Kaip konvertuoti vieno fazės į 3 fazių galią

Jungtinėse Valstijose daugiausiai valdžios, patenkančios į žmonių namus, yra vienos fazės galia. Tačiau elektros jėgainėje gaminama galia yra trifazė. Tai idėja, susijusi su tomis didelėmis perdavimo linijomis, kurias matote pritvirtintas prie aukštų bokštų - šios linijos turėtų perduoti kaip didelę įtampą, kiek įmanoma dideliais atstumais, kol ši energija bus „panaudota“ ir pristatyta į rajonus labai sumažėjus Įtampa.

Vienfazio maitinimo pakanka praktiškai visiems buitiniams prietaisams, o pramoninėms aplinkoms, kuriose naudojama sunki įranga, reikalinga trifazė energija. Bet ką daryti, jei jums reikalinga trifazė energija ir viskas, ką turite, yra vienfazis maitinimas, patenkantis į jūsų namus?

• Čia pateikta informacija skirta tik akademiniams tikslams, o ne mokomajai. Niekada neeksperimentuokite ir nekeiskite elektros laidų namuose ar kitur, nebent esate specialiai apmokyti šiam darbui.

Įsivaizduokite save ir du savo (akivaizdžiai nuobodžius) draugus, einančius pirmyn ir atgal greitu 2 metrų greičiu per sekundę (apie 4,5 mylios per valandą) keliu, einančiu į šiaurę – pietus ir kurio ilgis siekia 60 metrų galas. Kiekvienas iš jūsų prasideda šio kelio viduryje, eina į šiaurinį galą, grįžta į pradžią, tęsia toliau eidamas į priešingą galą ir vėl grįždamas į vidurį, taip įveikdamas vieną 120 metrų „ratą“ arba ciklas. Kadangi kiekvienas iš jūsų einate 2 metrų per sekundę greičiu, viena kelionė pirmyn ir atgal kiekvienam žmogui užtrunka tiksliai 60 sekundžių.

Dar tarkime, kad pradiniame taške kiekvieno iš jūsų „statusas“ yra lygus nuliui. Jūs gaunate vieną statuso vienetą už kiekvieną metrą, kurį einate į šiaurę, ir prarandate statuso vienetą už kiekvieną metrą, kurį einate į pietus. Taigi, kai kas nors iš jūsų pasiekia šiaurinį tako galą, to asmens statusas yra 30, o bet kuriam posūkiui pietiniame gale - -30. Jūs pripažįstate, kad visi trys galite maksimaliai atsiskirti vienas nuo kito pradėdami nuo 20 sekundžių pertrauka, nes kiekviena grandinė trunka 60 sekundžių, o jūs esate trys, o 60 padalyta iš 3 20. Jei atliksite algebrą, pastebėsite, kad kai vienas iš jūsų maksimaliai padidins savo „būseną“ 30 verte, pasiekdamas šiaurinį galą, kiti du praeina vienas kitą pusiaukelėje išilgai pietinės atkarpos, viena eina į šiaurę, kita - į pietus, kur kiekvieno vaikštynės statusas yra -15. Jei kartu pridėsite savo būsenos reikšmes, jos bus lygios 30 + (-15) + (-15) = 0. Galima parodyti, kad iš tikrųjų visų jūsų būsenos reikšmių suma bet kuriuo metu yra 0, jei visi trys esate tobulai išskirstyti, kaip aprašyta.

Tai siūlo modelį, kaip atrodo trifazė elektros energija, išskyrus tai, kad „įtampa“ yra „status“ pakeistas ir vietoj vieno ciklo, vykstančio kas 60 sekundžių, įvyksta 60 įtampos ciklų kiekvieną sekundę. Be to, vietoj to, kad kiekvienas žmogus du kartus per minutę praeitų pradinį tašką, įtampa per nulinį tašką praeina 120 kartų per sekundę.

Dėl to, kaip galia, srovė ir įtampa yra matematiškai susiję, trifazė galia išlieka pastoviu, nulio lygiu, nors trys atskiros įtampos bet kuriuo metu padidėja iki nulio. Šie santykiai yra:

P = V²/ R

Čia P yra galia vatais, V yra įtampa voltais, o R yra elektrinė varža, vadinama omais. Galite pastebėti, kad neigiama įtampa prisideda prie galios, nes kvadratu padarius neigiamą skaičių gaunama teigiama reikšmė. Bendra galia trifazėje sistemoje yra tik trijų atskirų kiekvienos fazės galios verčių galios suma.

Be to, jei kada nors susimąstėte, kaip kintamoji srovė (AC) gavo savo vardą, dabar turite savo atsakymą. Nei vienfazėse, nei trifazėse sistemose įtampa niekada nebūna pastovi, todėl nėra ir srovės; tai sieja Ohmo dėsnis, kuris yra V = IR, kur aš reiškiu srovę amperais („amperais“).

Norėdami išplėsti draugių, vaikščiojimo pirmyn ir atgal analogiją į vienos fazės galią, paprasčiausiai įsivaizduokite, kad du jūsų draugai yra pašaukti namo vakarieniauti, kol jūs toliau vaikštote, ir jūs turite tai. Tai reiškia, kad trifazis maitinimas yra tiesiog trys vienfaziai energijos šaltiniai, kuriuos abipusiai atsveria trečdalis ciklo (arba trigonometrine prasme - 120 laipsnių). Vienfazio maitinimo šaltinio metu kiekvieną kartą viena įtampa trumpai tampa nulis, taigi ir galia. Turbūt dabar galite suprasti, kodėl smulkūs prietaisai, kuriems mažai įtakos turi labai trumpi įsijungimai galios, gali veikti vienfaze galia, tuo tarpu didelės mašinos, veikiančios esant dideliems galios (galios) lygiams negali; jiems reikalingas didelis ir pastovus maitinimas.

Visa tai, kas išdėstyta pirmiau, yra lengviau suprantama, atsižvelgiant į įtampos grafiką vs. trifazio maitinimo laikas (žr. Ištekliai). Šiame grafike atskiros fazės pavaizduotos raudonomis, violetinėmis ir mėlynomis linijomis. Tai visada lygi nuliui, tačiau jų kvadratų suma yra teigiama ir pastovi. Taigi, atsižvelgiant į nekintančią R vertę, galia P šiuose įrenginiuose taip pat yra pastovi dėl santykio P = V²/R.

Vienfazio maitinimo atveju nėra įtampos, kuri būtų apibendrinta, o vienos fazės įtampa praeina per nulinį tašką 120 kartų per sekundę. Tokiais momentais galia nukrenta iki nulio, tačiau atsistato pakankamai greitai, kad mažesni žibintai, prietaisai ir pan. Nepatirtų pastebimų pertraukimų.

Jei turite trifazį variklį didesniame įrenginyje, pvz., Pramoninio dydžio oro kompresoriuje, ir neturite prieigos prie jo trifazis maitinimas dėl vietinio tinklo nustatymo būdo, yra būdų, kuriuos galite naudoti, kad tinkamai gautumėte savo įrangą varomas. (Vienas iš jų yra paprasčiausiai pakeisti trifazį variklį vienfaziu varikliu, tačiau tai nėra toli gražu taip protinga, kaip kiti sprendimai.)

Yra daugybė trifazių keitiklių tipų. Vienas iš jų, a statinis keitiklis, naudojasi tuo, kad nors trifazis variklis negali įsijungti naudojant vienfazį maitinimą, užvedus jis gali likti veikiantis vienfaziu. Statinis keitiklis tai daro naudodamas kondensatorius (įtaisus, kurie gali laikyti krūvį), kurie leidžia statiniam keitikliui stovėti vienoje iš fazių, nors ir neefektyviu būdu, užtikrinančiu, kad sumažės variklio efektyvus tarnavimo laikas ruožas. A rotacinis fazių keitikliskita vertus, veikia kaip pakaitinio trifazio variklio ir nepriklausomo generatoriaus derinys. Šis prietaisas turi tuščiosios eigos variklį, kuris, įjungus judesį, nepaverčia judančių tėvų dalių mašinų, bet generuoja energiją, kad visa sąranga galėtų pagrįstai imituoti trifazę maitinimo sistemą gerai. Galiausiai, a kintamo dažnio pavara (VFD) naudoja komponentus, vadinamus keitikliais, kurie gali būti naudojami kintamajai srovei sukurti beveik bet kokiu norimu dažniu ir pakartoti daugumą sąlygų standartiniame trifaziame variklyje.

Nei vienas iš šių keitiklių nėra tobulas, bet ne daugiau kaip duonos peilį galima lengvai pjaustyti mėsą. Bet duonos peilis yra geresnis nei plikomis rankomis, todėl šiuos keitiklius iš tikrųjų yra gera turėti, jei dažnai dirbate su jėgos ištroškusiomis mašinomis ir įrankiais.