Trofazni sustav napajanja

Jedna od opcija za višefazni sustav napajanja je trofazni izmjenični sustav. Omogućuje tri harmonička EMF-a iste frekvencije, stvoreni jednim zajedničkim izvorom napona. Podaci EMF-a pomiču se jedan prema drugom u vremenu (u fazi) za isti fazni kut jednak 120 stupnjeva ili 2 * pi / 3 radijana.

Prvi izumitelj trofaznog sustava sa šest žica bio je Nikola TeslaMeđutim, značajan doprinos njegovom razvoju dao je ruski fizičar i izumitelj Mihail Osipovič Dolivo-Dobrovolsky, koji je predložio korištenje samo tri ili četiri žice, što je dalo značajne prednosti, a to se jasno pokazalo u eksperimentima s indukcijskim motorima.

U trofaznom izmjeničnom sustavu svaki je sinusoidni EMF u svojoj fazi i sudjeluje u neprekidnom periodičnom procesu elektrifikacije mreže, pa se EMF podaci ponekad nazivaju jednostavno „fazama“, kao što su vodiči koji prenose EMF podatke: prva faza, druga faza, treća faza. Faze su pomaknute jedna za drugom za 120 stupnjeva, a odgovarajući vodiči obično se označavaju latiničnim slovima L1, L2, L3 ili A, B, C.

Takav je sustav vrlo ekonomičan kada je u pitanju prijenos električne energije žicom na velike udaljenosti. Trofazni transformatori su manje intenzivni.

Električni kablovi zahtijevaju manje vodljivi metal (obično se koristi bakar), jer struje u faznim vodičima, u usporedbi s jednofaznim vodičima, imaju niže efektivne vrijednosti u usporedbi s jednofaznim krugovima slične prenesene snage.

Trofazni sustav je vrlo uravnotežen i ima jednolično mehaničko opterećenje na postrojenju za proizvodnju energije (generator elektrane), čime produžava svoj radni vijek.

Pomoću trofaznih struja koje prolaze kroz namote električnih potrošača - raznih instalacija i motora, lako je dobiti rotirajuće vrtložno magnetsko polje potrebno za rad motora i drugih električnih uređaja.

Sinhroni i asinhroni trofazni izmjenični motori imaju jednostavan uređaj, a mnogo su ekonomičniji od jednofaznih i dvofaznih, a još više - klasičnih istosmjernih motora.

Uz trofaznu mrežu u jednoj instalaciji, možete dobiti dva radna napona odjednom - linearni i fazni, što vam omogućuje da imate dvije razine snage ovisno o shemi povezivanja namotaja - "trokut" (engleska verzija je "delta") ili "zvijezda".

Što se tiče napajanja rasvjetnih sustava, povezivanjem tri skupine svjetiljki - svaka u različite faze mreže - možete značajno smanjiti treperenje i riješiti se štetnog stroboskopskog učinka.

Te prednosti upravo određuju široku upotrebu trofaznog sustava napajanja u današnjoj velikoj globalnoj industriji električne energije.

zvijezda

Spajanje prema shemi "zvijezda" uključuje spajanje krajeva faznih namotaja generatora na jednu zajedničku "neutralnu" točku (neutralno - N), kao i krajeve faznih izlaza potrošača.

Žice koje povezuju faze potrošača s odgovarajućim fazama generatora nazivaju se linearnim žicama u trofaznoj mreži. A žica koja povezuje neutralne jedinice generatora i potrošača međusobno je neutralna žica (označena s "N").

U prisutnosti neutralne, trofazna mreža ispada da je četverožična, a ako ne postoji neutralna - trožična. U uvjetima kada su otpori u tri faze potrošača jednaki jedni drugima, to jest pod uvjetom da je Za = Zb = Zc, opterećenje će biti simetrično. Ovo je idealan način rada za trofaznu mrežu.

Ako postoji neutralni, fazni napon naziva se napon između bilo koje fazne žice i neutralne žice. A naponi između bilo koje dvije fazne žice nazivaju se linearni naponi.

Ako mreža ima zvjezdicu, tada ispod simetrično opterećenje odnos fazne i linearne struje i napona može se opisati sljedećim odnosima:

Može se vidjeti kako se linearni naponi pomiču u odnosu na odgovarajuće fazne napone za kut od 30 stupnjeva (pi / 6 radijan):

Snaga na priključku "zvijezde" u uvjetima simetričnog opterećenja, uzimajući u obzir poznate fazne napone, može se odrediti formulom:

O važnosti neravnoteže i neutralnosti faza

Iako je s apsolutno simetričnim opterećenjem napajanje potrošačima moguće putem tri žice linearnih napona čak i u nedostatku neutralnog, međutim, ako opterećenja na fazama nisu strogo simetrična, uvijek je potrebno neutralno.

Ako se s asimetričnim opterećenjem neutralna žica razbije ili joj se otpor iz nekog razloga poveća, dolazi do „fazne neravnoteže“, a opterećenja na tri faze mogu biti pod različitim naponima - od nula do linearnih - ovisno o raspodjeli otpora opterećenja faze u trenutku neutralnog prekida.

No opterećenja su nominalno konstruirana strogo za fazne napone, što znači da nešto može uspjeti. Fazna neravnoteža posebno je opasna za kućanske uređaje i elektroniku, jer zbog toga ne samo neki uređaj može izgorjeti, već se može dogoditi i požar.

Problem harmonika višestrukih trećih

Najčešće su kućanski i drugi uređaji danas opremljeni sa sklopnim napajanjem i bez integriranog kruga za korekciju faktora snage. To znači da su momenti potrošnje ograničeni vrhovima tankih pulsnih struja u blizini vrha sinusoida mreže, kada se kondenzator izlaznog filtra instaliran nakon ispravljača brzo i brzo napuni.

Kad na mrežu ima puno takvih potrošača, dolazi do velike struje treće harmonike glavne frekvencije napona napajanja. Te harmonične struje (višestruke treće) zbrajaju se u neutralnom vodiču i mogu ga preopteretiti, unatoč činjenici da potrošnja energije u svakoj fazi ne prelazi dopuštenu.

Problem je posebno relevantan u uredskim zgradama, gdje se na malom prostoru nalazi mnoštvo različite uredske opreme. Ako bi svi ugrađeni izvori napajanja imali sklopove ispravljanja faktora snage, to bi riješilo problem.

trokut

Spajanje prema shemi "trokuta" pretpostavlja od strane generatora vezu kraja prvog faznog vodiča s početkom drugog faznog vodiča, kraja drugog faznog vodiča s početkom trećeg faznog vodiča, kraja trećeg faznog vodiča s početkom prvog faznog vodiča - ispada zatvorena figura - trokut.

Linearni i fazni naponi i struje sa simetričnim opterećenjem, u odnosu na priključni "trokut", međusobno su povezani:

Snaga u trofaznom krugu kada je povezana trokutom, u uvjetima simetričnog opterećenja, određuje se kako slijedi:

Tablica u nastavku prikazuje standarde faznog i linijskog napona za različite zemlje:

Provodnici različitih faza trofazne mreže, kao i neutralni i zaštitni vodiči, tradicionalno su označeni vlastitim bojama.

To se radi kako bi se spriječio strujni udar i osigurala praktičnost održavanja mreže, olakšala njihova instalacija i popravak, kao i standardiziranje faze opreme: fazni slijed je ponekad vrlo važan, na primjer, postavljanje smjera vrtnje indukcijskog motora, način rada upravljanog trofaznog ispravljača itd. U različitim je zemljama označavanje boja različito, u nekim je isto.

vidi: Kodiranje žicama u boji