Voedingssysteem in drie fasen

Een van de opties voor een meerfasig voedingssysteem is een driefasig AC-systeem. Het bedient drie harmonische EMF's van dezelfde frequentie, gecreëerd door één gemeenschappelijke spanningsbron. De EMF-gegevens worden in tijd (in fase) ten opzichte van elkaar verschoven door dezelfde fasehoek gelijk aan 120 graden of 2 * pi / 3 radialen.

De eerste uitvinder van het zesdraads driefasensysteem was Nikola TeslaEen belangrijke bijdrage aan de ontwikkeling ervan werd echter geleverd door de Russische natuurkundige en uitvinder Mikhail Osipovich Dolivo-Dobrovolsky, die voorstelde slechts drie of vier draden te gebruiken, wat significante voordelen gaf, en werd duidelijk aangetoond in experimenten met inductiemotoren.

In een driefasig AC-systeem bevindt elke sinusvormige EMF zich in zijn eigen fase en neemt deel aan een continu periodiek elektrificatieproces van het netwerk. Daarom worden de EMF-gegevens soms eenvoudigweg "fasen" genoemd, net zoals de geleiders die EMF-gegevens verzenden: eerste fase, tweede fase, derde fase. De fasen zijn 120 graden ten opzichte van elkaar verschoven en de bijbehorende geleiders worden meestal aangeduid met de Latijnse letters L1, L2, L3 of A, B, C.

Een dergelijk systeem is zeer zuinig als het gaat om de overdracht van elektrische energie per draad over lange afstanden. Drie-fase transformatoren zijn minder materiaalintensief.

Voedingskabels vereisen minder geleidend metaal (meestal wordt koper gebruikt), omdat stromen in fasegeleiders, in vergelijking met enkelfasige geleiders, lagere effectieve waarden hebben in vergelijking met enkelfasige circuits met vergelijkbaar overgedragen vermogen.

Het driefasensysteem is zeer gebalanceerd en oefent een uniforme mechanische belasting uit op de energieopwekkende installatie (generator van de energiecentrale), waardoor de levensduur wordt verlengd.

Met behulp van driefasige stromen die door de wikkelingen van elektrische verbruikers worden geleid - verschillende installaties en motoren, is het eenvoudig om een ​​roterend wervelmagnetisch veld te verkrijgen dat nodig is voor de werking van motoren en andere elektrische apparaten.

Synchrone en asynchrone driefasige wisselstroommotoren hebben een eenvoudig apparaat en zijn veel zuiniger dan eenfase- en tweefasige, en nog meer - klassieke DC-motoren.

Met een driefasig netwerk in één installatie, kunt u twee bedrijfsspanningen tegelijk krijgen - lineair en fase, waardoor u twee vermogensniveaus kunt hebben, afhankelijk van het kronkelige verbindingsschema - een "driehoek" (de Engelse versie is "delta") of "ster".

Wat betreft de stroomvoorziening van verlichtingssystemen, door drie groepen lampen aan te sluiten - elk op verschillende fasen van het netwerk - kunt u flikkeringen aanzienlijk verminderen en het schadelijke stroboscopische effect verwijderen.

Deze voordelen zijn slechts bepalend voor het wijdverbreide gebruik van een driefasig voedingssysteem in de huidige grote wereldwijde elektriciteitsindustrie.

ster

De verbinding volgens het "ster" -schema omvat de verbinding van de uiteinden van de fasewikkelingen van de generator met één gemeenschappelijk "neutraal" punt (neutraal - N), evenals de uiteinden van de fase-uitgangen van de consument.

De draden die de fasen van de consument verbinden met de overeenkomstige fasen van de generator worden lineaire draden in een driefasig netwerk genoemd. En de draad die de neutralen van de generator en de consument met elkaar verbindt, is een neutrale draad (gemarkeerd met "N").

In de aanwezigheid van neutraal blijkt een driefasig netwerk vierdraads te zijn, en als er geen nulleider is, drie-draads. Onder omstandigheden waarin de weerstanden in de drie fasen van de consument gelijk zijn aan elkaar, dat wil zeggen, op voorwaarde dat Za = Zb = Zc, de belasting symmetrisch zal zijn. Dit is een ideale modus voor een driefasig netwerk.

Als er een neutrale is, wordt fasespanning spanning genoemd tussen een fasedraad en een neutrale draad. En de spanningen tussen twee fasedraden worden lineaire spanningen genoemd.

Als het netwerk een sterverbinding heeft, dan onder symmetrische belasting de relatie tussen fase en lineaire stromen en spanningen kan worden beschreven door de volgende relaties:

Het is te zien dat de lineaire spanningen worden verschoven ten opzichte van de overeenkomstige fasespanningen met een hoek van 30 graden (pi / 6 radiaal):

Het vermogen bij de aansluiting van de "ster" in de omstandigheden van een symmetrische belasting, rekening houdend met de bekende fasespanningen, kan worden bepaald door de formule:

Over het belang van neutrale en fase-onbalans

Hoewel met een absoluut symmetrische belasting, stroomtoevoer naar consumenten mogelijk is via drie draden met lineaire spanningen, zelfs in afwezigheid van neutraal, is desondanks altijd neutraal vereist als de belastingen op de fasen niet strikt symmetrisch zijn.

Als bij een asymmetrische belasting de neutrale draad breekt of de weerstand om een ​​of andere reden toeneemt, treedt er een "fase-onbalans" op en kunnen de belastingen op de drie fasen onder verschillende spanningen liggen - van nul tot lineair - afhankelijk van de verdeling van de belastingsweerstanden fasen op het moment van neutrale pauze.

Maar de belastingen zijn nominaal strikt ontworpen voor fasespanningen, wat betekent dat er iets kan falen. De fase-onbalans is vooral gevaarlijk voor huishoudelijke apparaten en elektronica, omdat hierdoor niet alleen sommige apparaten kunnen doorbranden, maar ook brand kan ontstaan.

Probleem van harmonischen veelvoud van de derde

Meestal zijn huishoudelijke en andere apparaten tegenwoordig uitgerust met schakelende voedingen en zonder een geïntegreerd stroomfactorcorrectiecircuit. Dit betekent dat de momenten van consumptie worden beperkt door dunne gepulseerde stroompieken nabij de bovenkant van de sinusoïde, wanneer de condensator van het uitgangsfilter geïnstalleerd na de gelijkrichter snel en snel wordt opgeladen.

Wanneer er veel van dergelijke verbruikers op het netwerk zijn aangesloten, treedt een hoge stroom van de derde harmonische van de hoofdfrequentie van de voedingsspanning op. Deze harmonische stromen (veelvouden van de derde) worden opgeteld in de neutrale geleider en kunnen deze overbelasten, ondanks het feit dat het stroomverbruik in elke fase de toelaatbare niet overschrijdt.

Het probleem is vooral relevant in kantoorgebouwen, waar veel verschillende kantoorapparatuur zich in een kleine ruimte bevindt. Als alle ingebouwde schakelvoedingen stroomfactorcorrectiecircuits zouden hebben, zou dit het probleem oplossen.

driehoek

De verbinding volgens het "driehoek" -schema omvat het verbinden van het einde van de eerste fasegeleider met het begin van de tweede fasegeleider, het einde van de tweede fasegeleider met het begin van de derde fasegeleider, het einde van de derde fasegeleider met het begin van de eerste fasegeleider - het resultaat is een gesloten figuur - een driehoek.

Lineaire en fasespanningen en stromen met een symmetrische belasting, ten opzichte van de verbindings "driehoek", zijn als volgt gecorreleerd:

Het vermogen in een driefasig circuit, indien verbonden door een driehoek, onder omstandigheden van symmetrische belasting, wordt als volgt bepaald:

De onderstaande tabel toont de fase- en lijnspanningsnormen voor verschillende landen:

Geleiders van verschillende fasen van een driefasig netwerk, evenals neutrale en beschermende geleiders, worden traditioneel gemarkeerd met hun eigen kleuren.

Dit wordt gedaan om elektrische schokken te voorkomen en het gemak van netwerkonderhoud te waarborgen, de installatie en reparatie ervan te vergemakkelijken en de fasering van apparatuur te standaardiseren: de fasevolgorde is soms erg belangrijk, bijvoorbeeld om de draairichting van een inductiemotor, de werkingsmodus van een gecontroleerde driefasige gelijkrichter te specificeren enz. In verschillende landen is de kleurmarkering anders, in sommige landen is dit hetzelfde.

Zie ook: Draadkleurcodering