Trofazni sustav napajanja - poseban slučaj višefazni sustavi električni krugovi, u kojem je stvoreno zajednički izvor sinusoidalni EMF istu frekvenciju, međusobno pomaknuti u vremenu za određeni fazni kut . NA trofazni sustav ovaj kut je 2π/3 (120°).
Višežilni (šesterožilni) trofazni izmjenični sustav izumio je Nikola Tesla. Značajan doprinos razvoju trofaznih sustava dao je M. O. Dolivo-Dobrovolsky, koji je prvi predložio trožilne i četverožične sustave prijenosa izmjenične struje, otkrio niz prednosti niskožičnih trofaznih sustava u odnosu na druge sustave. , te proveo niz eksperimenata s asinkronim elektromotorom.
Animirana slika toka struje u simetričnom trofaznom krugu spojenom u zvijezdu
Vektorski dijagram faznih struja. simetrični način.
Prednosti
Moguća shema ožičenja trofazne mreže u višestambenim stambenim zgradama
- Profitabilnost.
- Isplativi prijenos električne energije na velike udaljenosti.
- Manja potrošnja materijala 3-faznih transformatora.
- Manja potrošnja materijala energetskih kabela, budući da se uz istu potrošnju struje smanjuju struje u fazama (u usporedbi s jednofaznim krugovima).
- Ravnoteža sustava. Ovo svojstvo je jedno od najvažnijih, jer u neuravnoteženom sustavu dolazi do neravnomjernog mehaničkog opterećenja agregata, što značajno smanjuje njegov vijek trajanja.
- Mogućnost jednostavno primanje kružno rotirajući magnetsko polje neophodni za rad elektromotora i niza drugih električnih uređaja. Trofazni motori (asinkroni i sinkroni) jednostavniji su od motora istosmjerna struja, jednofazni ili dvofazni, i imaju visoke stope učinkovitosti.
- Mogućnost dobivanja u jednoj instalaciji dva radna napona - fazni i linearni, te dvije razine snage pri spajanju na "zvijezdu" ili "trokut".
- Mogućnost oštro smanjenje treperenje i stroboskopski učinak svjetiljki na fluorescentnim svjetiljkama postavljanjem u jedno rasvjetno tijelo triju žarulja (ili skupine žarulja) napajanih različitim fazama.
Zbog ovih prednosti, trofazni sustavi su najčešći u današnjoj elektroprivredi.
Dijagrami spajanja trofaznih krugova
Zvijezda
Postojeće vrste mrežnih naponskih zaštita koje se mogu naći u prodaji u trgovinama elektrotehnikom. Po potrebi modernim standardima, instalacija se odvija na DIN šinu.
Zvijezda je takav spoj kada su krajevi faza namota generatora (G) spojeni u jednu zajedničku točku, koja se naziva neutralna točka ili neutralan. Krajevi faza namota prijemnika (M) također su spojeni na zajedničku točku. Pozivaju se žice koje povezuju početak faza generatora i prijemnika linearni. Žica koja spaja dva neutralna naziva se neutralna.
Sabirnice za distribuciju neutralnih žica i žica za uzemljenje kada su spojene u zvijezdu. Jedna od prednosti spajanja u zvijezdu je ušteda na neutralnoj žici, budući da je potrebna samo jedna žica od generatora do točke odvajanja neutralne žice u blizini potrošača.
Trofazni krug s neutralnom žicom naziva se četverožilni krug. Ako nema neutralne žice - trožilni.
Ako su otpori Z a, Z b, Z c prijemnika međusobno jednaki, tada se takvo opterećenje naziva simetričan.
Odnos linearnih i faznih struja i napona.
Napon između linijske žice i neutralne (U a, U b, U c) naziva se faza. Napon između dvije linijske žice (U AB, U BC, U CA) naziva se linearni. Za spajanje namota sa zvijezdom, sa simetrično opterećenje, vrijedi odnos linearne i fazne struje i napona:
Posljedice izgaranja (prekida) neutralne žice u trofaznim mrežama
Uz simetrično opterećenje u trofaznom sustavu, opskrba potrošača linearnim naponom moguća je čak iu nedostatku neutralne žice. Međutim, pri opskrbi opterećenja faznim naponom, kada opterećenje na fazama nije strogo simetrično, prisutnost neutralne žice je obavezna. Kada se prekine ili značajno poveća otpor (loš kontakt), takozvani " fazna neravnoteža", Kao rezultat čega priključeno opterećenje, dizajnirano za fazni napon, može biti pod proizvoljnim naponom u rasponu od nule do linearnog (određena vrijednost ovisi o raspodjeli opterećenja po fazama u trenutku prekida neutralne žice). To je često uzrok kvara potrošačke elektronike u stambenim zgradama. Budući da otpor potrošača ostaje konstantan, tada će, prema Ohmovom zakonu, s povećanjem napona struja koja prolazi kroz potrošački uređaj biti mnogo veća od maksimalne dopuštena vrijednost, što će uzrokovati izgaranje i/ili kvar električne opreme koja se napaja. Nizak napon također može uzrokovati kvar opreme. Ponekad izgaranje (prekid) neutralne žice na trafostanici može izazvati požar u stanovima.
Problem harmonika koji su višekratnici terce
Suvremena tehnologija sve je više opremljena pulsnom mrežom. Preklopni izvor bez korektora faktora snage povlači struju u uskim impulsima blizu vrha sinusnog vala opskrbnog napona, u trenutku punjenja kondenzatora ulaznog ispravljača. Veliki broj ovakva napajanja u mreži stvara povećanu struju trećeg harmonika opskrbnog napona. Harmonijske struje koje su višestruke trećine, umjesto međusobne kompenzacije, matematički se zbrajaju u neutralnom vodiču (čak i uz simetričnu raspodjelu opterećenja) i mogu dovesti do njegovog preopterećenja čak i bez prekoračenja dopuštene potrošnje energije po fazama. Ovaj problem postoji posebno u poslovnim zgradama sa velika količina istovremeno radna uredska oprema.
Postojeće instalacije za kompenzaciju jalove snage nisu u mogućnosti to riješiti ovaj problem, budući da je smanjenje faktora snage u mrežama s prevlašću od izvori impulsa napajanje nije povezano s uvođenjem reaktivne komponente, već je to zbog nelinearnosti potrošnje struje. Rješenje problema trećeg harmonika je korištenje korektora faktora snage (pasivnog ili aktivnog) u sklopu strujnog kruga proizvedenih sklopnih izvora napajanja.
Zahtjevi IEC 1000-3-2 ograničavaju harmoničke komponente struje opterećenja za uređaje snage 50 W ili više. U Rusiji je broj harmonijskih komponenti struje opterećenja standardiziran prema standardima GOST 13109-97, OST 45.188-2001.
Trokut
Trokut je takav spoj kada se kraj prve faze povezuje s početkom druge faze, kraj druge faze s početkom treće, a kraj treće faze s početkom treće faze. prvi.
Odnos linijskih i faznih struja i napona
Za spajanje namota u trokut, sa simetričnim opterećenjem, vrijedi odnos između linearnih i faznih struja i napona:
Zajednički standardi napona
Obilježava
Dirigenti koji pripadaju različite faze označeni su različitim bojama. različite boje također označiti neutralni i zaštitni vodič. Ovo se radi kako bi se osigurala odgovarajuća zaštita od strujnog udara, kao i kako bi se olakšalo održavanje, postavljanje i popravak električnih instalacija i električna oprema. NA različite zemlje označavanje vodiča ima svoje razlike. Međutim, mnoge zemlje slijede generalni principi označavanje vodiča bojom prema standardu Međunarodne elektrotehničke komisije IEC 60445:2010.
Trofazni dvokružni dalekovod |
Trenutno je najrašireniji u svijetu trofazni AC sustav.
Trofazni sustav električnog kruga zove se sustav koji se sastoji od tri kruga u kojima djeluju varijable, EMF iste frekvencije, pomaknute u fazi jedna u odnosu na drugu za 1/3 perioda (φ \u003d 2π / 3). Svaki pojedini krug takvog sustava ukratko nazivamo svojom fazom, a sustav od tri fazno pomaknutom izmjenične struje u takvim se lancima jednostavno zovu trofazna struja.
Gotovo svi generatori ugrađeni u naše elektrane su generatori trofazna struja . U biti, svaki takav generator je veza u jednom električnom stroju triju generatora izmjenične struje, dizajniranih na takav način da su inducirani u njima međusobno pomaknuti za jednu trećinu perioda, kao što je prikazano na sl. jedan.
Riža. 1. Grafikoni vremenske ovisnosti EMF inducirane u namotima armature generatora trofazne struje
Kako je implementiran takav generator lako je razumjeti iz kruga na sl. 2.
Riža. 2. Tri para neovisnih žica spojenih na tri armature generatora trofazne struje napajaju rasvjetnu mrežu
Na statoru električnog stroja nalaze se tri neovisna sidra koja su pomaknuta za 1/3 kruga (120°). U središtu električnog stroja rotira induktor koji je zajednički svim sidrima, prikazan na dijagramu u obliku.
U svakoj zavojnici iste frekvencije, ali trenuci prolaska ovih EMF-a kroz nulu (ili kroz maksimum) u svakoj od zavojnica bit će pomaknuti za 1/3 perioda u odnosu jedan na drugi, jer induktor prolazi svakim zavojnica 1/3 perioda kasnije od prethodne.
Svaki namot trofaznog generatora je neovisni generator struje i izvor električna energija. Pričvršćivanjem žica na krajeve svake od njih, kao što je prikazano na sl. 2, dobili bismo tri neovisna kruga, od kojih bi svaki mogao napajati određene električne prijemnike, na primjer.
U ovom slučaju, šest žica bi bilo potrebno za prijenos sve energije koja se apsorbira. Moguće je, međutim, međusobno spojiti namote trofaznog generatora struje na takav način da se snađete s četiri ili čak tri žice, tj. znatno uštedite ožičenje.
Prva od ovih metoda je tzv veza u zvijezdu(slika 3).
Riža. 3. Četverožilni sustav ožičenja pri spajanju trofaznog generatora sa zvijezdom. Opterećenja (grupe električne svjetiljke I, II, III) napajaju se faznim naponima.
Stezaljke namota 1, 2, 3 nazvat ćemo počecima, a stezaljke 1 ", 2", 3 "- krajevima odgovarajućih faza.
Spajanje zvijezda je u tome što krajeve svih namota spojimo na jednu točku generatora, koja se zove nulta točka ili nulta, a generator s prijamnicima električne energije spojimo s četiri žice: trima tzv. linijske žice koji dolazi od početka namota 1, 2, 3 i nulta ili neutralna žica koji dolazi iz nulte točke generatora. Ovaj sustav ožičenja se zove četverožilni.
Naponi između nultočke i početka svake faze nazivaju se fazni naponi, a naponi između početaka namota, t, odnosno točaka 1 i 2, 2 i 3, 3 i 1, nazivaju se linearnim. Fazni naponi obično se označavaju U1, U2, U3 ili in opći pogled U f, i linearni naponi - U12, U23, U31, ili općenito U l.
Između amplituda odn učinkovite vrijednosti pri spajanju namota generatora sa zvijezdom postoji odnos U l \u003d√3 U f ≈ 1,73 U f
Tako, na primjer, ako je fazni napon generatora U f \u003d 220 V, tada kada su namoti generatora spojeni zvijezdom, linearni napon U l je 380 V.
U slučaju ravnomjernog opterećenja sve tri faze generatora, tj. s približno istim strujama u svakoj od njih, struja u neutralnoj žici nula . Stoga je u ovom slučaju moguće ukinuti neutralnu žicu i prijeći na još ekonomičniji trožilni sustav. Sva opterećenja su u ovom slučaju spojena između odgovarajućih parova linijskih žica.
S neuravnoteženim opterećenjem, struja u neutralnoj žici nije jednaka nuli, ali je, općenito govoreći, slabija od struje u linearnim žicama. Stoga neutralna žica može biti tanja od linearnih.
Pri radu s trofaznom izmjeničnom strujom teži se što je moguće jednakijem opterećenju različitih faza. Stoga, na primjer, prilikom postavljanja rasvjetne mreže velika kuća kod četverožilnog sustava u svaki stan se uvode neutralna žica i jedna od linearnih žica na način da svaka faza u prosjeku ima približno jednako opterećenje.
Drugi način povezivanja namota generatora, koji također omogućuje trožilno ožičenje, je trokut spoj prikazan na sl. četiri.
Riža. 4. Dijagram spajanja namota trofaznog generatora s trokutom
Ovdje je kraj svakog namota spojen s početkom sljedećeg, tako da čine zatvoreni trokut, a linijske žice spojene su na vrhove tog trokuta - točke 1, 2 i 3. Kada je spojen u trokut, linijski napon generatora jednak je njegovom faznom naponu: U l \u003d U f.
Na ovaj način, prebacivanje namota generatora iz zvijezde u trokut dovodi do smanjenja mrežnog napona za √3 ≈ 1,73 puta. Trokut je također dopušten samo s istim ili gotovo istim faznim opterećenjem. Inače će struja u zatvorenom krugu namota biti prejaka, što je opasno za generator.
Pri korištenju trofazne struje pojedini prijamnici (teretači) napajani zasebnim parovima žica mogu se spojiti i zvijezdom, tj. tako da im je jedan kraj spojen na zajedničku točku, a preostala tri slobodna kraja su spojen na linearne žice mreže, ili trokut, tj. tako da su sva opterećenja povezana u seriju i tvore zajednički krug, na točke 1, 2, 3 od kojih su spojene linearne žice mreže.
Na sl. 5 prikazuje spajanje trošila u zvijezdu s trožilnim sustavom ožičenja, a sl. 6 - s četverožilnim sustavom ožičenja (u ovom slučaju, zajednička točka svih opterećenja povezana je s neutralnom žicom).
Riža. 7. Spajanje trošila u trokut s trožilnim sustavom ožičenja
U praksi je važno imati na umu sljedeće. Kod spajanja trošila u trokut svako je trošilo pod linijskim naponom, a kod spajanja u zvijezdu - pod naponom, u√3 puta manji. Za slučaj četverožilnog sustava, to je jasno sa Sl. 6. Ali isto se događa iu slučaju trožilnog sustava (slika 5).
Između svakog para linearnih napona, ovdje su serijski spojena dva opterećenja, struje u kojima su pomaknute u fazi za 2π /3. Napon na svakom opterećenju jednak je odgovarajućem mrežnom naponu podijeljenom s√3 .
Dakle, pri prebacivanju opterećenja iz zvijezde u trokut, naponi na svakom opterećenju, a time i struja u njemu, povećavaju se za√3
≈
1,73 puta. Ako je, na primjer, linearni napon trožilne mreže bio 380 V, tada kada je spojen sa zvijezdom (Sl. 5), napon na svakom od opterećenja bit će 220 V, a kada je spojen s trokutom (Sl. 7), to će biti 380 V.
U pripremi članka korišteni su podaci iz udžbenika fizike urednika G. S. Landsberga.
Trofazni napon je sustav električno napajanje, gdje se koriste tri fazne linije, s faznim pomakom od 120 stupnjeva. Ovo pruža jednake uvjete za mnoge primjene, povećavajući učinkovitost.
Pojava pojma trofaznog napona
otac troje djece fazni napon razmislite o Dolivo-Dobrovolskom u Rusiji i Nikoli Tesli u ostatku svijeta. Događaji koji se odnose na doba nastanka predmeta spora dogodili su se 80-ih godina XIX stoljeća. Nikola Tesla demonstrirao je prvi dvofazni motor dok je radio za tvrtku u kojoj je gradio električne instalacije raznolika namjena. Zanimanje za fenomen elektrifikacije krzna domaće mačke dovelo je znanstvenika do velikih otkrića. Šetajući parkom s prijateljem, Nikola Tesla je shvatio da će moći u praksi provesti Aragovu teoriju o rotirajućem magnetskom polju, a za to će vam trebati:
- Dvije faze.
- Pomak između njih pod kutom od 90 stupnjeva.
Kako bismo pokazali veliko značenje otkrića, napominjemo da je transformator Yablochkov u navedeno vrijeme nije stekao masovnu slavu, a Faradayevi eksperimenti na magnetskoj indukciji sigurno su zaboravljeni, zapisavši samo formulu zakona. Svijet nije želio znati za:
- naizmjenična struja;
- faza;
- reaktivna snaga.
Generatori (alternatori) i dinamo ispravljali su napon pomoću mehaničke sklopke. Na sličan način vegetirala je cijela u to doba oskudna grana elektrike. Edison je tek započinjao izume, za što još nitko nije znao. Usput, u Ruskoj Federaciji vjeruju da je uređaj izumio Lodygin.
Teslina ideja izgledala je revolucionarno, ostalo je nepoznato kako dobiti dvije faze sa zadanim faznim pomakom. Mladog znanstvenika nije zanimalo to pitanje. Čitao je o reverzibilnosti električni strojevi i odisao je povjerenjem da može lako sagraditi generator s namotajima raspoređenim u skladu s tim. S pogonom nije bilo problema. Početkom 80-ih aktivno se koristila para, demonstracijski model trebao je pokretati dinamo.
Tesla nije sam tražio da dobije određenu frekvenciju. Istraživanja nisu provedena, jednostavno je bilo potrebno natjerati rotor da se okreće. Ideja je realizirana kroz klizne prstenove. U to su vrijeme istosmjerni kolektorski motori bili opskrbljeni sličnim kontaktima, Teslin zaključak ne čudi. Zanimljivije je objasniti izbor broja faza.
Trofazna prednost
eksperimentatori glasno ističu prednost triju faza u odnosu na dvije, ali potrebno je objašnjenje. Odmah mi padaju na pamet misli o učinkovitosti, okretnom momentu i tako dalje. Ali Tesla je nacrtao stotine struktura u bilježnici, očito, mogao je rasporediti polove kako bi postigao željene parametre. Zaključak – ne radi se o dizajnu uređaja.
Sada se napon od 380 V prenosi samo kroz tri žice. To se nije moglo postići u izvornoj verziji Nikole Tesle. Godine 1883. Edison je uložio mnogo truda pokušavajući upotrijebiti trožilnu žicu. Očito je čuo za demonstracije koje je organizirao Nikola Tesla i shvatio opasnost situacije. U civiliziranom svijetu glavni profit nosi vlasnik patenta, zašto bi slavni izumitelj izvukao sposobnog inženjera u svijet?
Edisonova logika je jednostavna: korisnici će vidjeti da su trožilni kabeli jeftiniji od četverožilnih i odbiti će koristiti nove proizvode Nikole Tesle. Lako je pogoditi da je genijalni plan izumitelja baze za žarulje sa žarnom niti propao. I to s praskom. A greška je bila ... Dolivo-Dobrovolsky. Sustav Nikole Tesle za stvaranje dvije faze zahtijevao je četiri žice. U isto vrijeme, Dolivo-Dobrovolsky predložio je prijenos više energije kroz tri.
To je stvar simetrije. Linearni naponi od 380 V u svakom trenutku ostavljaju alternativu za izbor. Na primjer, struja iz prve faze može procuriti u drugu ili treću. Ovisno o prisutnosti odgovarajućeg potencijala. Rezultat je ravnoteža. Ako spojite dvije faze sustava Nikola Tesla, dobit ćete vinaigrette. Kao rezultat toga, dopušteno je ukloniti neutralni u sustavu Dolivo-Dobrovolsky ako je opterećenje simetrično - kao što se često događa u praksi.
Kao rezultat, dobiva se veći napon između žica, što smanjuje struju koja prolazi za svaku pri istoj snazi. Štoviše, ponekad je moguće koristiti samo tri retka, gore navedeno vrijedi za većinu poduzeća. Prednosti su također očite pri stvaranju lokalnih trafostanica: nul sekundarnog namota je uzemljen upravo tamo, nema potrebe za povlačenjem dodatna žica iz hidroelektrane. Navedeni razlozi postale su prednosti trofaznih naponskih mreža, koje su danas dominantne. Tesla žice se lako naknadno postavljaju na tri faze.
Razlog Edisonovog gubitka
Često postoji mišljenje da se Teslin sustav pokazao boljim, pa je Edison izgubio. Teško je reći koliko je potonji izgubio dolara, ali Nikola je prema modernim standardima zaokružio za 4,5 milijuna dolara. Inflacija! Autori vjeruju da je Edison dobio svoje. Nikola Tesla uspio je dokazati prednosti istosmjerne struje. Na primjer, za potonje je manja vjerojatnost korone na žicama, amplituda ne sadrži oštre šiljke.
Danas je dokazano da je isplativije prenositi istosmjernu struju na velike udaljenosti. Ovo isključuje iz razmatranja reaktancije mreže - induktivitet i kapacitet. što uvelike smanjuje nestabilnost reaktivna snaga. 21. stoljeće sposobno je postati drugo rođenje istosmjerne struje za njezin prijenos na velike udaljenosti. Ali smijeh uzrokuje Edisonovu nesposobnost prijenosa energije. Tesla je imao pravo pomoći, tada bi se DC uređaji danas koristili ravnopravno s AC potrošačima. Za kolektorske motore ovo je bolje - povećava se učinkovitost i moment.
Ispada da je istosmjerna struja korisna za prijenos. Edison jednostavno nije mogao pronaći prava odluka, pokušao drsko preuzeti zadatak, bez zabijanja u začelje. Edison je bio čisti praktičar i nije znao naći tako pametna rješenja kao što su pretvarači. Ali svi generatori sredine XIX stoljeća imali su ugrađeni prekidač za ispravljanje. Ostalo je samo spojiti se na liniju, a na prijemnoj strani izvršiti konverziju. I to je to! Nikola je briljantno kaznio Edisona, dokazujući prisutnost u svijetu određene sile koja kontrolira tijek povijesti.
izmjenična struja je odabrana zbog prisutnosti snažnog sredstva za prijenos. Radi se o transformatoru. Ovaj neizostavan element prvi je dizajnirao Michael Faraday 1831. (ili ranije). Moderna tehnologija ostala bez pažnje koju zaslužuje. Zanimanje za uređaj vratio je Heinrich Ruhmkorf petnaest godina kasnije, koristeći dinamo za stvaranje pražnjenja u iskrištu. Step-up transformator uvelike je pojačao učinak. To je izravno otvorilo put znanstvenicima za postavljanje eksperimenata, ali suština transformacije nije dobila zasluženu pozornost.
Umjesto toga, znanstvenici su se žestoko borili oko istosmjerne struje. Stvaranjem motora, rasvjetnih uređaja i generatora za to. Začudo, znajući za reverzibilnost električnih strojeva, prije se nisu dosjetili kako stvoriti unipolarni motor, koji se danas nalazi u ručnim mikserima i blenderima. Stvarni motori kućanska namjena jednofazni. I samo mali dio radi na istosmjernu struju.
Naznačavamo implicitnu prednost. DC ima veću sigurnosnu marginu. Čini se da je moguće učiniti industrijske mreže bezopasna za ljude. Razmotrite izjavu detaljnije, argumenti nisu očiti neiskusnom čitatelju.
Zašto je DC sigurniji
Iskusni električari kažu da strujni udar od 220 V nije previše opasan, glavna stvar je da ne dođete pod linearni trofazni napon. Viša je otprilike u korijenu tri puta(unutar 1,7). Linijski napon je napon između dvije faze. Zbog pomaka između njih od 120 stupnjeva, postiže se ovaj neobičan efekt. Pitaju neznalice koja je razlika s pomakom od 90 stupnjeva. Odgovor je dat na početku – tri faze tvore simetričan sustav. Uz smjenu od 90 trebala bi četiri.
Kao rezultat toga, svaki linijski napon se dovodi duž pola, što uvelike pojednostavljuje njihovu reprodukciju kada je potrebno postići visoka snaga, visoki napon. Na primjer, u vučnim motorima parnih brodova, gdje je potrebna vrlo glatka promjena sile i potrebno je primijeniti rotaciju osovine. Događa se da tri ili čak šest stupova nisu dovoljni. Samo kolektorski motor Dovoljna su dva usisavača.
Dakle, između faza postoji 308 V. Izgleda sigurno ako povećate frekvenciju dalekovoda na 700 Hz. Tesla je utvrdio da se od navedene vrijednosti jasno očituje skin efekt, struja ne prodire duboko u tijelo. Stoga ne uzrokuje značajnu štetu osobi. Znanstvenik je demonstrirao jezike munje na tijelu na mnogo višim naponima i rekao da je to dobro za zdravlje, odlično čisti kožu.
Frekvencija od 700 Hz (ili viša) nije puštena u uporabu - istodobno su gubici transformatora značajno porasli. U trenutku donošenja odluke o ocjeni prve hidroelektrane na izmjeničnu struju nije bilo pomaka u proizvodnji elektromaterijala. Predlažemo da pročitate više u temi. Nema potrebe za dupliciranjem informacija. Zbog nedostatka potrebnih materijala, gubici preokreta magnetizacije snažno su porasli s povećanjem učestalosti. Danas to ne uzrokuje poteškoće na razini tehnologije.
Postoji poteškoća - oklop. U godinama prvih pokušaja prijenosa energije nisu poznavali zračenje. Radio je prve korake napravio 90-ih godina XIX stoljeća. Zapravo, povećanje frekvencije prati nagli porast oslobađanja energije u svemir. I žice su trebale biti oklopljene, to je skupo, zahtijeva jake dielektrike. Nije činjenica da moderne mreže bi mogli riješiti problem.
Tesla je predložio prijenos energije kroz eter. Zašto je sagradio kulu Wardenclyffe? Ali... industrijalci su bili zainteresirani za prodaju bakra za proizvodnju žica i na temelju toga su odbili financirati znanstvenika. Ali glavno je da dolazi vrijeme kada će trofazni napon otići u zaborav ili će se dobivati iz pretvarača, a kako to učiniti, odgovor će dati sam Tesla.
Točnije, odgovor će dati brojni patenti i ideje izumitelja. Nije ni čudo što su zapisi odmah nakon smrti znanstvenika zaplijenjeni i pažljivo klasificirani. Preporučamo pristup studiju. Vrijeme je da sanjate da će automobili voziti biljno ulje bez zagađivanja okoliš odvratan dim i gorenje. Imajte na umu da sve tajne leže na površini i čekaju one koji ih žele otkriti. Možda će netko od čitatelja moći prvi to učiniti?
U električnoj opremi stambenih stambenih zgrada, kao iu privatnom sektoru, koriste se trofazne i jednofazne mreže. U početku električna mreža izlazi iz trofazne elektrane, a najčešće se trofazna mreža spaja na stambene zgrade. Nadalje, ima grane u zasebne faze. Ova metoda se koristi za stvaranje najučinkovitijeg prijenosa električne struje od elektrane do odredišta, kao i za smanjenje gubitaka tijekom transporta.
Da biste odredili broj faza u svom stanu, dovoljno je otvoriti razvodnu ploču koja se nalazi na podestu ili u samom stanu i vidjeti koliko žica ulazi u stan. Ako je mreža jednofazna, tada će biti 2 žice -. Moguća je i treća žica - uzemljenje.
Trofazne mreže u stanovima se rijetko koriste, u slučajevima spajanja starih električnih štednjaka s tri faze, ili snažna opterećenja u obliku kružne pile ili uređaja za grijanje. Broj faza također se može odrediti iz ulaznog napona. U 1-faznoj mreži napon je 220 volti, u 3-faznoj mreži između faze i nule također je 220 volti, između 2 faze - 380 volti.
Razlike
Ako ne uzmemo u obzir razliku u broju mrežnih žica i shemu povezivanja, tada možemo odrediti neke druge značajke koje imaju trofazne i jednofazne mreže.
- U slučaju trofaznog napajanja moguća je fazna neravnoteža zbog neravnomjernog razdvajanja faza opterećenja. Na jednu fazu može se spojiti jaki grijač ili štednjak, a na drugu TV i perilica za rublje. Tada dolazi do ovog negativnog učinka, praćenog asimetrijom napona i struja u fazama, što dovodi do kvarova. kućanskih aparata. Kako bi se spriječili takvi čimbenici, potrebno je prethodno rasporediti opterećenje po fazama prije polaganja žica električne mreže.
- Trofazna mreža zahtijeva više kabela, vodiča i sklopki, što znači unovčiti nemoj previše štedjeti.
- Sposobnosti jednofazne mreže za kućanstvo u pogledu snage mnogo su manje od trofazne. Ako planirate koristiti nekoliko snažnih potrošača i kućanskih aparata, električnih alata, tada je poželjno dovesti trofazno napajanje u kuću ili stan.
- Glavna prednost 3-fazne mreže je mali pad napona u usporedbi s 1-faznom mrežom, pod uvjetom 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 žici uopće nema nulte struje.
Prednosti 1-fazne mreže
Glavna prednost je ekonomičnost njegove upotrebe. U takvim mrežama koriste se trožilni kabeli, u usporedbi s petožilnim kabelima u 3-faznim mrežama. Za zaštitu opreme u 1-faznim mrežama potrebno je imati jednopolne zaštitne, 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 električni stroj već postoje uštede u dva modula. Što se tiče dimenzija, to je oko 36 mm, što će značajno utjecati na postavljanje automatskih strojeva. A kada se ugradi, ušteda prostora bit će veća od 100 mm.
Trofazne i jednofazne mreže za privatnu kuću
Potrošnja električne energije kod stanovništva je u stalnom porastu. Sredinom prošlog stoljeća bilo je relativno malo kućanskih aparata u privatnim kućama. Danas je po tom pitanju slika sasvim drugačija. Domaći potrošači energije u privatnim kućama vrtoglavo se povećavaju. Stoga se na vlastitim privatnim posjedima više ne postavlja pitanje koje električne mreže odabrati za priključak. Najčešće se u privatnim zgradama izvode elektroenergetske mreže s tri faze, a od jednofazna mreža odbiti.
Ali je li trofazna mreža vrijedna takve superiornosti u instalaciji? Mnogi ljudi misle da će povezivanjem tri faze biti moguće koristiti veliki broj uređaja. Ali ne uspijeva uvijek. Najveća dopuštena snaga određena je tehničkim uvjetima za priključenje. Obično je ovaj parametar 15 kW za sva privatna kućanstva. U slučaju jednofazne mreže, ovaj parametar je približno isti. Stoga je jasno da nema posebne koristi u pogledu snage.
Ali, treba imati na umu da ako trofazne i jednofazne mreže imaju jednaku snagu, tada se može primijeniti za trofaznu mrežu, budući da se snaga i struja raspoređuju na sve faze, stoga manje opterećuju pojedinačne fazne vodiče . Strujna vrijednost prekidača za 3-faznu mrežu također će biti niža.
Od velike je važnosti veličina, koja će za 3-faznu mrežu biti znatno veća. Ovisi o veličini trofaznog koji ima veće dimenzije od monofaznog, a i automatski ulaz će zauzeti više mjesta. Stoga će se centrala za trofaznu mrežu sastojati od nekoliko razina, što je nedostatak ove mreže.
Ali trofazna struja također ima svoje prednosti, izražene u činjenici da se mogu spojiti trofazni prijemnici struje. Oni mogu biti drugi snažni uređaji, što je prednost trofazne mreže. Radni napon 3-fazne mreže je 380 V, što je više nego u monofaznoj mreži, što znači da će se morati posvetiti više pažnje pitanjima električne sigurnosti. Isto vrijedi i za sigurnost od požara.
Nedostaci trofazne mreže za privatnu kuću
Kao rezultat toga, postoji nekoliko nedostataka korištenja trofazne mreže za privatnu kuću:
- Potrebno je ishoditi tehničke uvjete i dopuštenje za priključenje mreže iz el.
- Povećava opasnost od strujnog udara, kao i opasnost od požara zbog povećanog napona.
- Značajan dimenzije razvodna ploča napajanja. Za vlasnike seoskih kuća, ovaj nedostatak nema od velike važnosti jer imaju dovoljno prostora.
- Zahtijeva ugradnju u obliku modula na ulaznu ploču. U trofaznoj mreži to je osobito istinito.
Prednosti trofaznog napajanja za privatne kuće
- Moguće je ravnomjerno rasporediti opterećenje po fazama, kako bi se izbjegla neravnoteža faza.
- Snažni trofazni potrošači mogu se spojiti na mrežu. Ovo je najopipljivija korist.
- Smanjenje nazivnih vrijednosti zaštitnih uređaja na ulazu, kao i smanjenje ulaza.
- U mnogim slučajevima moguće je dobiti dozvolu od tvrtke za opskrbu električnom energijom za povećanje dopuštene maksimalne razine potrošnje električne energije.
Kao rezultat toga, možemo zaključiti da je preporučljivo praktično uvesti trofazno napajanje za privatne zgrade i kuće sa stambenom površinom većom od 100 m 2. Trofazna struja je posebno pogodna za one vlasnike koji će instalirati kružnu pilu, kotao za grijanje i razne pogone za mehanizme s trofaznim elektromotorima.
Ostatak vlasnika privatnih kuća nije potrebno prebaciti na trofaznu struju, jer to može stvoriti samo dodatne probleme.
Fazni napon i linearni, zvijezda i trokut spoj. U razgovorima profesionalnih električara često možete čuti ove riječi. Ali ni svaki električar ne zna njihovo točno značenje. Dakle, što ovi pojmovi znače? Pokušajmo to shvatiti.
U osvit razvoja elektrotehnike energija električnih generatora i baterija prenosila se do potrošača preko istosmjernih mreža. U Sjedinjenim Američkim Državama glavni apologet ove ideje bio je slavni izumitelj Thomas Edison, a najveće energetske kompanije tog vremena, pokoravajući se autoritetu “inženjerskog diva”, bespogovorno su je provodile.
Međutim, kada se postavilo pitanje stvaranja opsežne električne mreže potrošača, napajanih iz a velika udaljenost generatora, koji je zahtijevao izradu prvog dalekovoda, porazio je projekt tada nepoznatog srpskog emigranta Nikole Tesle.
On je radikalno promijenio samu ideju sustava napajanja, koristeći u njemu, umjesto konstante, generator i električni vodovi naizmjenična struja. što je značajno smanjilo gubitke energije, potrošnju materijala i povećalo energetsku učinkovitost.
Ovaj sustav koristio je Teslin vlastiti trofazni generator izmjenične struje, a prijenos energije se vršio pomoću naponskih transformatora koje je izumio ruski znanstvenik P. N. Yablochkov.
Drugi ruski inženjer, M. O. Dolivo-Dobrovolsky, godinu dana kasnije, ne samo da je stvorio sličan sustav opskrbu električnom energijom u Rusiji, ali i značajno poboljšao.
Tesla je koristio šest žica za generiranje i prijenos energije, Dobrovolsky je predložio smanjenje tog broja na četiri modificiranjem veze generatora.
Dok je eksperimentirao sa stvaranjem generatora, istovremeno je izumio asinkroni elektromotor s kaveznim rotorom koji je i danas najrašireniji u industriji.
Pojam faze postoji samo u krugovima sinusne izmjenične struje. Matematički, takva se struja može prikazati i opisati jednadžbama rotirajućeg vektora fiksiranog na jednom kraju u ishodištu. Promjena veličine napona kruga tijekom vremena bit će projekcija ovog vektora na koordinatnu os.
Vrijednost ove veličine ovisi o kutu pod kojim se vektor nalazi u odnosu na koordinatnu os. Strogo govoreći, kut vektora je faza.
Vrijednost napona se mjeri u odnosu na potencijal Zemlje, koji je uvijek nula. Stoga se žica u kojoj postoji napon izmjenične struje naziva faza, a druga, uzemljena, naziva se nula.
Fazni kut jednog vektora nije od velike praktične važnosti - u električne mreže Završava punu rotaciju od 360° u 1/50 sekunde. Mnogo korisniji je relativni kut između dva vektora.
U krugovima s takozvanim reaktivnim elementima: zavojnicama, kondenzatorima, formira se između vektora vrijednosti napona i struje. Takav kut naziva se fazni pomak.
Ako se količine reaktivna opterećenja ne mijenjaju u vremenu, tada će fazni pomak između struje i napona biti konstantan. I uz njegovu pomoć možete analizirati i izračunati električne krugove.
U 19. stoljeću, kada još nije bilo znanstvene teorije o elektricitetu, a sav razvoj nove opreme provodio se eksperimentalno, eksperimentatori su primijetili da zavojnica žice koja rotira u konstantnom magnetskom polju stvara električni napon na svojim krajevima.
Zatim se pokazalo da se mijenja prema sinusoidnom zakonu. Ako namotate zavojnicu od mnogo zavoja, napon će se proporcionalno povećati. Tako su se pojavili prvi električni generatori koji su mogli opskrbljivati potrošače električnom energijom.
Tesla u generatoru koji se razvijao za tada najveću hidroelektranu u Sjedinjenim Državama, hidroelektranu Niagara, za više učinkovitu upotrebu magnetsko polje, postavljeno u njega ne jedan svitak, već tri.
Za jedan okretaj rotora, magnetsko polje statora presijecaju tri svitka odjednom, zbog čega se snaga generatora povećava za korijen od tri puta i iz njega se mogu istovremeno napajati tri različita potrošača. vrijeme.
Dok su eksperimentirali s takvim generatorima, rani inženjeri elektrotehnike primijetili su da se naponi u namotima ne mijenjaju istovremeno. Kada npr. u jednom od njih dosegne pozitivan maksimum, u druga dva će biti jednak polovici negativnog minimuma, i tako periodički za svaki namot, a za matematički opis takvog sustava već je bilo potrebno sustav od tri rotirajući vektori s relativnim kutom između njih od 120°.
Kasnije se pokazalo da ako su opterećenja u krugovima namota bila vrlo različita jedni od drugih, to je značajno pogoršalo rad samog generatora. Pokazalo se da je u velikim razgranatim mrežama isplativije ne vući tri razne linije dalekovoda, te na njih dovesti jednu trofaznu i već na kraju osigurati jednoliku raspodjelu opterećenja u svakoj fazi.
Upravo je ovu shemu predložio Dolivo-Dobrovolsky, kada je jedan izlaz iz svakog od tri namota generatora spojen zajedno i uzemljen, zbog čega njihov potencijal postaje isti i jednak nuli, i električni naponi skinuti s ostala tri priključka namota.
Ova shema je nazvana "spoj zvijezda". Još uvijek je glavna shema za organiziranje trofaznih električnih mreža.
Shvatimo što je fazni napon
Za stvaranje takvih mreža potrebno je provesti dalekovod od generatora do potrošača, koji se sastoji od tri fazne žice i jedne nule. Naravno, u prave mreže kako bi se smanjili gubici u žicama, na oba kraja vodova su spojeni i transformatori za podizanje i smanjenje, ali to ne mijenja stvarnu sliku mreže.
Neutralna žica je potrebna za fiksiranje potencijala koji se prenosi na potrošača opći zaključak generator, jer se u odnosu na njega stvara napon u svakoj faznoj žici.
Tako se fazni napon formira i mjeri u odnosu na zajedničku spojnu točku namota - neutralnu žicu. U dobro uravnoteženoj trofaznoj mreži minimalna struja teče neutralnom žicom.
Na izlazu trofaznog dalekovoda postoje tri fazne žice: L1, L2, L3 i jedna nula - N. Prema postojećim europskim standardima, oni bi trebali imati kodiranje u boji:
- L1 - smeđa;
- L2 - crna;
- L3 - siva;
- N - plava;
- Žuto-zeleno za zaštitno uzemljenje.
Takve linije dovode se do velikih ozbiljnih potrošača: poduzeća, urbanih mikrodistrikta itd. Ali krajnji potrošači male snage, u pravilu, ne trebaju tri izvora napona, pa su spojeni na jednofazne mreže, gdje postoji samo jedna faza i jednu neutralnu žicu.
Ravnomjerna raspodjela opterećenja u svakom od tri jednofazna voda osigurava ravnotežu faza u trofaznom sustavu 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. Za njega se izračunava i proizvodi gotovo sva električna oprema za kućanstvo. U SAD-u i nekim zemljama Latinske Amerike za jednofazne mreže usvojen je standardni napon od 127 V, a ponegdje i 110 V.
Što je linijski napon
Prednosti jednofazne mreže su da jedna od žica ima potencijal blizak potencijalu Zemlje.
Ovo, prvo, pomaže u osiguravanju električne sigurnosti opreme, kada je opasnost od strujnog udara samo jedna, fazna žica.
Drugo, takva je shema prikladna za ožičenje mreža, izračunavanje i razumijevanje njihovog rada i mjerenja. Dakle, pronaći faznu žicu, posebnu mjerni instrumenti, dovoljno je imati indikatorski odvijač.
Ali iz trofaznih mreža možete dobiti još jedan napon ako spojite opterećenje između dvije fazne žice. Bit će veća u vrijednosti od faznog napona, jer će to biti projekcija na koordinatnu os ne jednog vektora, već dva, smještena pod kutom od 120 ° jedan prema drugom.
Ovaj "pridatak" će dati povećanje od oko 73%, ili √3–1. Prema postojećem standardu, linijski napon u trofaznoj mreži trebao bi biti 380 V.
Koja je glavna razlika između ovih napona
Ako je odgovarajuće opterećenje spojeno na takvu mrežu, npr. trofazni elektromotor, on će dati mehanička snaga, znatno veći od monofaznog iste veličine i težine. Ali možete spojiti trofazno opterećenje na dva načina. Jedna, kao što je već spomenuto - "zvijezda".
Ako početni zaključci sva tri namota generatora ili linearnog transformatora nisu spojeni zajedno, ali je svaki od njih spojen na krajnji zaključak sljedećeg, stvarajući serijski lanac namota, takav spoj se naziva " trokut".
Njegova je osobitost odsutnost neutralne žice, a za spajanje na takve mreže potrebna vam je odgovarajuća trofazna oprema, u kojoj su opterećenja također povezana "trokutom".
Ovim priključkom na teret djeluju samo mrežni naponi od 380 V. Jedan primjer: elektromotor uključen u trofazna mreža prema shemi "zvijezda", uz struju u namotima od 3,3 A, razvit će snagu od 2190 vata.
Isti motor, uključen "trokutom", bit će tri puta snažniji u korijenu - 5570 W povećanjem struje na 10 A.
Ispada da, s trofaznom mrežom i istim elektromotorom, možemo dobiti mnogo veći dobitak snage nego korištenjem jednofaznih, a jednostavnom promjenom sheme spajanja povećat ćemo izlazna snaga još tri motora. Istina, njegovi namoti također moraju biti dizajnirani za povećanu struju.
Dakle, glavna razlika između dvije vrste napona u AC mrežama, kako smo saznali, je veličina linearnog napona, koji je 3 puta veći od faznog napona. Veličina faznog napona uzima se 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 postoje dva videa o vezi sa zvijezdom i trokutom, za one koji žele detaljnije razumjeti.
