Як перетворити однофазну в 3-фазну потужність

У Сполучених Штатах більшість влади, що надходить у доми людей, - це однофазна влада. Однак електроенергія, що виробляється на електростанції, є трифазною. Це ідея тих великих ліній електропередач, які ви бачите прикріпленими до високих веж - ці лінії повинні передавати як велика напруга, яка є можливою на великих відстанях, перш ніж ця потужність буде "прослуховуватися" і доставлятися в райони з дуже зниженим Напруга.

Однофазної потужності вистачає практично на всі побутові прилади, тоді як промислові установки, що мають важке обладнання, вимагають трифазної потужності. Але що, якщо вам потрібно трифазне живлення, і все, що у вас є, - це однофазне живлення, яке надходить у ваш будинок?

Попередження

  • Інформація тут призначена лише для навчальних цілей, а не для навчальних занять. Ніколи не експериментуйте та не змінюйте електричні дроти у своєму будинку або де-небудь ще, якщо ви не пройшли спеціальну підготовку для цієї роботи.

Трифазна потужність: візуальна аналогія

Уявіть себе та двох своїх (очевидно нудних) друзів, що йдуть туди-сюди зі швидкою швидкістю 2 метри за секунду (близько 4,5 миль на годину) вздовж стежки, яка проходить з півночі на південь і має швидкість 60 метрів від кінця до кінець. Кожен з вас починає з середини цього шляху, йде до північного кінця, повертається до початку, продовжує йдучи до протилежного кінця, і повертається знову до середини, провівши тим самим один 120-метровий "круг" або циклу. Оскільки кожен з вас рухається зі швидкістю 2 метри в секунду, одна поїздка в обидва кінці займає у кожної людини рівно 60 секунд.

instagram story viewer

Далі припустимо, що у вихідній точці "статус" кожного з вас дорівнює нулю. Ви отримуєте одну одиницю статусу за кожен метр, який ви проходите на північ, і втрачаєте одиницю статусу за кожен метр, який ви йдете на південь. Таким чином, коли хтось із вас досягає північного кінця шляху, ця людина має статус 30, тоді як кожен, хто робить поворот на південному кінці, має статус -30. Ви усвідомлюєте, що ви втрьох можете максимально відокремитись один від одного, починаючи з 20 секунд один від одного, оскільки кожна схема займає 60 секунд, і вас троє, а 60, поділених на 3, це 20. Якщо ви робите алгебру, ви виявите, що коли один із вас максимізував свій "статус" до значення 30, досягнувши північного кінця, інші два проходять один одного на півдорозі вздовж південної ділянки, одна прямує на північ, а друга - на південь, де кожен ходок має статус -15. Якщо ви додасте значення статусу разом у такий час, вони становлять 30 + (-15) + (-15) = 0. Можна показати, що насправді сума всіх значень вашого статусу в будь-який момент дорівнює 0, доки ви втрьох ідеально схилені, як описано.

Потужність та напруга в ланцюгах змінного струму

Це пропонує модель того, як виглядає трифазна електрична потужність, за винятком "напруги" замінено на "статус" і замість одного циклу, що відбувається кожні 60 секунд, відбувається 60 циклів напруги щосекунди. Плюс, замість того, щоб кожна людина двічі на хвилину проходила вихідну точку, напруга проходить через нульову точку 120 разів на секунду.

Через те, як потужність, сила струму та напруга пов'язані математично, трифазна потужність залишається на постійному, ненульовому рівні, навіть незважаючи на те, що три окремі напруги додають до нуля в будь-який момент. Ці відносини:

P = V2/ Р

Тут P - потужність у ватах, V - напруга у вольтах, R - електричний опір в одиницях, що називаються омами. Ви можете бачити, що негативні напруги сприяють збільшенню потужності, оскільки квадратичне від’ємне число дає позитивне значення. Загальна потужність у трифазній системі - це лише сума потужності трьох окремих значень потужності кожної фази.

Крім того, якщо вам коли-небудь було цікаво, як змінна струм (змінного струму) отримав свою назву, тепер у вас є відповідь. Напруга ніколи не є стабільною ні в однофазних, ні в трифазних системах, і, як наслідок, немає струму; вони пов'язані законом Ома, який дорівнює V = IR, де I означає струм в амперах ("ампер").

Однофазна потужність: розширення аналогії

Щоб поширити аналогію друзів, що йдуть вперед-назад, до однофазної потужності, просто уявіть, що двох ваших друзів викликають додому на вечерю, поки ви продовжуєте ходити, і ось у вас це є. Тобто трифазна потужність - це буквально лише три однофазні джерела живлення, взаємно компенсовані на третину циклу (або в тригонометричному вираженні на 120 градусів). В однофазному блоці живлення кожен раз, коли одна напруга ненадовго стає нульовою, вихідна потужність також змінюється. Ви, мабуть, тепер можете зрозуміти, чому дрібна побутова техніка, на яку дуже не впливають дуже короткі провали потужність, може працювати на однофазному живленні, тоді як великі машини, що працюють на високих потужностях (потужності) не може; вони потребують великого і стабільного джерела живлення.

Все вищесказане легше зрозуміти, проаналізувавши графік напруги проти. час трифазного живлення (див. Ресурси). На цьому графіку окремі фази зображені червоною, фіолетовою та синьою лініями. Вони завжди складають нуль, але сума їх квадратів додатна і постійна. Таким чином, з огляду на незмінне значення R, потужність P у цих установках також є постійною завдяки співвідношенню P = V2/R.

Для однофазного живлення немає підсумованих напруг, а напруга однофазної проходить через нульову точку 120 разів на секунду. У ці моменти потужність падає до нуля, але відновлюється досить швидко, так що менші світильники, електроприлади тощо не відчувають помітних перебоїв.

Однофазне перетворення в трифазне

Якщо у вас трифазний двигун у більшому пристрої, наприклад, повітряному компресорі промислового розміру, і ви не маєте доступу до нього трифазне живлення завдяки тому, як налаштована ваша локальна мережа, є обхідні шляхи, якими ви можете скористатися для належного отримання обладнання з живленням. (Один із них - просто замінити трифазний двигун на однофазний, але це далеко не так розумно, як інші рішення.)

Доступні численні типи трифазних перетворювачів. Один із них, a статичний перетворювач, використовує той факт, що, хоча трифазний двигун не може запуститися на однофазному живленні, він може продовжувати працювати на однофазному живленні після його запуску. Статичний перетворювач робить це за допомогою конденсаторів (пристроїв, які можуть зберігати заряд), що дозволяє статичному перетворювачеві стояти на одній з фаз, хоча і неефективним чином, що гарантує зменшення ефективного ресурсу двигуна проліт. A поворотний фазовий перетворювачз іншого боку, виступає як своєрідна комбінація замінного трифазного двигуна та незалежного генератора. Цей пристрій включає двигун холостого ходу, який після запуску не повертає жодних рухомих частин у батьківському машини, але замість цього генерує електроенергію, щоб вся установка могла імітувати трифазну систему живлення розумно Ну. Нарешті, a привід змінної частоти (VFD) використовує компоненти, звані інверторами, які можна використовувати для створення змінного струму майже на будь-якій бажаній частоті та відтворення більшості умов всередині стандартного трифазного двигуна.

Жоден з цих конвертерів не є ідеальним, не більше ніж хлібний ніж можна використовувати для різання м’яса з легкістю. Але ніж для хліба краще, ніж ваші голі руки, і тому ці перетворювачі насправді добре мати під рукою, якщо ви часто працюєте з енергоємними машинами та інструментами.

Teachs.ru
  • Поділитися
instagram viewer