Kuidas teisendada ühefaasiline kolmefaasiline võimsus

Ameerika Ühendriikides on inimeste kodudesse sisenev võim kõige enam ühefaasiline. Elektrijaamas toodetud energia on aga kolmefaasiline. See on idee nende suurte ülekandeliinide taga, mida näete kinnitatud kõrgetele tornidele - need liinid peaksid edastama palju pingeid, mis on teostatav pikkade vahemaade jooksul, enne kui see võimsus "ära kasutatakse" ja linnaosadesse jõuab oluliselt vähenenud Pinge.

Ühefaasiline võimsus on praktiliselt kõigi kodumasinate jaoks piisav, samas kui rasketes seadmetes kasutatavad tööstusseaded vajavad kolmefaasilist voolu. Aga mis siis, kui vajate kolmefaasilist elektrit ja kõik, mis teil on, on teie koju sisenev ühefaasiline toiteallikas?

• Siinne teave on mõeldud ainult akadeemiliseks otstarbeks - mitte juhendavaks. Ärge kunagi katsetage ega muuda oma kodus või kusagil mujal elektrijuhtmeid, kui te pole selleks spetsiaalselt välja õpetatud.

Kujutage ette ennast ja kahte oma (ilmselgelt igavat) sõpra, kes kõnnivad edasi-tagasi kiire 2-meetrise kiirusega sekundis (umbes 4,5 miili tunnis) mööda rada, mis kulgeb põhja-lõuna suunas ja mille otsast lõpuni on 60 meetrit lõpp. Igaüks teist algab selle tee keskpunktist, kõnnib põhjaotsani, naaseb algusesse, jätkab kõndides teise otsa ja naaseb uuesti keskele, läbides seeläbi ühe 120-meetrise "ringi" või tsükkel. Kuna igaüks teist kõnnib 2 meetrit sekundis, võtab üks edasi-tagasi sõit iga inimese jaoks täpselt 60 sekundit.

Oletame veel, et alguspunktis on teie kõigi "olek" null. Saate ühe staatuseühiku iga meetri kohta, mida kõnnite põhja poole, ja kaotate staatuseühiku iga meetri kohta, mille kõnnite lõunasse. Seega, kui üks teist jõuab raja põhjaossa, on selle inimese staatus 30, samas kui kõigil, kes pööravad lõunapoolses otsas, on staatus -30. Mõistate, et kolmekesi saate end 20-st alustades maksimaalselt üksteisest eraldada sekundite vahega, sest iga vooluring võtab aega 60 sekundit ja teid on kolm ja 60 jagatuna 3-ga 20. Kui teete algebra, leiate, et kui üks teist on põhjaotsani jõudes maksimeerinud oma "staatuse" väärtusega 30, siis ülejäänud kaks mööduvad üksteisest mööda lõunapoolset lõiku, üks suundub põhja ja teine ​​lõunasse, kus iga jalutaja staatus on -15. Kui lisate oma olekuväärtused sellisel ajal kokku, on nende summa 30 + (-15) + (-15) = 0. Võimalik on näidata, et tegelikult on kõigi teie olekuväärtuste summa igal ajal 0, kui kolmekesi olete kirjeldatud viisil täiuslikult hajutatud.

See pakub mudelit, kuidas kolmefaasiline elektrienergia välja näeb, välja arvatud see, et "pinge" on olekuga asendatud ja ühe tsükli asemel, mis toimub iga 60 sekundi järel, toimub 60 pingetsüklit iga sekund. Lisaks sellele, et iga inimene läbib alguspunkti kaks korda minutis, läbib pinge nullpunkti 120 korda sekundis.

Tänu sellele, kuidas võimsus, vool ja pinge on matemaatiliselt seotud, jääb kolmefaasiline võimsus konstantsel, nullist erineval tasemel, isegi kui kolm üksikut pinget lisavad igal ajal nulli. See suhe on:

P = V²/ R

Siin P on võimsus vattides, V on pinge voltides ja R on elektritakistus ühikutes, mida nimetatakse oomideks. Näete, et negatiivsed pinged aitavad kaasa võimsusele, kuna negatiivse arvu ruutu jagamine annab positiivse väärtuse. Kolmefaasilise süsteemi koguvõimsus on vaid iga faasi kolme üksiku võimsuse väärtuse võimsuse summa.

Samuti, kui leidsite end kunagi mõtlemas, kuidas vahelduvvool (AC) oma nime sai, on teil nüüd oma vastus olemas. Pinge pole kunagi ühtlane nii ühefaasilises kui ka kolmefaasilises süsteemis ja selle tulemusel pole ka voolutugevus; neid seob Ohmi seadus, mis on V = IR, kus ma tähistan voolu amprites ("amprites").

Et laiendada sõprade-kõndimise-edasi-tagasi analoogiat ühefaasilisele võimsusele, kujutage lihtsalt ette, et kaks teie sõpra kutsutakse koju õhtusöögile, kui jätkate kõndimist, ja teil on see olemas. See tähendab, et kolmefaasiline võimsus on sõna otseses mõttes vaid kolm ühefaasilist jõuallikat, mis on vastastikku tasandatud kolmandiku tsükli võrra (või trigonomeetrilises mõttes 120 kraadi võrra). Ühefaasilises toiteallikas muutub iga kord, kui ühekordne pinge korraks nulliks, nii ka väljundvõimsus. Võib-olla saate nüüd aru, miks väikesed seadmed, mida väga lühikesed aegumised eriti ei mõjuta, võimsusega, võivad töötada ühefaasilise võimsusega, samas kui suured masinad, mis töötavad suure võimsusega (võimsuse) tasemel ei saa; need vajavad suurt ja ühtlast toiteallikat.

Kõigist eelnevatest on lihtsam aru saada, kui uurida pinge graafikut vs. kolmefaasilise toiteallika aeg (vt Ressursid). Selles graafikus on üksikud faasid graafiliselt punase, lilla ja sinise joonega. Need summeeruvad alati nullini, kuid nende ruutude summa on positiivne ja konstantne. Seega, kui R on muutumatu väärtus, on nende seadistuste võimsus P samuti konstantne seose P = V tõttu²/R.

Ühefaasilise toiteallika jaoks pole pingeid, mida kokku võtta, ja ühefaasiline pinge läbib nullpunkti 120 korda sekundis. Nendel hetkedel langeb võimsus nulli, kuid taastub piisavalt kiiresti, nii et väiksematel tuledel, seadmetel ja mujal ei teki märgatavaid katkestusi.

Kui teil on kolmefaasiline mootor suuremas seadmes, näiteks tööstusliku suurusega õhukompressoris, pole teil sellele juurdepääsu kolmefaasiline toide tänu teie kohaliku võrgu seadistamisele, on olemas lahendused, mida saate kasutada oma seadme nõuetekohaseks saamiseks toitega. (Üks neist on kolmefaasilise mootori asendamine ühefaasilise mootoriga, kuid see pole kaugeltki nii tark kui muud lahendused.)

Saadaval on arvukalt kolmefaasilisi muundureid. Üks neist, a staatiline muundur, kasutab ära asjaolu, et kuigi kolmefaasiline mootor ei saa käivituda ühefaasilise toitega, võib see pärast käivitamist jääda töötama ühefaasilise toitega. Staatiline muundur teeb seda kondensaatorite abil (seadmed, mis suudavad laadida laengut), mis võimaldab staatilist muundurit seista ühes faasis, ehkki ebaefektiivsel viisil, mis tagab mootori efektiivse eluea vähenemise span. A pöördfaasimuundurseevastu toimib omamoodi kombinatsioonina kolmefaasilisest asendusmootorist ja sõltumatust generaatorist. See seade sisaldab tühikäigul töötavat mootorit, mis pärast liikuma panemist ei keera vanemas ühtegi liikuvat osa masinaid, kuid genereerib selle asemel, et kogu seade saaks mõistlikult jäljendada kolmefaasilist elektrisüsteemi hästi. Lõpuks a muutuva sagedusega ajam (VFD) kasutab komponente, mida nimetatakse inverteriteks, mida saab kasutada vahelduvvoolu loomiseks peaaegu iga soovitud sagedusega ja tavalise kolmefaasilise mootori sisemuse paljundamiseks.

Ükski neist muunduritest pole ideaalne, liha saab kergelt lõigata vaid leivanoa abil. Kuid leivanuga on parem kui paljad käed ja nii on neil muunduritel tegelikult hea käepärast olla, kui töötate sageli võimsanäljaste masinate ja tööriistadega.