Како претворити једнофазну у трофазну снагу

У Сједињеним Државама већина моћи која улази у домове људи је једнофазна. Снага која се производи у електрани је трофазна. Ово је идеја иза оних великих далековода које видите причвршћене за високе куле - ове линије треба да преносе као већи напон што је изводљивији на великим удаљеностима пре него што се та снага "извуче" и достави у суседства на знатно смањеном нивоу Напон.

Једнофазна снага довољна је за готово све кућанске апарате, док индустријска подешавања са тешком опремом захтевају трофазну струју. Али шта ако вам треба трофазно напајање и све што имате је једнофазно напајање које улази у ваш дом?

• Информације овде су намењене само у академске сврхе, а не за наставу. Никада не експериментишите и не мењајте електричне жице у свом дому или било где другде, осим ако за то нисте посебно обучени.

Замислите себе и двоје својих (очигледно досадних) пријатеља како ходају напред-назад брзом брзином од 2 метра у секунди (око 4,5 миље на сат) дуж стазе која пролази север-југ и мери 60 метара од краја до крај. Свако од вас започиње на средини ове стазе, хода до северног краја, враћа се на почетак, наставља ходајући до супротног краја, и враћајући се поново до средине, завршавајући тако један круг од 120 метара, или циклус. Будући да свако од вас хода брзином од 2 метра у секунди, једном кружном путу треба свакој особи тачно 60 секунди.

Даље претпоставимо да је на почетној тачки „статус“ сваког од вас нула. Добијате једну јединицу статуса за сваки метар који ходате према северу и губите јединицу статуса за сваки метар који ходате према југу. Тако кад год неко од вас стигне до северног краја стазе, та особа има статус 30, док свако ко скрене на јужном крају има статус -30. Схватате да се вас троје можете максимално одвојити једни од других ако започнете 20 у размаку од неколико секунди, јер сваки круг траје 60 секунди, а вас је троје, а 60 подељено са 3 је 20. Ако урадите алгебру, открићете да када је један од вас максимизирао свој „статус“ на вредност 30 достизањем северног краја, друга два пролазе једни друге на пола јужног дела, један је кренуо према северу, а други према југу, где сваки шетач има статус -15. Ако у то време додате вредности статуса, оне се збрајају на 30 + (-15) + (-15) = 0. Могуће је показати да је, у ствари, збир свих ваших вредности статуса у било ком тренутку 0, све док сте вас троје савршено распоређени како је описано.

Ово нуди модел како изгледа трофазна електрична снага, осим што је "напон" замењен „статусом“ и уместо да се један циклус јавља сваких 60 секунди, јавља се 60 напонских циклуса сваке секунде. Плус, уместо да свака особа два пута у минути пролази почетну тачку, напон пролази кроз нулту тачку 120 пута у секунди.

Због начина на који су снага, струја и напон математички повезани, трофазна снага остаје на константном, нула нивоу, иако се три појединачна напона у било ком тренутку додају на нулу. Ова веза је:

П = В²/ Р.

Овде је П снага у ватима, В напон у волтима и Р електрични отпор у јединицама званим охм. Можете видети да негативни напони доприносе снази јер квадрат негативног броја даје позитивну вредност. Укупна снага у трофазном систему је само збир снаге три појединачне вредности снаге сваке фазе.

Такође, ако сте се икада запитали како је наизменична струја добила име, сада имате свој одговор. Напон никада није стабилан ни у једнофазним ни у трофазним системима, а као резултат тога није ни струја; ово је повезано са Охмовим законом, који је В = ИР, где И представља струју у амперима („ампере“).

Да проширите аналогију дружења-ходања-назад-напред на једнофазну снагу, једноставно замислите да су двоје ваших пријатеља позвани кући на вечеру док ви настављате да ходате и ето вам. Односно, трофазна снага је буквално само три једнофазна извора енергије међусобно компензована за трећину циклуса (или у тригонометријском смислу за 120 степени). У монофазном напајању, сваки пут када појединачни напон на кратко постане нула, тако и излазна снага. Можда сада можете да схватите зашто мали уређаји, на које врло кратки пропади не утичу много снаге, могу радити на монофазном напајању, док велике машине раде на високом нивоу снаге (снаге) не може; захтевају велико и стабилно напајање.

Све претходно наведено је лакше разумети консултовањем графикона напона вс. време за трофазно напајање (види Ресурси). На овом графикону поједине фазе су означене црвеним, љубичастим и плавим линијама. Они се увек збрајају на нулу, али збир њихових квадрата је позитиван и константан. Тако је дата непроменљива вредност Р, снага П у овим поставкама је такође константна захваљујући односу П = В²/R.

За једнофазно напајање нема напона који се збрајају, а напон једнофазне фазе пролази кроз нулту тачку 120 пута у секунди. У тим тренуцима снага пада на нулу, али се опоравља довољно брзо, тако да мања светла, уређаји и тако даље не доживљавају приметне прекиде.

Ако имате трофазни мотор у већем уређају, као што је ваздушни компресор индустријске величине, а немате спреман приступ трофазно напајање захваљујући начину постављања ваше локалне мреже, постоје заобилазна решења која можете користити за правилно постављање опреме с погоном. (Једна од њих је да се трофазни мотор једноставно замени једнофазним мотором, али ово није ни приближно паметно као друга решења.)

На располагању су бројне врсте трофазних претварача. Један од ових, а статички претварач, искориштава чињеницу да, иако трофазни мотор не може да се покрене на једнофазном напајању, може наставити да ради на једнофазном напајању када се покрене. Статички претварач то ради уз помоћ кондензатора (уређаја који могу да чувају наелектрисање), што омогућава статичком претварачу заузети се за једну од фаза, иако на неефикасан начин који осигурава смањење ефективног века трајања мотора распон. А. ротациони претварач фазес друге стране делује као нека врста комбинације заменског трофазног мотора и независног генератора. Овај уређај укључује мотор у празном ходу, који када се покрене, не окреће ниједан покретни део у родитељу машине, али уместо тога генерише енергију тако да читава поставка може разумно да опонаша трофазни систем напајања па. Коначно, а погон променљиве фреквенције (ВФД) користи компоненте назване претварачима, које се могу користити за стварање наизменичне струје на скоро било којој жељеној фреквенцији и копирање већине услова унутар стандардног трофазног мотора.

Ниједан од ових претварача није савршен, ништа више него нож за хлеб не може се користити за лако сечење меса. Али нож за хлеб је бољи од ваших голих руку, па је стога ове претвараче заправо добро имати при руци ако често радите са машинама и алатима гладним електричне енергије.