Cum se convertește puterea monofazată la puterea trifazată

În Statele Unite, cea mai mare putere care intră în casele oamenilor este o singură fază. Cu toate acestea, puterea generată la centrala electrică este trifazată. Aceasta este ideea din spatele acelor linii mari de transmisie pe care le vedeți atașate la turnuri înalte - aceste linii ar trebui să transmită ca multă tensiune posibilă pe distanțe lungi înainte ca această putere să fie „exploatată” și livrată cartierelor la un nivel foarte redus Voltaj.

Puterea monofazată este suficientă pentru aproape toate aparatele de uz casnic, în timp ce setările industriale cu echipamente grele necesită alimentare trifazată. Dar dacă ai nevoie de energie trifazată și tot ce ai este puterea monofazată care intră în casa ta?

• Informațiile de aici sunt destinate exclusiv scopurilor academice - nu instructive. Nu experimentați și nu modificați niciodată firele electrice de acasă sau oriunde altundeva, cu excepția cazului în care ați fost instruit în mod specific pentru acest post.

Imaginați-vă pe dvs. și pe doi dintre prietenii voștri (evident plictisiți) mergând înainte și înapoi cu o viteză rapidă de 2 metri pe secundă (aproximativ 4,5 mile pe oră) de-a lungul unei cărări care rulează nord-sud și măsoară 60 de metri de la capăt la sud Sfârșit. Fiecare dintre voi începe la mijlocul acestei cărări, merge până la capătul nordic, se întoarce la început, continuă mergând până la capătul opus și se întoarce din nou la mijloc, completând astfel un „tur” de 120 de metri sau ciclu. Deoarece fiecare dintre voi merge cu 2 metri pe secundă, o călătorie dus-întors durează fiecare persoană exact 60 de secunde.

Să presupunem în plus că, la punctul de plecare, „starea” fiecăruia dintre voi este zero. Câștigi o unitate de statut pentru fiecare metru pe care mergi spre nord și pierzi o unitate de statut pentru fiecare metru pe care mergi spre sud. Astfel, ori de câte ori unul dintre voi ajunge la capătul nordic al cărării, persoana respectivă are un statut de 30, în timp ce oricine face virajul la capătul sudic are un statut de -30. Recunoașteți că voi trei vă puteți separa maxim unul de celălalt începând cu 20 secunde distanță, deoarece fiecare circuit durează 60 de secunde și sunteți trei dintre voi, iar 60 împărțit la 3 este 20. Dacă faceți algebra, veți descoperi că atunci când unul dintre voi v-a maximizat „statutul” la o valoare de 30 ajungând la capătul nordic, celelalte două se trec unul pe altul la jumătatea drumului de-a lungul secțiunii sudice, unul îndreptându-se spre nord și celălalt îndreptându-se spre sud, unde fiecare pasager are statutul de -15. Dacă adăugați valorile de stare împreună la un moment dat, acestea însumează 30 + (-15) + (-15) = 0. Este posibil să se arate că, de fapt, suma tuturor valorilor dvs. de stare în orice moment este 0, atâta timp cât voi trei sunteți perfect eșalonat așa cum este descris.

Acesta oferă un model de aspect al puterii electrice trifazate, cu excepția faptului că este „tensiunea” înlocuit cu „stare” și în loc să apară un ciclu la fiecare 60 de secunde, apar 60 de cicluri de tensiune fiecare secundă. În plus, în loc ca fiecare persoană să treacă de punctul de plecare de două ori pe minut, tensiunea trece prin punctul zero de 120 de ori pe secundă.

Datorită modului în care puterea, curentul și tensiunea sunt legate matematic, puterea trifazată rămâne la un nivel constant, diferit de zero, chiar dacă cele trei tensiuni individuale se adaugă la zero în orice moment. Această relație este:

P = V²/ R

Aici P este putere în wați, V este tensiune în volți și R este rezistență electrică în unități numite ohmi. Puteți vedea că tensiunile negative contribuie la putere, deoarece pătratul unui număr negativ produce o valoare pozitivă. Puterea totală într-un sistem trifazat este doar suma puterii celor trei valori individuale ale puterii fiecărei faze.

De asemenea, dacă v-ați trebuit vreodată să vă întrebați cum a primit numele curentului alternativ (AC), acum aveți răspunsul dvs. Tensiunea nu este niciodată stabilă nici în sistemele monofazate, nici în cele trifazate și, ca urmare, nici una nu este curentă; acestea sunt legate de legea lui Ohm, care este V = IR, unde I reprezintă curentul în amperi („amperi”).

Pentru a extinde analogia amicii-mers-înainte-și-înapoi la puterea monofazată, imaginați-vă pur și simplu că doi dintre prietenii dvs. sunt chemați acasă la cină în timp ce continuați să mergeți, și acolo îl aveți. Adică, puterea trifazată este literalmente doar trei surse de energie monofazate, compensate reciproc cu o treime dintr-un ciclu (sau în termeni trigonometrici, cu 120 de grade). Într-o sursă de alimentare monofazată, de fiecare dată când tensiunea unică devine pe scurt zero, la fel și puterea de ieșire. Poate înțelegeți acum de ce aparatele mici, care nu sunt afectate prea mult de scurgerile foarte scurte de putere, poate funcționa cu energie monofazată, în timp ce mașinile mari care funcționează la niveluri ridicate de putere (putere) nu poti; necesită o sursă de alimentare mare și constantă.

Toate cele de mai sus sunt mai ușor de înțeles consultând un grafic al tensiunii vs. timpul pentru o sursă de alimentare trifazată (vezi Resurse). În acest grafic, fazele individuale sunt reprezentate grafic în linii roșii, violete și albastre. Acestea sunt întotdeauna la zero, dar suma pătratelor lor este pozitivă și constantă. Astfel, având o valoare neschimbată de R, puterea P în aceste setări este, de asemenea, constantă datorită relației P = V²/R.

Pentru o alimentare monofazată, nu există tensiuni de rezumat, iar tensiunea monofazată trece prin punctul zero de 120 de ori pe secundă. În aceste momente, puterea scade la zero, dar se recuperează suficient de repede, astfel încât luminile mai mici, aparatele și așa mai departe să nu experimenteze întreruperi vizibile.

Dacă aveți un motor trifazat într-un dispozitiv mai mare, cum ar fi un compresor de aer de dimensiuni industriale, și nu aveți acces imediat putere trifazată datorită modului în care este configurată rețeaua locală, există soluții alternative pe care le puteți utiliza pentru a obține echipamentul corect alimentat. (Una dintre acestea este înlocuirea pur și simplu a motorului trifazat cu un motor monofazat, dar acest lucru nu este aproape la fel de inteligent ca alte soluții.)

Sunt disponibile numeroase tipuri de convertoare trifazate. Una dintre acestea, a convertor static, profită de faptul că, în timp ce un motor trifazat nu poate porni cu putere monofazată, acesta poate rămâne în funcțiune cu putere monofazată odată ce este pornit. Un convertor static face acest lucru cu ajutorul condensatoarelor (dispozitive care pot stoca încărcarea), care permite convertizorului static stați în una dintre faze, deși într-un mod ineficient, care este asigurat de scăderea duratei de viață eficiente a motorului span. A convertor de fază rotativăpe de altă parte, acționează ca un fel de combinație a unui motor trifazat substitut și a unui generator independent. Acest dispozitiv include un motor de ralanti, care, după ce este pus în mișcare, nu întoarce nicio piesă în mișcare în părinte mașini, dar în schimb generează energie, astfel încât întreaga configurare să poată imita în mod rezonabil un sistem de alimentare trifazat bine. În cele din urmă, a unitate de frecvență variabilă (VFD) folosește componente numite invertoare, care pot fi utilizate pentru a crea curent alternativ la aproape orice frecvență dorită și pentru a reproduce majoritatea condițiilor din interiorul unui motor trifazat standard.

Niciunul dintre acești convertoare nu este perfect, mai mult decât un cuțit de pâine poate fi folosit pentru a tăia carnea cu ușurință. Dar un cuțit pentru pâine este mai bun decât mâinile goale și, prin urmare, acești convertoare sunt de fapt bine să aveți la îndemână dacă lucrați adesea cu mașini și unelte înfometate.