Hvordan konvertere enfase til trefasekraft

I USA er det meste som kommer inn i folks hjem, enfaset kraft. Kraften som genereres ved kraftkraftverket er imidlertid trefaset kraft. Dette er ideen bak de store overføringslinjene du ser festet til høye tårn - disse linjene skal overføres som mye spenning som er mulig over lange avstander før denne kraften blir "tappet" og levert til nabolag på en kraftig redusert Spenning.

Enfaset strøm er tilstrekkelig for praktisk talt alle husholdningsapparater, mens industrielle omgivelser med tungt utstyr krever trefasekraft. Men hva om du trenger trefasekraft og alt du har er enfasestrømmen som kommer inn i hjemmet ditt?

• Informasjonen her er kun ment for akademiske formål - ikke instruksjon. Du må aldri eksperimentere med eller endre elektriske ledninger hjemme eller andre steder, med mindre du er spesielt opplært for jobben.

Se for deg selv og to av dine (åpenbart kjede) venner som går frem og tilbake i en rask hastighet på 2 meter per sekund (ca. 4,5 miles i timen) langs en sti som går nord-sør og måler 60 meter fra ende til slutt. Hver av dere starter midtpunktet på denne stien, går til den nordlige enden, kommer tilbake til starten, fortsetter går til motsatt ende, og returnerer igjen til midten, og fullfører derved en 120 meter "runde" eller syklus. Fordi hver av dere går 2 meter per sekund, tar en rundtur hver person nøyaktig 60 sekunder.

Anta videre at "status" hver av dere ved startpunktet er null. Du får en statusenhet for hver meter du går nordover og mister en statusenhet for hver meter du går sørover. Når en av dere når den nordlige enden av stien, har denne personen således status 30, mens alle som tar svingen i den sørlige enden har status -30. Du innser at dere tre maksimalt kan skille dere fra hverandre ved å starte 20 sekunder fra hverandre, fordi hver krets tar 60 sekunder, og det er tre av dere, og 60 delt på 3 er 20. Hvis du gjør algebra, finner du ut at når en av dere har maksimert "statusen" til en verdi av 30 ved å nå den nordlige enden, kommer de andre to passerer hverandre halvveis langs den sørlige delen, den ene ledes nordover og den andre går sørover, hvor hver rullator har status -15. Hvis du legger til statusverdiene dine sammen på et slikt tidspunkt, summerer de seg til 30 + (-15) + (-15) = 0. Det er mulig å vise at summen av alle statusverdiene til enhver tid faktisk er 0 så lenge dere tre er helt forskjøvet som beskrevet.

Dette tilbyr en modell av hvordan trefaset elektrisk strøm ser ut, bortsett fra at "spenning" er erstattet med "status", og i stedet for at en syklus oppstår hvert 60. sekund, oppstår 60 spenningssykluser hvert sekund. I tillegg til at hver person passerer startpunktet to ganger i minuttet, går spenningen gjennom nullpunktet 120 ganger per sekund.

På grunn av måten strøm, strøm og spenning er matematisk relatert til, forblir trefasekraft på et konstant, ikke-null nivå, selv om de tre individuelle spenningene når som helst til null. Dette forholdet er:

P = V²/ R

Her er P kraft i watt, V er spenning i volt og R er elektrisk motstand i enheter kalt ohm. Du kan se at negative spenninger bidrar til kraft fordi kvadrering av et negativt tall gir en positiv verdi. Den totale effekten i et trefasesystem er bare summen av kraften til de tre individuelle effektverdiene i hver fase.

Også, hvis du noen gang fant deg selv lurer på hvordan vekselstrøm (AC) fikk navnet sitt, har du nå svaret ditt. Spenningen er aldri jevn i verken enfasede eller trefasede systemer, og som et resultat er ingen av dem strøm; disse er relatert av Ohms lov, som er V = IR, hvor jeg står for strømmen i ampere ("ampere").

For å utvide kompisene som går frem og tilbake til enfasekraft, kan du bare forestille deg at to av vennene dine blir kalt hjem til middag mens du fortsetter å gå, og der har du det. Det vil si at trefasekraft bokstavelig talt bare er tre enfasede kraftkilder som gjensidig kompenseres av en tredjedel av en syklus (eller i trigonometriske termer, med 120 grader). I en enfaset strømforsyning, hver gang den enkle spenningen kort blir null, blir også kraftuttaket. Du kan kanskje forstå nå hvorfor små apparater, som ikke blir påvirket av veldig korte bortfall kraft, kan kjøre på enfaset kraft, mens store maskiner som opererer på høyt effektnivå (effekt) kan ikke; de krever en stor og jevn strømforsyning.

Alt det foregående forstås lettere ved å konsultere en graf over spenning vs. tid for en trefaset strømforsyning (se Ressurser). I denne grafen er de enkelte fasene tegnet med røde, lilla og blå linjer. Disse summerer alltid til null, men summen av kvadratene er positiv og konstant. Således gitt en uendret verdi på R, er kraften P i disse oppsettene også konstant på grunn av forholdet P = V²/R.

For en enfasetilførsel er det ingen spenninger å oppsummere, og spenningen til enfase passerer gjennom nullpunktet 120 ganger per sekund. I disse øyeblikkene faller strømmen til null, men gjenoppretter seg raskt nok til at mindre lys, apparater og så videre ikke opplever merkbare forstyrrelser.

Hvis du har en trefasemotor i en større enhet som en luftkompressor i industriell størrelse og ikke har klar tilgang til trefasekraft på grunn av måten ditt lokale nett er satt opp, er det løsninger du kan bruke for å få utstyret ditt riktig drevet. (En av disse er å bare bytte ut trefasemotoren med en enfasemotor, men dette er ikke så smart som andre løsninger.)

Mange typer trefasekonverterere er tilgjengelige. En av disse, a statisk omformer, utnytter det faktum at mens en trefasemotor ikke kan starte på enfaset effekt, kan den fortsette å gå på enfaset strøm når den er startet. En statisk omformer gjør dette ved hjelp av kondensatorer (enheter som kan lagre ladning), som lar den statiske omformeren stå i en av fasene, om enn på en ineffektiv måte som er sikret for å redusere motorens effektive levetid span. EN rotasjonsfase-omformerfungerer derimot som en slags kombinasjon av en erstatnings trefasemotor og en uavhengig generator. Denne enheten inkluderer en tomgangsmotor, som ikke setter noen bevegelige deler i foreldrene når den er satt i bevegelse maskiner, men genererer i stedet kraft slik at hele oppsettet kan etterligne et trefaset kraftsystem rimelig vi vil. Til slutt, a frekvensomformer (VFD) bruker komponenter som kalles omformere, som kan brukes til å skape vekselstrøm med nesten hvilken som helst ønsket frekvens og replikere de fleste forholdene i en standard trefasemotor.

Ingen av disse omformerne er perfekte, mer enn en brødkniv kan enkelt brukes til å kutte kjøtt. Men en brødkniv er bedre enn bare dine hender, og disse omformerne er faktisk gode å ha for hånden hvis du ofte jobber med kraftige maskiner og verktøy.