Sådan konverteres enkeltfase til 3-faset strøm

I USA er den største magt, der kommer ind i folks hjem, enfaset. Kraften, der genereres på elkraftværket, er dog trefaset. Dette er ideen bag de store transmissionslinjer, du ser knyttet til høje tårne ​​- disse linjer skal transmittere som meget spænding, som det er muligt over lange afstande, før denne strøm "tappes" og leveres til kvarterer med en kraftigt reduceret spænding.

Enfaset strøm er tilstrækkelig til stort set alle husholdningsapparater, mens industrielle indstillinger med tungt udstyr kræver trefaset strøm. Men hvad hvis du har brug for trefaset strøm, og alt hvad du har, er enfaset strøm, der kommer ind i dit hjem?

• Oplysningerne her er kun beregnet til akademiske formål - ikke instruktioner. Eksperimenter aldrig med eller skift elektriske ledninger i dit hjem eller andre steder, medmindre du er specielt uddannet til jobbet.

Forestil dig dig selv og to af dine (åbenbart kede) venner, der går frem og tilbage med en hurtig hastighed på 2 meter pr. sekund (ca. 4,5 miles i timen) langs en sti, der løber nord-syd og måler 60 meter fra ende til ende. Hver af jer starter ved midtpunktet på denne sti, går til den nordlige ende, vender tilbage til starten, fortsætter gå til den modsatte ende og vender tilbage til midten og derved afslutte en 120 meter "omgang" eller cyklus. Fordi hver af jer går med 2 meter i sekundet, tager en rundtur hver person nøjagtigt 60 sekunder.

Antag yderligere, at "status" hver af jer er nul ved startpunktet. Du får en statusenhed for hver meter, du går nordpå, og mister en statusenhed for hver meter, du går sydpå. Når en af ​​jer når den nordlige ende af stien, har den person således status 30, mens enhver, der drejer i den sydlige ende, har status -30. Du erkender, at jer tre maksimalt kan adskille jer fra hinanden ved at starte 20 sekunder fra hinanden, fordi hvert kredsløb tager 60 sekunder, og der er tre af jer, og 60 divideret med 3 er 20. Hvis du laver algebra, finder du ud af, at når en af ​​jer har maksimeret din "status" til en værdi af 30 ved at nå den nordlige ende, de to andre passerer hinanden halvvejs langs den sydlige sektion, den ene mod nord og den anden mod syd, hvor hver rullator har en status på -15. Hvis du tilføjer dine statusværdier sammen på et sådant tidspunkt, summerer de til 30 + (-15) + (-15) = 0. Det er muligt at vise, at summen af ​​alle dine statusværdier til enhver tid faktisk er 0, så længe de tre er perfekt forskudt som beskrevet.

Dette tilbyder en model af, hvordan trefaset elektrisk strøm ser ud, bortset fra at "spænding" er erstattet af "status" og i stedet for en cyklus, der finder sted hvert 60. sekund, forekommer 60 spændingscyklusser hvert sekund. Plus, i stedet for at hver person passerer startpunktet to gange i minuttet, passerer spændingen gennem nulpunktet 120 gange i sekundet.

På grund af den måde, hvorpå strøm, strøm og spænding er matematisk relateret, forbliver trefaset effekt på et konstant, ikke-nul niveau, selvom de tre individuelle spændinger til enhver tid tilføjer nul. Dette forhold er:

P = V²/ R

Her er P strøm i watt, V er spænding i volt, og R er elektrisk modstand i enheder kaldet ohm. Du kan se, at negative spændinger bidrager til strøm, fordi kvadrering af et negativt tal giver en positiv værdi. Den samlede effekt i et trefasesystem er kun summen af ​​effekten af ​​de tre individuelle effektværdier i hver fase.

Hvis du nogensinde har fundet ud af, at du spekulerer på, hvordan vekselstrøm (AC) fik sit navn, har du nu dit svar. Spændingen er aldrig stabil i hverken enfasede eller trefasede systemer, og som et resultat er heller ingen strøm; disse hænger sammen med Ohms lov, som er V = IR, hvor jeg står for strømmen i ampere ("ampere").

For at udvide kompisernes gang-frem-og-tilbage-analogi til enfasekraft kan du bare forestille dig, at to af dine venner bliver kaldt hjem til middag, mens du fortsætter med at gå, og der har du det. Det vil sige, trefasekraft er bogstaveligt talt kun tre enfasede strømkilder, der gensidigt udlignes af en tredjedel af en cyklus (eller i trigonometriske termer 120 grader). I en enfaset strømforsyning, hver gang den enkle spænding kort bliver nul, bliver strømudgangen også. Du kan måske forstå nu, hvorfor små apparater, som ikke påvirkes meget af meget korte bortfald magt, kan køre på enfaset effekt, mens store maskiner, der fungerer ved høje wattniveauer (effekt) kan ikke; de kræver en stor og konstant strømforsyning.

Alt det foregående forstås lettere ved at konsultere en graf over spænding vs. tid til en trefaset strømforsyning (se Ressourcer). I denne graf er de enkelte faser tegnet med røde, lilla og blå linjer. Disse summer altid til nul, men summen af ​​deres firkanter er positiv og konstant. Således givet en uændret værdi på R, er effekten P i disse opsætninger også konstant på grund af forholdet P = V²/R.

For en enfaset forsyning er der ingen spændinger at opsummere, og spændingen i enfaset passerer gennem nulpunktet 120 gange i sekundet. På disse øjeblikke falder strømmen til nul, men genopretter hurtigt nok, så mindre lys, apparater og så videre ikke oplever mærkbare afbrydelser.

Hvis du har en trefaset motor i en større enhed som f.eks. En luftkompressor i industriel størrelse og ikke har klar adgang til tre-faset strøm på grund af den måde, dit lokale net er indstillet på, er der løsninger, du kan bruge til at få dit udstyr ordentligt drevet. (En af disse er simpelthen at erstatte trefasemotoren med en enfaset motor, men dette er ikke nær så klogt som andre løsninger.)

Talrige typer trefasekonvertere er tilgængelige. En af disse, a statisk konverter, udnytter det faktum, at mens en trefaset motor ikke kan starte på enfaset effekt, kan den forblive i gang med enfaset strøm, når den er startet. En statisk konverter gør dette ved hjælp af kondensatorer (enheder, der kan gemme opladning), som lader den statiske konverter stå i en af ​​faserne, omend på en ineffektiv måde, der er sikret for at nedsætte motorens effektive levetid spændvidde EN roterende fase konverterfungerer derimod som en slags kombination af en erstatnings trefasemotor og en uafhængig generator. Denne enhed inkluderer en tomgangsmotor, som, når den er sat i bevægelse, ikke drejer nogen bevægelige dele i forældrene maskiner, men i stedet genererer strøm, så hele opsætningen med rimelighed kan efterligne et trefaset elsystem godt. Endelig a frekvensomformer (VFD) gør brug af komponenter kaldet invertere, som kan bruges til at skabe vekselstrøm på næsten enhver ønsket frekvens og replikere de fleste forhold inde i en standard trefaset motor.

Ingen af ​​disse omformere er perfekte, mere end en brødkniv kan let bruges til at skære kød. Men en brødkniv er bedre end dine bare hænder, og derfor er disse omformere faktisk gode at have ved hånden, hvis du ofte arbejder med magtfulde maskiner og værktøjer.