neravnomjernog mehaničkog opterećenja na instalaciji za proizvodnju energije, što značajno smanjuje njen vijek trajanja.
- Prilika lako primanje kružno rotiranje magnetsko polje, neophodan za rad elektromotora i niza drugih električnih uređaja. 3-fazni motori (asinhroni i sinhroni) su jednostavniji od motora jednosmerna struja, jednofazni ili 2-fazni, i imaju visoke pokazatelje efikasnosti.
- Mogućnost dobijanja dva radna napona u jednoj instalaciji - faznog i linearnog, i dva nivoa snage kada su spojeni na zvijezdu ili trougao.
- Prilika naglo smanjenje treperenje i stroboskopski efekat sijalica koje koriste fluorescentne lampe postavljanjem tri lampe (ili grupe lampi) koje se napajaju iz različitih faza u jednu lampu.
Zahvaljujući ovim prednostima, trofazni sistemi su najčešći u modernoj proizvodnji električne energije.
Šeme povezivanja za trofazna kola
Star
Postojeći tipovi mrežne naponske zaštite koji se mogu naći u prodaji u trgovinama elektrotehnike. Po potrebi savremenim standardima, montaža se odvija na DIN šinu.
Zvezdasta veza je takva veza kada su krajevi faza namotaja generatora (G) povezani u jednu zajedničku tačku, koja se naziva neutralna tačka ili neutralan. Krajevi faza namotaja prijemnika (M) također su spojeni na zajedničku točku. Zovu se žice koje povezuju početak faza generatora i prijemnika linearno. Žica koja povezuje dva neutralna elementa naziva se neutralna.
Sabirnice za distribuciju neutralnih žica i žica za uzemljenje kada su spojene zvijezdom. Jedna od prednosti zvjezdanog povezivanja je ušteda na neutralnoj žici, jer je potrebna samo jedna žica od generatora do točke razdvajanja neutralne žice u blizini potrošača.
Trofazni krug s neutralnom žicom naziva se četverožilni krug. Ako nema neutralne žice, trožičnu.
Ako su otpori Z a , Z b , Z c prijemnika jednaki jedan drugom, onda se takvo opterećenje naziva simetrično.
Odnos linearnih i faznih struja i napona.
Napon između linijske žice i nule (U a, U b, U c) naziva se faza. Napon između dvije linijske žice (U AB, U BC, U CA) naziva se linearno. Za spajanje namotaja sa zvijezdom, kada simetrično opterećenje, odnos između linearnih i faznih struja i napona je važeći:
Posljedice pregaranja (prekidanja) neutralne žice u trofaznim mrežama
Sa simetričnim opterećenjem u trofaznom sistemu, napajanje potrošača linearnim naponom moguće je čak iu odsustvu neutralne žice. Međutim, kada se opterećenje napaja faznim naponom, kada opterećenje na fazama nije striktno simetrično, prisustvo neutralne žice je obavezno. Ako se pokvari ili dođe do značajnog povećanja otpora (lošog kontakta), dolazi do takozvane „fazne neravnoteže“, zbog čega priključeno opterećenje, projektovano za fazni napon, može biti pod proizvoljnim naponom u rasponu od nule. na linearnu (specifična vrijednost ovisi o raspodjeli opterećenja po fazama u trenutku loma neutralne žice). To je često razlog zašto potrošačka elektronika u stambenim zgradama ne uspijeva. Pošto otpor potrošača ostaje konstantan, tada će, prema Ohmovom zakonu, kako se napon povećava, struja koja prolazi kroz potrošački uređaj bit će mnogo veća od maksimalne dozvoljena vrednost, što će uzrokovati sagorijevanje i/ili kvar električne opreme na napajanje. Nizak napon također može uzrokovati kvar opreme. Ponekad pregorevanje (prekid) neutralne žice na trafostanici može izazvati požar u stanovima.
Problem harmonika, višekratnika terce
Moderna tehnologija je sve više opremljena impulsnim napajanjem. Preklopni izvor bez korektora faktora snage troši struju u uskim impulsima blizu vrha sinusnog vala napona napajanja, u trenutku punjenja ulaznog ispravljačkog kondenzatora. Veliki broj Takvi izvori napajanja u mreži stvaraju povećanu struju trećeg harmonika napona napajanja. Harmonične struje koje su višekratne trećine, umjesto međusobne kompenzacije, matematički se sabiraju u neutralnom vodiču (čak i sa simetričnom raspodjelom opterećenja) i mogu dovesti do njegovog preopterećenja čak i bez prekoračenja dozvoljene potrošnje energije po fazama. Ovaj problem postoji, posebno, u poslovnim zgradama sa veliki iznos simultano rukovanje kancelarijskom opremom.
Postojeće instalacije kompenzacije jalove snage nisu u mogućnosti riješiti ovaj problem, budući da je smanjen faktor snage u mrežama sa prevlašću pulsni izvori napajanje nije povezano sa uvođenjem reaktivne komponente, već je zbog nelinearnosti potrošnje struje. Rješenje problema trećeg harmonika je korištenje korektora faktora snage (pasivnog ili aktivnog) kao dijela sklopa proizvedenih prekidačkih izvora napajanja.
Zahtjevi standarda IEC 1000-3-2 nameću ograničenja na harmonijske komponente struje opterećenja uređaja snage 50 W ili više. U Rusiji je broj harmonijskih komponenti struje opterećenja standardiziran standardima GOST 13109-97, OST 45.188-2001.
Trougao
Trougao je veza kada je kraj prve faze povezan sa početkom druge faze, kraj druge faze je povezan sa početkom treće, a kraj treće faze povezan je sa početkom prvi.
Odnos linearnih i faznih struja i napona
Za spajanje namotaja u trokut, sa simetričnim opterećenjem, vrijedi odnos između linearnih i faznih struja i napona:
Zajednički standardi napona
Označavanje
Dirigenti koji pripadaju različite faze, označen različitim bojama. Različite boje Nulti i zaštitni provodnici su takođe označeni. Ovo treba da obezbedi odgovarajuću zaštitu od strujnog udara i da olakša održavanje, instalaciju i popravku električnih instalacija i električna oprema. IN različite zemlje Oznake vodiča imaju svoje razlike. Međutim, mnoge zemlje se pridržavaju opšti principi označavanje provodnika u boji prema standardu Međunarodne elektrotehničke komisije IEC 60445:2010.
Trofazni dvokružni vod |
Trenutno najrasprostranjeniji u cijelom svijetu trofazni AC sistem.
Trofazni sistem električnih kola oni nazivaju sistem koji se sastoji od tri kola u kojima postoje naizmjenične emfs iste frekvencije, pomjerene u fazi jedna u odnosu na drugu za 1/3 perioda (φ = 2π /3). Svako pojedinačno kolo takvog sistema ukratko se zove njegova faza, a sistem od tri faze pomaknut naizmenične struje u takvim kolima se jednostavno nazivaju trofazna struja.
Gotovo svi generatori instalirani u našim elektranama su generatori trofazna struja . U suštini, svaki takav generator je spoj u jednoj električnoj mašini od tri generatora naizmjenične struje, dizajniranih tako da se inducirani u njima pomjeraju jedan u odnosu na drugi za jednu trećinu perioda, kao što je prikazano na sl. 1.
Rice. 1. Grafovi EMF inducirane u namotajima armature generatora trofazne struje u funkciji vremena
Kako je takav generator implementiran može se lako razumjeti iz dijagrama na Sl. 2.
Rice. 2. Tri para nezavisnih žica spojenih na tri armature trofaznog strujnog generatora napajaju rasvjetnu mrežu
Na statoru električne mašine nalaze se tri nezavisne armature koje su pomerene za 1/3 kruga (120 o). U središtu električne mašine rotira se induktor zajednički za sve armature, prikazan na dijagramu kao .
Svaki kalem ima istu frekvenciju, ali momenti prolaska ovih EMF-a kroz nulu (ili kroz maksimum) u svakom od zavojnica bit će pomjereni za 1/3 perioda u odnosu jedan na drugi, jer induktor prolazi pored svake zavojnice 1 /3 perioda kasnije od prethodnog.
Svaki namotaj trofaznog generatora je nezavisni strujni generator i izvor električna energija. Povezivanjem žica na krajeve svakog od njih, kao što je prikazano na sl. 2, dobili bismo tri nezavisna kola, od kojih bi svaki mogao napajati određene električne prijemnike, na primjer.
U ovom slučaju, šest žica bi bilo potrebno da prenesu svu energiju koja se apsorbuje. Međutim, moguće je spojiti namote trofaznog strujnog generatora jedni s drugima na način da možete proći s četiri ili čak tri žice, odnosno značajno uštedjeti ožičenje.
Prva od ovih metoda se zove zvezda veza(Sl. 3).
Rice. 3. Četvorožični sistem ožičenja pri povezivanju trofaznog generatora sa zvijezdom. Opterećenja (grupe električne lampe I, II, III) napajaju se faznim naponima.
Stezaljke namotaja 1, 2, 3 nazvat ćemo počecima, a terminale 1", 2", 3" - krajevima odgovarajućih faza.
Zvezdasta veza je da krajeve svih namota spojimo u jednu tačku generatora, koja se zove nulta tačka ili neutralna, a generator spojimo sa prijemnicima električne energije sa četiri žice: tri tzv. linijske žice, koji dolazi od početka namotaja 1, 2, 3 i neutralna ili neutralna žica, koji dolazi iz nulte tačke generatora. Ovaj sistem ožičenja se zove četvorožični.
Napon između nulte tačke i početka svake faze se naziva fazni naponi, a naponi između početaka namotaja, odnosno tačaka 1 i 2, 2 i 3, 3 i 1, nazivaju se linearnim. Fazni naponi se obično označavaju U1, U2, U3 ili opšti pogled U f, i linearni naponi - U12, U23, U31, ili općenito U l.
Između amplituda ili efektivne vrednosti pri povezivanju namotaja generatora sa zvijezdom postoji relacija U l =√3 U f ≈ 1,73 U f
Tako, na primjer, ako je fazni napon generatora U f = 220 V, onda kada su namoti generatora povezani sa zvijezdom, linearni napon U l je 380 V.
U slučaju ujednačenog opterećenja na sve tri faze generatora, tj. sa približno jednakim strujama u svakoj od njih, struja u neutralnoj žici jednak nuli . Stoga, u ovom slučaju, možete eliminirati neutralnu žicu i prijeći na još ekonomičniji trožični sistem. Sva opterećenja su povezana između odgovarajućih parova linearnih žica.
Kod asimetričnog opterećenja struja u neutralnoj žici nije nula, ali je, općenito govoreći, slabija od struje u linearnim žicama. Stoga, neutralna žica može biti tanja od linearnih žica.
Prilikom rada trofazne naizmjenične struje nastoje da opterećenje različitih faza bude što jednakije. Stoga, na primjer, prilikom instaliranja rasvjetne mreže velika kuća kod četverožilnog sistema, neutralna žica i jedna od linearnih žica se uvode u svaki stan na način da u prosjeku svaka faza nosi približno isto opterećenje.
Drugi način povezivanja namotaja generatora, koji također omogućava trožilno ožičenje, je trostruka veza prikazana na sl. 4.
Rice. 4. Dijagram povezivanja namotaja trofaznog generatora sa trouglom
Ovdje je kraj svakog namota povezan s početkom sljedećeg, tako da formiraju zatvoreni trokut, a žice linije su spojene na vrhove ovog trokuta - tačke 1, 2 i 3. U trokutnoj vezi, linijski napon generatora jednak je njegovom faznom naponu: U l = U f.
dakle, prebacivanje namotaja generatora sa zvijezde na trokut dovodi do smanjenja mrežnog napona za √3 ≈ 1,73 puta. Trokut priključak je također dopušten samo sa istim ili gotovo identičnim faznim opterećenjem. Inače će struja u zatvorenom krugu namotaja biti prejaka, što je opasno za generator.
Pri korištenju trofazne struje, pojedinačni prijemnici (opterećenja), napajani odvojenim parovima žica, mogu se povezati i zvijezdom, odnosno tako da je jedan kraj njih spojen u zajedničku tačku, a preostala tri slobodna krajevi su spojeni na linearne žice mreže, odnosno trougao, odnosno tako da su sva opterećenja povezana u seriju i formiraju zajedničko kolo, na tačke 1, 2, 3 na koje su spojene žice linearne mreže.
Na sl. Na slici 5 prikazano je zvjezdasto spajanje opterećenja sa trožilnim sistemom ožičenja, a na Sl. 6 - sa četvorožilnim sistemom ožičenja (u ovom slučaju, zajednička tačka svih opterećenja je povezana na neutralnu žicu).
Rice. 7. Delta veza tereta sa trožilnim sistemom ožičenja
U praksi je važno imati na umu sljedeće. Prilikom spajanja tereta sa trouglom, svako opterećenje je pod linearnim naponom, a kada se povezuje sa zvijezdom, svako opterećenje je pod naponom, u√3 puta manji. Za slučaj četvorožičnog sistema to je jasno iz Sl. 6. Ali isto se dešava u slučaju trožilnog sistema (slika 5).
Između svakog para linearnih napona, dva opterećenja su povezana u seriju, struje u kojima su pomerene u fazi za 2π /3. Napon na svakom opterećenju jednak je odgovarajućem mrežnom naponu podijeljenom sa√3 .
Dakle, pri prebacivanju opterećenja sa zvijezde na trokut, napon na svakom opterećenju, a time i struja u njemu, raste za√3
≈
1,73 puta. Ako je, na primjer, linearni napon trožilne mreže bio 380 V, tada će kada je spojen zvijezdom (Sl. 5) napon na svakom opterećenju biti jednak 220 V, a kada je spojen trouglom (Sl. 7) biće jednako 380 V.
Prilikom pripreme članka korišteni su podaci iz udžbenika fizike koji je uredio G. S. Landsberg.
Trofazni napon je sistem električno napajanje, gdje se koriste tri fazne linije, sa faznim pomakom od 120 stepeni. To osigurava ujednačene uvjete za mnoge primjene i povećava efikasnost.
Pojava koncepta trofaznog napona
Otac troje dece fazni napon Oni smatraju Dolivo-Dobrovolskog u Rusiji i Nikolu Teslu u ostatku svijeta. Događaji koji se odnose na doba nastanka predmeta spora odvijali su se 80-ih godina 19. stoljeća. Nikola Tesla je demonstrirao prvi dvofazni motor dok je radio za kompaniju u kojoj se razvijao električne instalacije za razne namjene. Zanimanje za fenomen elektrifikacije krzna domaćih mačaka dovelo je naučnika do velikih otkrića. Šetajući parkom sa prijateljem, Nikola Tesla je shvatio da će moći da primeni u praksi Aragovu teoriju rotacionog magnetnog polja, a za to će mu trebati:
- Dvije faze.
- Pomak između njih je pod uglom od 90 stepeni.
Da bismo pokazali veliki značaj otkrića, napominjemo da je transformator Yablochkov u određeno vrijeme nije stekao masovnu slavu, a Faradejevi eksperimenti s magnetskom indukcijom su sigurno zaboravljeni, samo je zapisana formula zakona. Svet nije želeo da zna za:
- naizmjenična struja;
- faza;
- reaktivna snaga.
Generatori (alternatori) i dinamo ispravljali su napon pomoću mehaničkog komutatora. Na sličan način cijela elektroprivreda, u to vrijeme oskudna, je klonula. Edison je tek počeo da izmišlja; niko još nije znao za to. Inače, u Ruskoj Federaciji vjeruju da je uređaj izmislio Lodygin.
Teslina ideja je izgledala revolucionarno; ostalo je nepoznato kako dobiti dvije faze sa datim međufaznim pomakom. Mladog naučnika to pitanje nije zanimalo. Čitao je o reverzibilnosti električne mašine i odisao je samopouzdanjem da može lako napraviti generator tako što će rasporediti namotaje u skladu s tim. Nije bilo poteškoća sa vožnjom. Početkom 80-ih aktivno se koristila para, demonstracioni model je trebao pokretati dinamo.
Tesla nije imao namjeru da dobije određenu frekvenciju. Nije provedeno nikakvo istraživanje, jednostavno je bilo potrebno natjerati rotor da se okreće. Ideja je realizovana kroz klizne prstenove. U to vrijeme, brušeni DC motori su bili opremljeni sličnim kontaktima; Teslin zaključak nije iznenađujući. Zanimljivije je objasniti izbor broja faza.
Prednost tri faze
eksperimentatori glasno tvrde prednost tri faze u odnosu na dvije, ali je potrebno objašnjenje. Odmah mi padaju na pamet misli o efikasnosti, obrtnom momentu itd. Ali Tesla je nacrtao stotine dizajna u svojoj bilježnici, očito bi mogao urediti stupove kako bi postigao potrebnih parametara. Zaključak je da dizajn uređaja nije bitan.
Sada se napon od 380 V prenosi kroz samo tri žice. To se nije moglo postići u originalnoj verziji Nikole Tesle. Godine 1883. Edison je uložio mnogo truda pokušavajući da koristi trožilnu žicu. Očigledno je čuo za demonstracije koje je organizovao Nikola Tesla i shvatio opasnost situacije. U civilizovanom svetu, glavni profit ide vlasniku patenta; zašto bi poznati pronalazač izveo sposobnog inženjera?
Edisonova logika je jednostavna: korisnici će uvidjeti da su trožilni kablovi jeftiniji od četverožilnih, te će odbiti da koriste nove proizvode Nikole Tesle. Lako je pretpostaviti da je lukavi plan izumitelja postolja za žarulje sa žarnom niti nije uspio. I to sa praskom. A greška je bila... Dolivo-Dobrovolsky. Sistem Nikole Tesle zahtevao je četiri žice za stvaranje dve faze. U isto vrijeme, Dolivo-Dobrovolsky je predložio prijenos više energije kroz tri.
Poenta je ovdje u simetriji. Linearni naponi od 380 V ostavljaju mogućnost izbora u svakom trenutku. Na primjer, struja iz prve faze može teći u drugu ili treću. U zavisnosti od prisustva odgovarajućeg potencijala. Rezultat je balans. Ako kombinujete dve faze sistema Nikole Tesle, dobijate vinaigret. Kao rezultat toga, dopušteno je uklanjanje neutralnog elementa u sistemu Dolivo-Dobrovolsky ako je opterećenje simetrično - kao što se često događa u praksi.
Kao rezultat, dobija se veći napon između žica, što smanjuje struju koja prolazi kroz svaku pri istoj snazi. Štaviše, ponekad je moguće koristiti samo tri linije, što se odnosi na većinu preduzeća. Prednosti su također očigledne pri stvaranju lokalnih trafostanica: neutralni dio sekundarnog namota je odmah uzemljen, nema potrebe za povlačenjem dodatna žica iz hidroelektrane. Navedeni razlozi postale su prednosti trofaznih naponskih mreža koje su danas dominantne. Tesla žice se lako mogu nadograditi na tri faze.
Razlog Edisonovog gubitka
Često postoji mišljenje da se Teslin sistem pokazao boljim, pa je Edison izgubio. Teško je reći koliko je ovaj drugi izgubio, ali je po savremenim standardima prevario Nikolu za 4,5 miliona dolara. Inflacija! Autori su skloni vjerovati da je Edison uspio. Nikola Tesla je uspeo da dokaže prednosti jednosmerne struje. Na primjer, potonji je manje sklon koroni na žicama; amplituda ne sadrži oštre prenapone.
Danas je dokazano da je isplativije prenositi jednosmjernu struju na velike udaljenosti. Ovo isključuje iz razmatranja reaktansa mreže - induktivnost i kapacitivnost. Što značajno smanjuje nestabilnost reaktivna snaga. 21. vek je sposoban da postane drugo rođenje jednosmerne struje za njeno prenošenje na velike udaljenosti. Ali Edisonova nesposobnost da prenese energiju izaziva smeh. Tesla je imao pravo pomoći, tada bi se DC uređaji danas koristili ravnopravno sa potrošačima naizmjenične struje. Za komutatorske motore ovo je bolje - efikasnost i obrtni moment se povećavaju.
Ispostavilo se da je korisno prenositi jednosmjernu struju. Edison jednostavno nije mogao pronaći ispravna odluka, pokušao da preuzme zadatak glavom bez zarona u pozadinu. Edison je bio čisti praktičar i nije znao kako pronaći tako pametna rješenja kao što su pretvarači. Ali svi generatori iz sredine 19. veka imali su ugrađeni komutator za ispravljanje. Ostalo je samo spojiti ga na liniju i izvršiti konverziju na prijemnoj strani. To je sve! Nikola je sjajno kaznio Edisona, dokazujući prisustvo u svetu određene sile koja kontroliše tok istorije.
naizmjenična struja je odabrana zbog dostupnosti moćnog načina prijenosa. Govorimo o transformatoru. Ovaj suštinski element prvi je dizajnirao 1831. (ili ranije) Michael Faraday moderna tehnologija ostao bez zaslužene pažnje. Heinrich Ruhmkorff je vratio interesovanje za uređaj petnaest godina kasnije, koristeći dinamo za stvaranje pražnjenja u iskrističnom razmaku. Pojačavajući transformator uvelike je pojačao efekat. Ovo je direktno otvorilo put naučnicima da sprovode eksperimente, ali suština transformacije nije dobila pažnju koju zaslužuje.
Umjesto toga, naučnici su ustrajali u radu na jednosmjernoj struji. Stvaranjem motora, rasvjetnih uređaja i generatora za to. Iznenađujuće je, znajući za reverzibilnost električnih mašina, nisu shvatili kako da naprave unipolarni motor, koji se danas koristi u ručnim mikserima i blenderima. Zapravo motori upotrebu u domaćinstvu jednofazni. I samo mali dio radi na jednosmjernu struju.
Istaknimo implicitnu prednost. DC ima višu sigurnosnu granicu. Čini se da je moguće industrijske mreže bezopasan za ljude. Razmotrimo izjavu detaljnije; argumenti nisu očigledni neiskusnom čitaocu.
Zašto je DC sigurniji
Iskusni električari kažu da strujni udar od 220 V nije previše opasan, glavna stvar je da se ne uhvatite u trofazni linearni napon. Viši je za otprilike korijen od tri puta(unutar 1.7). Linearni je napon između dvije faze. Zbog pomaka između njih od 120 stepeni, dobija se ovaj zanimljiv efekat. Neupućeni ljudi pitaju koja je razlika sa pomakom od 90 stepeni. Odgovor je dat na početku - tri faze čine simetričan sistem. Uz pomak od 90, bilo bi potrebno četiri.
Kao rezultat, svaki linijski napon se napaja jedan po jedan pol, što uvelike pojednostavljuje njihovu reprodukciju kada je potrebno postići velike snage. Na primjer, kod vučnih motora parobroda, gdje je potrebno mijenjati silu izuzetno glatko i potrebno je koristiti rotacije osovine. Dešava se da tri ili čak šest stubova nisu dovoljni. Samo komutatorski motor Dva usisivača su dovoljna.
Dakle, između faza je 308 V. Izgleda sigurno ako povećate frekvenciju dalekovoda na 700 Hz. Tesla je otkrio da se od navedene vrijednosti efekt kože jasno očituje, struja ne prodire duboko u tijelo. Stoga ne uzrokuje značajnu štetu ljudima. Naučnik je demonstrirao jezike munje na tijelu na mnogo većim naponima i rekao da je to dobro za zdravlje i čisti kožu.
Frekvencija od 700 Hz (ili više) nije puštena u upotrebu - istovremeno su se gubici transformatora značajno povećali. U vrijeme donošenja odluke o rejtingu prve hidroelektrane na izmjeničnu struju nije bilo pomaka u proizvodnji elektromaterijala. Predlažemo da više pročitate u temi. Nema potrebe za dupliranjem informacija. Zbog nedostatka potrebnih materijala, gubici pri preokretu magnetizacije su se značajno povećavali sa povećanjem frekvencije. Danas to ne izaziva poteškoće na tehnološkom nivou.
Pojavljuje se poteškoća - oklop. U godinama prvih pokušaja prenosa energije zračenje nije bilo poznato. Radio je svoje prve korake napravio 90-ih godina 19. vijeka. U stvari, povećanje frekvencije je praćeno naglim povećanjem oslobađanja energije u svemir. A žice su trebale biti zaštićene, ovo je skupo i zahtijeva moćne dielektrike. Nije činjenica da moderne mreže mogao bi riješiti problem.
Tesla je predložio prenošenje energije kroz etar. Zašto je Wardenclyffe sagradio toranj? Ali... pokazalo se da su industrijalci zainteresovani za prodaju bakra za proizvodnju žica i na osnovu toga su odbili da finansiraju naučnika. No, najvažnije je da dolazi vrijeme kada će trofazni napon nestati u zaborav ili će se dobiti iz pretvarača, a sam Tesla će dati odgovor kako to učiniti.
Tačnije, odgovor će dati brojni patenti i ideje pronalazača. Nije uzalud što su zapisi odmah nakon smrti naučnika oduzeti i pažljivo klasifikovani. Preporučujemo da počnete sa učenjem. Vrijeme je da sanjate da će automobili voziti biljno ulje bez zagađivanja okruženje odvratan dim i isparenja. Imajte na umu da sve tajne leže na površini i čekaju one koji žele da ih otkriju. Možda će neko od čitalaca to moći prvi?
U električnoj opremi stambenih stambenih zgrada, kao iu privatnom sektoru, koriste se trofazne i jednofazne mreže. U početku, električna mreža dolazi od elektrane sa tri faze, a najčešće se trofazna mreža priključuje na stambene zgrade. Dalje ima grane u zasebne faze. Ova metoda se koristi za stvaranje najefikasnijeg prijenosa električne struje od elektrane do odredišta, kao i za smanjenje gubitaka tokom transporta.
Da biste odredili broj faza u vašem stanu, samo otvorite razvodnu ploču koja se nalazi na podestu, ili direktno u stanu, i pogledajte koliko žica ulazi u stan. Ako je mreža jednofazna, tada će biti 2 žice -. Druga moguća treća žica je uzemljenje.
Trofazne mreže u stanovima se rijetko koriste, u slučajevima kada su priključene stare trofazne električne peći ili moćna opterećenja u obliku kružne pile ili uređaja za grijanje. Broj faza se također može odrediti ulaznim naponom. U 1-faznoj mreži napon je 220 volti, u 3-faznoj mreži između faze i nule je također 220 volti, između 2 faze je 380 volti.
Razlike
Ako ne uzmemo u obzir razliku u broju mrežnih žica i dijagramu povezivanja, onda možemo odrediti još neke karakteristike koje imaju trofazne i jednofazne mreže.
- U slučaju trofaznog napajanja moguća je neravnoteža faza zbog neravnomjerne raspodjele faza opterećenja. Snažan grijač ili peć može se spojiti na jednu fazu, a TV i veš mašina. Tada dolazi do ovog negativnog efekta, praćenog asimetrijom napona i struja u fazama, što dovodi do kvarova. kućni aparati. Da bi se spriječili takvi faktori, potrebno je prethodno rasporediti opterećenje po fazama prije polaganja žica električne mreže.
- Trofazna mreža zahtijeva više kablova, vodiča i prekidača, što znači gotovina Ne možete uštedjeti previše.
- Mogućnosti napajanja jednofazne kućne mreže su znatno manje od onih u trofaznoj mreži. Ako planirate koristiti nekoliko moćnih potrošača i kućanskih uređaja, električnih alata, onda je poželjno da kuću ili stan napajate trofaznim napajanjem.
- Glavna prednost 3-fazne mreže je nizak pad napona u poređenju sa 1-faznom mrežom, pod uslovom da je snaga ista. To se može objasniti činjenicom da je u 3-faznoj mreži struja u faznom vodiču tri puta manja nego u 1-faznoj mreži, a na vodiču uopće nema struje.
Prednosti jednofazne mreže
Glavna prednost je ekonomičnost njegove upotrebe. Takve mreže koriste trožilne kablove, u poređenju sa petožilnim kablovima u 3-faznim mrežama. Za zaštitu opreme u 1-faznim mrežama potrebno je imati jednopolne zaštitne prekidače, dok u 3-faznim mrežama ne možete bez tropolnih prekidača.
S tim u vezi, dimenzije zaštitnih uređaja također će se značajno razlikovati. Čak i na jednom električna mašina Već postoji ušteda dva modula. A što se tiče dimenzija, to je oko 36 mm, što će značajno uticati na postavljanje mašina. A tokom instalacije, ušteda prostora bit će više od 100 mm.
Trofazne i jednofazne mreže za privatnu kuću
Potrošnja električne energije stanovništva u stalnom je porastu. Sredinom prošlog stoljeća u privatnim kućama bilo je relativno malo kućanskih aparata. Danas je slika u tom pogledu potpuno drugačija. Potrošači energije u kućanstvima u privatnim kućama se množe skokovima i granicama. Dakle, u vašem privatnom vlasništvu više se ne postavlja pitanje koje mreže za napajanje odabrati za spajanje. Najčešće se u privatnim zgradama postavljaju elektroenergetske mreže sa tri faze i od jednofazna mreža odbiti.
Ali da li je trofazna mreža vrijedna takve vrhunske instalacije? Mnogi ljudi vjeruju da će povezivanjem tri faze biti moguće koristiti veliki broj uređaja. Ali to ne uspije uvijek. Maksimalna dozvoljena snaga je određena u tehničkim uslovima za priključenje. Obično je ovaj parametar 15 kW za cijelo privatno domaćinstvo. U slučaju jednofazne mreže, ovaj parametar je približno isti. Stoga je jasno da nema posebne koristi u smislu moći.
Ali, mora se imati na umu da ako trofazne i jednofazne mreže imaju jednaku snagu, onda se može koristiti za 3-faznu mrežu, budući da su snaga i struja raspoređeni po svim fazama, stoga je manje opterećenja na pojedinačni fazni provodnici. Nazivna struja prekidača za 3-faznu mrežu također će biti niža.
Veličina je od velike važnosti, koja će za 3-faznu mrežu biti znatno veća. To zavisi od veličine trofaznog, koji ima veće dimenzije od monofaznog, a ulazna mašina će takođe zauzimati više prostora. Stoga će se razvodna ploča za trofaznu mrežu sastojati od nekoliko slojeva, što je nedostatak ove mreže.
Ali trofazno napajanje ima i svoje prednosti, koje se ogledaju u činjenici da se prijemnici trofazne struje mogu spojiti. Mogli bi biti drugi moćni uređaji, što je prednost trofazne mreže. Radni napon 3-fazne mreže je 380 V, što je više nego kod jednofazne mreže, što znači da će se više pažnje morati posvetiti pitanjima električne sigurnosti. Isto važi i za sigurnost od požara.
Nedostaci trofazne mreže za privatnu kuću
Kao rezultat toga, može se identificirati nekoliko nedostataka korištenja trofazne mreže za privatnu kuću:
- Potrebno je pribaviti tehničke uslove i dozvolu za priključenje mreže iz napajanja.
- Postoji povećan rizik od strujnog udara, kao i opasnost od požara zbog povećanog napona.
- Značajno dimenzije centrala za napajanje. Za vlasnike seoskih kuća ne postoji takav nedostatak od velikog značaja jer imaju dovoljno prostora.
- Potrebna je instalacija u obliku modula na ulaznoj ploči. U trofaznoj mreži ovo je posebno tačno.
Prednosti trofaznog napajanja za privatne kuće
- Moguće je ravnomjerno rasporediti opterećenje na faze kako bi se izbjegla neravnoteža faza.
- Na mrežu se mogu priključiti moćni trofazni potrošači energije. Ovo je najopipljivija prednost.
- Smanjenje nazivnih vrijednosti zaštitnih uređaja na ulazu, kao i smanjenje ulaza.
- U mnogim slučajevima moguće je dobiti dozvolu od kompanije za prodaju energije za povećanje dozvoljenog maksimalnog nivoa potrošnje električne energije.
Kao rezultat toga, možemo zaključiti da se praktično uvođenje trofazne mreže za napajanje preporučuje za privatne zgrade i kuće sa stambenom površinom većom od 100 m2. Trofazno napajanje je posebno pogodno za one vlasnike koji će ugraditi kružnu pilu, kotao za grijanje ili razne pogonske mehanizme sa trofaznim elektromotorima.
Ostali vlasnici privatnih kuća ne moraju prijeći na trofazno napajanje, jer to može samo stvoriti dodatne probleme.
Fazni i linijski napon, veza zvijezda i trokut. Ove riječi često možete čuti u razgovorima profesionalnih električara. Ali ni svaki električar ne zna njihovo tačno značenje. Dakle, šta znače ovi pojmovi? Pokušajmo to shvatiti.
U zoru razvoja elektrotehnike, energija električnih generatora i baterija prenosila se do potrošača preko DC mreža. U SAD je glavni apologet ove ideje bio čuveni pronalazač Tomas Edison, a najveće energetske kompanije tog vremena, potčinivši se autoritetu „inženjerskog giganta“, bespogovorno su je sprovodile.
Međutim, kada se postavilo pitanje o stvaranju opsežne električne mreže potrošača, napajanih a velika udaljenost generator, koji je zahtevao izradu prvog dalekovoda, pobedio je projekat tada nepoznatog srpskog emigranta Nikole Tesle.
On je radikalno promijenio samu ideju sistema napajanja, koristeći umjesto konstantnog generatora i električni vodovi naizmjenična struja. što je omogućilo značajno smanjenje gubitaka energije, potrošnju materijala i povećanje energetske efikasnosti.
Ovaj sistem je koristio Teslin trofazni generator naizmjeničnu struju, a prijenos energije vršio se pomoću naponskih transformatora koje je izumio ruski naučnik P. N. Yablochkov.
Još jedan ruski inženjer M. O. Dolivo-Dobrovolsky godinu dana kasnije ne samo da je stvorio sličan sistem snabdijevanje električnom energijom u Rusiji, ali ga i značajno poboljšalo.
Tesla je koristio šest žica za generiranje i prijenos energije; Dobrovolsky je predložio da se ovaj broj smanji na četiri modifikacijom veze generatora.
Dok je eksperimentisao sa stvaranjem generatora, istovremeno je izumio asinhroni elektromotor sa kaveznim rotorom, koji se još uvijek široko koristi u industriji.
Koncept faze postoji samo u sinusoidnim krugovima naizmjenične struje. Matematički, takva struja se može predstaviti i opisati jednadžbama rotacionog vektora, fiksiranog na jednom kraju na početku koordinata. Promjena napona kola tokom vremena će biti projekcija ovog vektora na koordinatnu osu.
Vrijednost ove veličine ovisi o kutu pod kojim se vektor nalazi prema koordinatnoj osi. Strogo govoreći, vektorski ugao je faza.
Vrijednost napona se mjeri u odnosu na potencijal zemlje, koji je uvijek nula. Stoga se žica u kojoj postoji napon naizmjenične struje naziva faza, a druga, uzemljena, naziva se nula.
Fazni ugao jednog vektora nije od velike praktične važnosti - in električne mreže Pravi punu rotaciju od 360° za 1/50 sekunde. Mnogo korisniji je relativni ugao između dva vektora.
U krugovima sa takozvanim reaktivnim elementima: zavojnicama, kondenzatorima, formira se između vektora vrijednosti napona i struje. Ovaj ugao se naziva fazni pomak.
Ako vrijednosti reaktivna opterećenja ne mijenjaju se tokom vremena, tada će fazni pomak između struje i napona biti konstantan. I uz njegovu pomoć možete analizirati i izračunati električne krugove.
U 19. vijeku, kada još nije postojala naučna teorija elektriciteta, a sav razvoj nove opreme se provodio eksperimentalno, eksperimentatori su primijetili da zavojnica žice koja se rotira u konstantnom magnetskom polju stvara električni napon na svojim krajevima.
Tada se pokazalo da se mijenja prema sinusoidnom zakonu. Ako namotate zavojnicu od više zavoja, napon će se proporcionalno povećati. Tako su se pojavili prvi električni generatori koji su potrošačima mogli da obezbede električnu energiju.
Tesla u generatoru koji se razvija za hidroelektranu Niagara, tada najveću u Sjedinjenim Državama, za više efektivna upotreba magnetno polje, u njega nije postavljen jedan kalem, već tri.
Tokom jednog okretaja rotora, magnetsko polje statora prešlo je sa tri zavojnice odjednom, zbog čega se izlaz generatora povećao za korijen tri puta i iz njega je bilo moguće istovremeno napajati tri različita potrošača.
Eksperimentirajući s takvim generatorima, prvi inženjeri elektrotehnike primijetili su da se naponi u namotajima ne mijenjaju istovremeno. Kada, na primjer, u jednom od njih dostigne pozitivan maksimum, u druga dva će biti jednak polovini negativnog minimuma, i tako periodično za svaki namotaj, a za matematički opis takvog sistema već je bilo potrebno sistem od tri rotirajući vektori sa relativnim uglom između njih od 120°.
Kasnije se ispostavilo da ako su se opterećenja u krugovima namota međusobno jako razlikovala, to je značajno pogoršalo rad samog generatora. Ispostavilo se da je u velikim, opsežnim mrežama isplativije ne vući tri različite linije dalekovode, ali na njih spojiti jedan trofazni i na kraju osigurati ravnomjernu raspodjelu opterećenja po svakoj fazi.
Upravo je to shema koju je predložio Dolivo-Dobrovolsky, kada je jedan terminal iz svakog od tri namota generatora spojen zajedno i uzemljen, zbog čega njihov potencijal postaje isti i jednak nuli, a električni naponi uklanjaju se sa ostala tri terminala namotaja.
Ova šema se zove "veza zvijezda". To je i dalje glavna shema za organiziranje trofaznih električnih mreža.
Hajde da shvatimo koji je fazni napon
Za stvaranje takvih mreža potrebno je voditi dalekovod od generatora do potrošača koji se sastoji od tri fazne žice i jedne neutralne žice. Naravno, u stvarne mreže Da bi se smanjili gubici u žicama, na oba kraja vodova se povezuju i transformatori za povećanje i smanjenje, ali to ne mijenja stvarnu sliku rada mreže.
Neutralna žica je potrebna za fiksiranje potencijala koji se prenosi na potrošača opšti zaključak generator, jer se u odnosu na njega stvara napon u svakoj faznoj žici.
Tako se fazni napon stvara i mjeri u odnosu na zajedničku tačku spajanja namotaja - neutralnu žicu. U dobro izbalansiranoj trofaznoj mreži, kroz neutralnu žicu teče minimalna struja.
Na izlazu trofaznog dalekovoda postoje tri fazne žice: L1, L2, L3 i jedna neutralna - N. Prema postojećim evropskim standardima, moraju imati oznake boja:
- L1 - braon;
- L2 - crna;
- L3 - siva;
- N - plava;
- Žuto-zelena za zaštitno uzemljenje.
Ovakvi vodovi se napajaju velikim ozbiljnim potrošačima: preduzećima, gradskim naseljima itd. Ali krajnji potrošači male snage, po pravilu, ne trebaju tri izvora napona, pa su priključeni na jednofazne mreže, gdje postoji samo jedna faza. i jednu neutralnu žicu.
Ravnomjerna raspodjela opterećenja u svakoj od tri jednofazne linije osigurava ravnotežu faza u trofaznom sistemu napajanja.
Dakle, za organiziranje jednofaznih mreža koristi se napon jedne od faznih žica u odnosu na nulu. Ovaj napon se naziva fazni napon.
Prema standardu usvojenom u većini zemalja za krajnje potrošače, trebao bi biti 220 V. Gotovo sva električna oprema za kućanstvo je proračunata i proizvedena za to. U SAD-u i nekim zemljama Latinske Amerike standardni napon za jednofazne mreže je 127 V, a ponegdje 110 V.
Šta je linijski napon
Prednost jednofazne mreže je što jedna od žica ima potencijal blizak potencijalu Zemlje.
Ovo, prvo, pomaže da se osigura električna sigurnost opreme kada samo jedna fazna žica predstavlja opasnost od strujnog udara.
Drugo, takva je shema pogodna za ožičenje mreža, izračunavanje i razumijevanje njihovog rada i mjerenja. Dakle, da biste pronašli faznu žicu, nije vam potrebna posebna merni instrumenti, dovoljno je imati indikatorski odvijač.
Ali iz trofaznih mreža možete dobiti još jedan napon ako povežete opterećenje između dvije fazne žice. On će biti veći po vrijednosti od faznog napona, jer će biti projekcija na osu koordinata ne jednog vektora, već dva, smještena pod uglom od 120° jedan prema drugom.
Ova “makeweight” će dati povećanje od približno 73%, ili √3–1. Prema postojećem standardu, linearni napon u trofaznoj mreži trebao bi biti jednak 380 V.
Koja je glavna razlika između ovih napona
Ako na takvu mrežu povežete odgovarajuće opterećenje, npr. trofazni elektromotor, on će dati mehanička snaga, znatno veći od monofaznog iste veličine i težine. Ali trofazno opterećenje možete spojiti na dva načina. Jedna je, kao što je već spomenuto, “zvijezda”.
Ako početni terminali sva tri namota generatora ili linearnog transformatora nisu povezani zajedno, već je svaki od njih spojen na završni terminal sljedećeg, stvarajući serijski lanac od namotaja, takva veza se naziva "trokut". ”.
Njegova posebnost je nepostojanje neutralne žice, a za spajanje na takve mreže potrebna vam je odgovarajuća trofazna oprema, čija su opterećenja također povezana "trokutom".
Sa ovom vezom, na opterećenje se primjenjuju samo mrežni naponi od 380 V. Jedan primjer: električni motor priključen na trofazna mreža prema krugu "zvijezda", sa strujom u namotajima od 3,3 A, razvijat će snagu od 2190 W.
Isti motor, uključen u delta, bit će tri puta jači - 5570 W zbog povećanja struje na 10 A.
Ispada da, imajući trofaznu mrežu i isti elektromotor, možemo dobiti znatno veći dobitak u snazi nego kada koristimo jednofazne, a jednostavnom promjenom dijagrama povezivanja povećat ćemo izlazna snaga motor još tri puta. Istina, njegovi namoti također moraju biti dizajnirani za povećanu struju.
Dakle, glavna razlika između dva tipa napona u AC mrežama, kako smo saznali, je veličina linijskog napona, koji je 3 puta veći od faznog napona. Veličina faznog napona se uzima kao apsolutna vrijednost razlike potencijala između fazne žice i Zemlje. Linijski napon je relativna vrijednost razlika potencijala između dvije fazne žice.
Pa, na kraju članka su dva videa o vezi sa zvijezdom i trouglom, za one koji žele detaljnije razumjeti.
