Kā pārveidot vienfāzes par 3 fāžu jaudu

Amerikas Savienotajās Valstīs lielākā daļa varas, kas nonāk cilvēku mājās, ir vienfāzes. Elektroenerģijas stacijā saražotā jauda tomēr ir trīsfāžu jauda. Šī ir ideja aiz tām lielajām pārvades līnijām, kuras redzat piestiprinātas pie augstiem torņiem - šīs līnijas ir paredzēts pārraidīt kā lielu spriegumu, kāds tas ir iespējams lielos attālumos, pirms šī jauda tiek “piespiesta” un piegādāta mikrorajoniem ar ievērojami samazinātu spriegums.

Vienfāzes jauda ir pietiekama praktiski visām mājsaimniecības ierīcēm, turpretim rūpnieciskiem iestatījumiem ar smagu aprīkojumu ir nepieciešama trīsfāžu jauda. Bet ko tad, ja jums ir nepieciešama trīsfāzu jauda, ​​un viss, kas jums ir, ir vienfāzes enerģija, kas nonāk jūsu mājās?

• Šeit sniegtā informācija ir paredzēta tikai akadēmiskām vajadzībām, nevis mācību vajadzībām. Nekad neeksperimentējiet un nemainiet elektrības vadus savās mājās vai citur, ja vien neesat īpaši apmācīts šim darbam.

Iedomājieties sevi un divus savus (acīmredzami garlaicīgi) draugus staigājam turp un atpakaļ ar ātru 2 metru ātrumu sekundē (apmēram 4,5 jūdzes stundā) pa ceļu, kas iet uz ziemeļiem uz dienvidiem un ir 60 metrus no gala līdz beigas. Katrs no jums sākas šī ceļa viduspunktā, iet līdz ziemeļu galam, atgriežas sākumā, turpina ejot uz pretējo galu un atkal atgriežoties vidū, tādējādi veicot vienu 120 metru "apli" vai cikls. Tā kā katrs no jums staigā ar ātrumu 2 metri sekundē, viens brauciens turp un atpakaļ katram cilvēkam prasa tieši 60 sekundes.

Pieņemsim arī, ka sākuma punktā katra no jums "statuss" ir nulle. Jūs iegūstat vienu statusa vienību par katru metru, kuru ejat uz ziemeļiem, un zaudējat statusa vienību par katru metru, kuru ejat uz dienvidiem. Tādējādi ikreiz, kad kāds no jums nonāk ceļa ziemeļu galā, šai personai ir statuss 30, bet ikvienam, kurš pagriežas dienvidu galā, statuss ir -30. Jūs saprotat, ka trīs no jums var maksimāli atdalīties viens no otra, sākot no 20 sekunžu starplaiks, jo katra ķēde aizņem 60 sekundes un jūs esat trīs, un 60 ir dalītas ar 3 20. Veicot algebru, jūs atklājat, ka tad, kad kāds no jums ir sasniedzis ziemeļu galu, maksimāli palielinot savu "statusu" par vērtību 30, pārējie divi brauc viens otram pusceļā pa dienvidu posmu, viens virzās uz ziemeļiem, bet otrs - uz dienvidiem, kur katram gājējam ir statuss -15. Ja vienā laikā pievienojat savas statusa vērtības, tās summējas līdz 30 + (-15) + (-15) = 0. Ir iespējams parādīt, ka patiesībā visu jūsu statusa vērtību summa jebkurā laikā ir 0, ja vien jūs visi esat perfekti sadalīti, kā aprakstīts.

Tas piedāvā trīsfāzu elektriskās strāvas izskata modeli, izņemot to, ka ir "spriegums" aizstāj ar statusu un tā vietā, lai viens cikls notiktu ik pēc 60 sekundēm, notiek 60 sprieguma cikli katru sekundi. Turklāt tā vietā, lai katrs cilvēks divreiz minūtē izietu no sākuma punkta, spriegums iet caur nulles punktu 120 reizes sekundē.

Sakarā ar to, kā jauda, ​​strāva un spriegums ir matemātiski saistīti, trīsfāžu jauda paliek nemainīgā, nulles līmenī, kaut arī trīs atsevišķi spriegumi jebkurā laikā palielina nulli. Šīs attiecības ir:

P = V²/ R

Šeit P ir jauda vatos, V ir spriegums voltos un R ir elektriskā pretestība vienībās, ko sauc par omiem. Var redzēt, ka negatīvie spriegumi veicina jaudu, jo kvadrātā ievietojot negatīvu skaitli, iegūst pozitīvu vērtību. Trīsfāžu sistēmā kopējā jauda ir tikai katras fāzes trīs atsevišķo jaudas vērtību jaudas summa.

Turklāt, ja kādreiz esat domājis, kā maiņstrāva (maiņstrāva) ieguva savu vārdu, jums tagad ir atbilde. Spriegums nekad nav vienmērīgs ne vienfāzes, ne trīsfāzu sistēmās, un tāpēc tā nav arī strāva; tos saista Ohma likums, kas ir V = IR, kur es apzīmēju strāvu ampēros ("ampēri").

Lai paplašinātu pals-pastaigas-turp-un-līdzību līdz vienfāzes spēkam, vienkārši iedomājieties, ka divi jūsu draugi tiek aicināti mājās vakariņot, kamēr jūs turpiniet staigāt, un tur jums tas ir. Tas ir, trīsfāzu jauda ir burtiski tikai trīs vienfāzes enerģijas avoti, kurus savstarpēji kompensē trešdaļa cikla (vai trigonometriskā izteiksmē - par 120 grādiem). Vienfāzes strāvas padevē katru reizi, kad viens spriegums īslaicīgi kļūst nulle, tāpat notiek arī jaudas izeja. Varbūt jūs tagad varat saprast, kāpēc mazās ierīces, kuras ļoti neietekmē ļoti īsi pārtraukumi jaudu, var darboties ar vienfāzes strāvu, turpretī lielas mašīnas, kas darbojas ar lielu jaudas (jaudas) līmeni nevar; tiem nepieciešama liela un vienmērīga strāvas padeve.

Viss iepriekšminētais ir vieglāk saprotams, aplūkojot sprieguma grafiku vs. laiks trīsfāzu barošanas avotam (sk. Resursus). Šajā diagrammā atsevišķas fāzes tiek attēlotas sarkanās, violetās un zilās līnijās. Tie vienmēr ir līdz nullei, bet to kvadrātu summa ir pozitīva un nemainīga. Tādējādi, ņemot vērā nemainīgu R vērtību, jauda P šajos uzstādījumos ir nemainīga, pateicoties sakarībai P = V²/R.

Vienfāzes padevei nav saspiešanas, un vienas fāzes spriegums iziet cauri nulles punktam 120 reizes sekundē. Šajos brīžos jauda nokrītas līdz nullei, bet atjaunojas pietiekami ātri, lai mazākiem lukturiem, ierīcēm un tā tālāk nerastos jūtami pārtraukumi.

Ja jums ir trīsfāžu motors lielākā ierīcē, piemēram, rūpnieciska izmēra gaisa kompresorā, un jums nav gatavas piekļuves trīsfāzu jauda vietējā tīkla iestatīšanas dēļ, ir dažādi risinājumi, kurus varat izmantot, lai pareizi iegūtu aprīkojumu darbināms. (Viens no tiem ir trīsfāzu motora vienkārša nomaiņa ar vienfāzes motoru, taču tas ne tuvu nav tik gudrs kā citi risinājumi.)

Pieejami daudzi trīsfāžu pārveidotāju veidi. Viens no šiem, a statiskais pārveidotājs, izmanto to, ka, lai gan trīsfāzu motors nevar darboties ar vienfāzes strāvu, tas var palikt darbināms ar vienfāzes strāvu, tiklīdz tas ir iedarbināts. Statiskais pārveidotājs to dara ar kondensatoru palīdzību (ierīces, kas var uzglabāt uzlādi), kas ļauj statiskajam pārveidotājam iestāties vienā no fāzēm, kaut arī neefektīvā veidā, kas tiek nodrošināts, ka samazinās motora efektīvais kalpošanas laiks laidums. A rotācijas fāzes pārveidotājs, no otras puses, darbojas kā sava veida trīsfāžu motora un neatkarīga ģeneratora kombinācija. Šajā ierīcē ir iekļauts brīvgaitas motors, kas, tiklīdz tas ir iedarbināts, nepagriež nevienu vecāku kustīgo daļu mašīnām, bet tā vietā rada enerģiju, lai visa iekārta varētu pienācīgi atdarināt trīsfāžu enerģijas sistēmu labi. Visbeidzot, a mainīgas frekvences piedziņa (VFD) izmanto komponentus, ko sauc par invertoriem, kurus var izmantot, lai radītu maiņstrāvu gandrīz jebkurā vēlamajā frekvencē un atkārtotu lielāko daļu apstākļu standarta trīsfāžu motora iekšienē.

Neviens no šiem pārveidotājiem nav ideāls, gaļas griešanai ar vieglumu var izmantot tikai maizes nazi. Bet maizes nazis ir labāks par jūsu kailajām rokām, un tāpēc šie pārveidotāji patiešām ir labi, ja jums ir darbs, ja jūs bieži strādājat ar enerģiju alkstošām mašīnām un instrumentiem.