Hogyan lehet átalakítani egyfázisú 3 fázisú energiává

Az Egyesült Államokban az emberek otthonába jutó legtöbb hatalom egyfázisú. A villamos erőműben termelt energia azonban háromfázisú. Ez az ötlet áll azok mögött a nagy távvezetékek mögött, amelyeket a magas tornyokhoz láttál - ezek a vonalak állítólag úgy továbbítanak sok feszültség, ami nagy távolságokon kivitelezhető, mielőtt ezt az energiát "megcsapolják" és nagy mértékben csökkentik a városrészekbe feszültség.

Az egyfázisú energia gyakorlatilag minden háztartási készülékhez elegendő, míg a nehéz berendezéseket tartalmazó ipari beállítások háromfázisú áramot igényelnek. De mi van akkor, ha háromfázisú áramra van szüksége, és csak az egyfázisú áram kell a házába?

• Az itt szereplő információk csak tudományos célokra szolgálnak - nem oktató jellegűek. Soha ne kísérletezzen és ne változtasson az elektromos vezetéken otthonában vagy bárhol máshol, hacsak nem külön erre a célra készült.

Képzelje el magát és két (nyilvánvalóan unatkozó) barátját, akik 2 méteres gyorsasággal járnak oda-vissza másodpercenként (kb. 4,5 mérföld per óra) egy észak-dél irányú ösvény mentén, amelynek vége és vége közötti távolság 60 méter vége. Mindannyian ennek az útnak a középpontjánál indulnak, az északi végig járnak, visszatérnek az elejére, folytatják a szemközti vég felé sétál, és visszatér a közepére, ezzel teljesítve egy 120 méteres "kört", ill ciklus. Mivel mindegyikőtök másodpercenként 2 méterrel jár, egy oda-vissza út 60 percet vesz igénybe.

Tegyük fel továbbá, hogy a kiindulási pontnál a "státusz" mindegyikőtök nulla. Minden északra járó méterért egy egység státuszt szerez, és minden egyes dél felé járó méterért elveszít egy egységet. Így amikor valamelyikőtök eléri az ösvény északi végét, annak a személynek a státusa 30, míg a déli végén kanyarodónak -30. Felismeri, hogy hárman maximálisan elválaszthatjátok egymást egymástól a 20-as indulással másodperc különbséggel, mert minden áramkör 60 másodpercet vesz igénybe, és hárman vagytok, és 60 osztva 3-mal 20. Ha megcsinálja az algebrát, akkor azt tapasztalja, hogy amikor valamelyikőtök az északi vég elérésével maximalizálta "állapotát" 30-as értéken, a másik kettő egymás mellett haladnak a déli szakasz mentén, az egyik észak, a másik dél felé tart, ahol minden gyalogos -15 státuszú. Ha ilyenkor összeadja az állapotértékeit, ezek összege 30 + (-15) + (-15) = 0. Megmutatható, hogy valójában az összes státuszértéked összege bármikor 0, amennyiben hárman tökéletesen tántorognak a leírtak szerint.

Ez egy modellt kínál a háromfázisú elektromos teljesítmény kinézetére, kivéve, hogy a "feszültség" "állapot" helyett és 60 másodpercenként egy ciklus helyett 60 feszültségciklus lép fel minden másodpercben. Ráadásul ahelyett, hogy minden ember percenként kétszer haladna át a kiindulási ponton, a feszültség másodpercenként 120-szor halad át a nulla ponton.

A teljesítmény, az áram és a feszültség matematikai összefüggése miatt a háromfázisú teljesítmény állandó, nem nulla szinten marad, annak ellenére, hogy a három egyedi feszültség bármikor nulla értéket ad. Ez a kapcsolat:

P = V²/ R

Itt P a teljesítmény wattban, V a feszültség voltban és R az elektromos ellenállás az ohmos egységekben. Láthatja, hogy a negatív feszültségek hozzájárulnak az energiához, mert a negatív szám négyzete pozitív értéket eredményez. A háromfázisú rendszer teljes teljesítménye csak az egyes fázisok három egyedi teljesítményértékének teljesítménye.

Továbbá, ha valaha is azon gondolkodott, hogy vajon miként kapta a nevét a váltakozó áram (AC), most megvan a válasza. Az egyfázisú vagy a háromfázisú rendszerekben a feszültség soha nem állandó, és ennek következtében sem az áram; ezeket Ohm törvénye kapcsolja össze, amely V = IR, ahol amperben ("amper") állok.

Ahhoz, hogy a haverok-járás-oda-vissza analógiát egyfázisú hatalomra terjessze, egyszerűen képzelje el, hogy két barátját hazahívják vacsorára, miközben folytatja a sétát, és megvan. Vagyis a háromfázisú energia szó szerint csak három egyfázisú áramforrás, amelyet a ciklus egyharmada (vagy trigonometrikus értelemben 120 fokkal) kölcsönösen ellensúlyoz. Az egyfázisú tápegységben minden egyes alkalommal, amikor az egyfeszültség rövid időre nulla lesz, a kimenő teljesítmény is változik. Talán most már megértheti, miért vannak olyan kis készülékek, amelyekre nem nagyon hatnak a nagyon rövid lejáratok teljesítmény, egyfázisú energiával működhet, míg a nagy gépek, amelyek nagy teljesítményű (teljesítmény) szinten működnek nem tud; nagy és egyenletes áramellátást igényelnek.

A fentiek mindegyike könnyebben érthető a feszültség vs. egy háromfázisú tápellátás ideje (lásd a forrásokat). Ebben a grafikonban az egyes fázisokat piros, lila és kék vonalakkal ábrázoljuk. Ezek mindig nulla összegűek, de a négyzeteik összege pozitív és állandó. Ha tehát változatlan R értéket kapunk, a P teljesítmény ezekben a beállításokban is állandó a P = V összefüggés miatt²/R.

Az egyfázisú tápellátáshoz nincsenek összesítő feszültségek, és az egyfázisú feszültség másodpercenként 120-szor halad át a nulla ponton. Ezekben a pillanatokban a teljesítmény nullára csökken, de elég gyorsan helyreáll, így a kisebb lámpák, készülékek és így tovább nem tapasztalható észrevehető megszakítás.

Ha háromfázisú motorja van egy nagyobb eszközben, például egy ipari méretű kompresszorban, és nincs hozzá szabad hozzáférése háromfázisú áramellátás a helyi hálózat felépítésének köszönhetően, vannak olyan megoldások, amelyekkel a berendezés megfelelő beszerzésére használható hajtású. (Ezek egyike a háromfázisú motor egyszerű cseréje egyfázisú motorra, de ez közel sem olyan okos, mint más megoldások.)

Számos típusú háromfázisú átalakító áll rendelkezésre. Ezek egyike, a statikus átalakító, kihasználja azt a tényt, hogy bár egy háromfázisú motor nem indul el egyfázisú energiával, az indítás után egyfázisú energiával is működhet. A statikus átalakító ezt kondenzátorok (töltést tároló eszközök) segítségével teszi, amelyek lehetővé teszik a statikus átalakítót álljon be az egyik fázisba, bár nem hatékony módon, amely garantálja a motor tényleges élettartamának csökkenését span. A forgó fázisátalakítómásrészt egyfajta helyettesítő háromfázisú motor és egy független generátor kombinációjaként működik. Ez az eszköz egy alapjárati motort tartalmaz, amely a mozgásba helyezés után nem forgatja el a szülő egyetlen mozgó alkatrészét sem gépek helyett, hanem energiát termel, hogy a teljes felépítés ésszerűen utánozhassa a háromfázisú villamosenergia-rendszert jól. Végül a változó frekvenciájú meghajtó (VFD) invertereknek nevezett alkatrészeket használ, amelyekkel szinte bármilyen kívánt frekvencián váltakozó áramot lehet létrehozni, és a körülmények többségét meg lehet ismételni egy szokásos háromfázisú motoron belül.

Ezen átalakítók egyike sem tökéletes, a kenyérkésnél könnyebben lehet húsokat vágni. De a kenyér kés jobb, mint a puszta kezed, és ezért ezek a konverterek valóban jóak, ha kéznél vannak, ha gyakran hatalomigényes gépekkel és eszközökkel dolgozol.