Kako pretvoriti jednofaznu u trofaznu snagu

U Sjedinjenim Državama većina moći koja ulazi u domove ljudi je jednofazna. Snaga koja se generira u elektrani je trofazna. To je ideja iza onih velikih dalekovoda koje vidite pričvršćene za visoke tornjeve - ove linije trebaju prenositi kao veći napon što je više moguće na velikim udaljenostima prije nego što se ta snaga "natakne" i dostavi u susjedstvo uz jako smanjeno napon.

Jednofazna snaga dovoljna je za gotovo sve kućanske aparate, dok industrijske postavke s teškom opremom zahtijevaju trofaznu snagu. Ali što ako vam treba trofazno napajanje, a sve što imate je jednofazno napajanje koje ulazi u vaš dom?

• Ovdje navedeni podaci namijenjeni su samo u akademske svrhe, a ne za nastavu. Nikada ne eksperimentirajte i ne mijenjajte električne žice u svom domu ili bilo gdje drugdje, osim ako niste posebno obučeni za taj posao.

Zamislite sebe i dvoje svojih (očito dosadnih) prijatelja kako hodaju naprijed-nazad brzom brzinom od 2 metra u sekundi (oko 4,5 milje na sat) stazom koja vodi sjever-jug i mjeri 60 metara od kraja do kraj. Svatko od vas započinje na sredini ove staze, hoda do sjevernog kraja, vraća se na početak, nastavlja hodajući do suprotnog kraja i vraćajući se opet do sredine, završavajući tako jedan krug od 120 metara, ili ciklus. Budući da svatko od vas hoda brzinom od 2 metra u sekundi, jedno kružno putovanje traje svakoj osobi točno 60 sekundi.

Dalje pretpostavimo da je u početnoj točki "status" svatko od vas nula. Dobivate jednu jedinicu statusa za svaki metar koji hodate prema sjeveru i gubite jedinicu statusa za svaki metar koji hodate prema jugu. Dakle, kad god netko od vas dođe do sjevernog kraja staze, ta osoba ima status 30, dok onaj tko skrene na južnom kraju ima status -30. Shvaćate da se vas troje možete maksimalno odvojiti jedni od drugih ako započnete 20 u razmaku od nekoliko sekundi, jer svaki krug traje 60 sekundi, a vas ste troje, a 60 podijeljeno s 3 je 20. Ako napravite algebru, ustanovit ćete da kada jedan od vas maksimizira svoj "status" na vrijednost 30 dosežući sjeverni kraj, druga dva prolaze jedni druge na pola južnog dijela, jedan je krenuo prema sjeveru, a drugi prema jugu, gdje svaki šetač ima status -15. Ako u to vrijeme dodate vrijednosti statusa, zbroje se na 30 + (-15) + (-15) = 0. Moguće je pokazati da je, zapravo, zbroj svih vaših vrijednosti statusa u bilo kojem trenutku 0, sve dok ste vas troje savršeno raspoređeni kako je opisano.

Ovo nudi model kako izgleda trofazna električna snaga, osim što je "napon" zamijenjen "statusom" i umjesto da se svakih 60 sekundi dogodi jedan ciklus, javlja se 60 naponskih ciklusa svake sekunde. Osim toga, umjesto da svaka osoba dva puta u minuti prolazi početnu točku, napon prolazi kroz nultu točku 120 puta u sekundi.

Zbog načina na koji su snaga, struja i napon matematički povezani, trofazna snaga ostaje na konstantnoj, različitoj od nule razini, iako se tri pojedinačna napona u bilo kojem trenutku dodaju na nulu. Ovaj odnos je:

P = V²/ R

Ovdje je P snaga u vatima, V napon u voltima i R električni otpor u jedinicama zvanim ohm. Možete vidjeti da negativni naponi doprinose snazi ​​jer kvadrat negativnog broja daje pozitivnu vrijednost. Ukupna snaga u trofaznom sustavu samo je zbroj snage tri pojedinačne vrijednosti snage svake faze.

Također, ako ste se ikad zapitali kako je izmjenična struja dobila naziv, sada imate svoj odgovor. Napon nikada nije stalan ni u jednofaznim ni u trofaznim sustavima, a kao rezultat toga nije ni struja; oni su povezani Ohmovim zakonom, koji je V = IR, gdje I predstavlja struju u amperima ("pojačala").

Da proširite analogiju parova-hodanja-naprijed-natrag na jednofaznu snagu, jednostavno zamislite da su dvoje vaših prijatelja pozvani kući na večeru dok vi nastavljate hodati i eto vam. Odnosno, trofazna snaga je doslovno samo tri jednofazna izvora energije međusobno kompenzirana za trećinu ciklusa (ili u trigonometrijskom smislu za 120 stupnjeva). U jednofaznom napajanju, svaki put kad napon nakratko postane nula, isto tako i izlazna snaga. Možda sada možete razumjeti zašto mali uređaji, na koje vrlo kratki propadi ne utječu puno snage, mogu raditi na jednofaznom napajanju, dok veliki strojevi koji rade na visokim razinama snage (snage) Ne možete; zahtijevaju veliko i stabilno napajanje.

Sve navedeno je lakše razumjeti pregledavanjem grafa napona vs. vrijeme za trofazno napajanje (vidi Resursi). Na ovom su grafikonu pojedine faze označene crvenim, ljubičastim i plavim crtama. Oni se uvijek zbrajaju na nulu, ali zbroj njihovih kvadrata je pozitivan i konstantan. Dakle, s obzirom na nepromjenjivu vrijednost R, snaga P u tim postavkama je također konstantna zahvaljujući odnosu P = V²/R.

Za jednofazno napajanje nema napona koji se zbrajaju, a napon jednofazne faze prolazi kroz nultu točku 120 puta u sekundi. U tim trenucima snaga pada na nulu, ali se oporavlja dovoljno brzo, tako da manja svjetla, uređaji i tako dalje ne doživljavaju primjetne prekida.

Ako imate trofazni motor u većem uređaju, poput zračnog kompresora industrijske veličine, a nemate spreman pristup trofazno napajanje zahvaljujući načinu postavljanja vaše lokalne mreže, postoje zaobilazna rješenja koja možete koristiti za pravilno postavljanje opreme s pogonom. (Jedna od njih je zamjena trofaznog motora jednofaznim motorom, ali to nije ni približno pametno kao druga rješenja.)

Dostupne su brojne vrste trofaznih pretvarača. Jedan od tih, a statički pretvarač, iskorištava činjenicu da, iako trofazni motor ne može pokrenuti jednofazno napajanje, može nastaviti raditi na jednofaznom napajanju nakon što se pokrene. Statički pretvarač to čini uz pomoć kondenzatora (uređaja koji mogu pohraniti naboj), što omogućava statičkom pretvaraču zauzeti se za jednu od faza, iako na neučinkovit način koji osigurava smanjenje učinkovitog vijeka trajanja motora raspon. A rotacijski pretvarač fazes druge strane djeluje kao svojevrsna kombinacija zamjenskog trofaznog motora i neovisnog generatora. Ovaj uređaj uključuje motor u praznom hodu, koji nakon pokretanja ne okreće niti jedan pokretni dio u roditelju strojevi, ali umjesto toga generira energiju tako da cijela postavka može razumno oponašati trofazni sustav napajanja dobro. Konačno, a pogon promjenjive frekvencije (VFD) koristi komponente zvane pretvarači, koje se mogu koristiti za stvaranje izmjenične struje na gotovo bilo kojoj željenoj frekvenciji i repliciranje većine uvjeta unutar standardnog trofaznog motora.

Nijedan od ovih pretvarača nije savršen, ništa više nego nož za kruh ne može se koristiti za lako rezanje mesa. Nož za kruh bolji je od golih ruku, pa je stoga ove pretvarače zapravo dobro imati pri ruci ako često radite s gladnim strojevima i alatima.