Трехфазная электрическая мощность - Three-phase electric power

Не путать с Двухфазная электроэнергия.

Трехфазный трансформатор с четырехпроводным выходом для сети 208Y / 120 В: один провод для нейтрали, другие для фаз A, B и C

Трехфазная электрическая мощность это распространенный метод переменный ток электроэнергия поколение, коробка передач, и распределение.^[1] Это тип многофазная система и это наиболее распространенный метод, используемый электрические сети по всему миру для передачи энергии. Он также используется для питания больших моторы и другие тяжелые грузы.

Трехпроводная трехфазная схема обычно более экономична, чем эквивалентная двухпроводная. один этап цепь на той же линии на землю Напряжение потому что он использует меньше проводящего материала для передачи заданного количества электроэнергии.^[2]Полифазные системы питания были независимо изобретены Галилео Феррарис, Михаил Доливо-Добровольский, Йонас Венстрём, Джон Хопкинсон и Никола Тесла в конце 1880-х гг.

Линейное и фазное напряжение

В проводники между источник напряжения и нагрузка называются линиями, а Напряжение между любыми двумя строками называется линейное напряжение. Напряжение, измеренное между любой линией и нейтралью, называется фазное напряжение.^[3] Например, для сети 208/120 вольт линейное напряжение составляет 208 вольт, а фазное напряжение - 120 вольт.

Принцип

Нормализованный формы волны мгновенных напряжений в трехфазной системе за один цикл с увеличением времени вправо. Порядок фаз - 1‑2‑3. Этот цикл повторяется с частота энергосистемы. В идеале каждая фаза Напряжение, ток и мощность смещены относительно других на 120 °.

Линии электропередачи трехфазные

Трехфазный трансформатор (Бекешчаба, Венгрия): слева - первичные провода, а справа - вторичные провода.

В симметричной трехфазной системе электропитания три проводника каждый несут переменный ток одинаковой частоты и амплитуды напряжения относительно общего эталона, но с разностью фаз в одну треть цикла между ними. Общая ссылка обычно соединяется с землей и часто с токоведущим проводом, называемым нейтралью. Из-за разности фаз Напряжение на любом проводнике достигает своего пика на одной трети цикла после одного из других проводников и на одной трети цикла до оставшегося проводника. Эта фазовая задержка обеспечивает постоянную передачу мощности сбалансированной линейной нагрузке. Это также позволяет создавать вращающееся магнитное поле в электрический двигатель и генерировать другие схемы размещения фаз с помощью трансформаторов (например, двухфазную систему с использованием Трансформатор Скотт-Т ). Амплитуда разности напряжений между двумя фазами равна ${displaystyle {sqrt {3}}}$ (1,732 ...) раз больше амплитуды напряжения отдельных фаз.

Симметричные трехфазные системы, описанные здесь, просто называются трехфазные системы потому что, хотя можно спроектировать и реализовать асимметричные трехфазные системы питания (то есть с неравными напряжениями или фазовыми сдвигами), они не используются на практике, поскольку им не хватает наиболее важных преимуществ симметричных систем.

В трехфазной системе, питающей сбалансированную и линейную нагрузку, сумма мгновенных токов трех проводников равна нулю. Другими словами, ток в каждом проводнике по величине равен сумме токов в двух других, но с противоположным знаком. Обратный путь для тока в любом фазном проводе - это два других фазовых проводника.

Преимущества

По сравнению с однофазным источником питания переменного тока, в котором используются два провода (фаза и нейтральный ), трехфазный источник питания без нейтрали и с одинаковым межфазным напряжением и током на фазу может передавать в три раза больше мощности, используя всего в 1,5 раза больше проводов (т. е. три вместо двух). Таким образом, соотношение емкости к материалу проводника удваивается.^[4] Отношение емкости к материалу проводника увеличивается до 3: 1 в незаземленной трехфазной системе и однофазной системе с заземленным центром (или 2,25: 1, если в обеих системах заземления того же калибра, что и у проводов).

Постоянная передача мощности и компенсация фазных токов теоретически возможны с любым числом (более одной) фаз, поддерживая соотношение емкости к материалу проводника, которое в два раза больше, чем у однофазной мощности. Однако двухфазное питание приводит к менее плавному (пульсирующему) крутящему моменту в генераторе или двигателе (что затрудняет плавную передачу мощности), а более трех фаз излишне усложняют инфраструктуру.^[5]

Трехфазные системы также могут иметь четвертый провод, особенно в распределительных сетях низкого напряжения. Это нейтральный провод. Нейтраль позволяет обеспечить три отдельных однофазных источника питания с постоянным напряжением и обычно используется для питания групп жилых домов, каждая из которых один этап нагрузки. Подключения расположены таким образом, чтобы по возможности в каждой группе от каждой фазы потреблялась одинаковая мощность. Далее вверх по распределительная система, токи обычно хорошо сбалансированы. Трансформаторы могут быть подключены таким образом, чтобы они имели четырехпроводную вторичную обмотку, но трехпроводную первичную, при этом допуская несбалансированные нагрузки и связанные с ними нейтральные токи вторичной стороны.

Трехфазные источники питания обладают свойствами, которые делают их очень востребованными в системах распределения электроэнергии:

• Фазные токи имеют тенденцию нейтрализовать друг друга, суммируясь до нуля в случае линейной сбалансированной нагрузки. Это позволяет уменьшить размер нейтрального проводника, поскольку по нему проходит небольшой ток или нет. При сбалансированной нагрузке все фазные проводники проходят одинаковый ток и, следовательно, могут иметь одинаковый размер.
• Передача мощности на линейную сбалансированную нагрузку является постоянной, что помогает снизить вибрации генератора и двигателя.
• Трехфазные системы могут производить вращающееся магнитное поле с заданным направлением и постоянной величиной, что упрощает конструкцию электродвигателей, так как не требуется пусковая цепь.

Большинство бытовых нагрузок однофазные. В домах в Северной Америке трехфазное питание может питать многоквартирный дом, но бытовые нагрузки подключаются только как однофазные. В районах с более низкой плотностью для распределения можно использовать только одну фазу. Некоторые мощные бытовые приборы, такие как электрические плиты и сушилки для одежды, питаются от двухфазная система на 240 вольт или только от двух фаз трехфазной системы на 208 вольт.

Последовательность фаз

Проводка для трех фаз обычно обозначается цветовым кодом, который зависит от страны. Подключение фаз в правильном порядке требуется для обеспечения заданного направления вращения трехфазных двигателей. Например, насосы и вентиляторы могут не работать в обратном направлении. Сохранение идентичности фаз требуется, если существует возможность одновременного подключения двух источников; прямое соединение между двумя разными фазами - короткое замыкание.

Производство и распространение

Смотрите также: Электроэнергия по странам

Анимация трехфазного тока

Изображение слева: элементарный шестипроводный трехфазный генератор переменного тока, в котором каждая фаза использует отдельную пару проводов передачи.^[6] Изображение справа: элементарный трехпроводной трехфазный генератор переменного тока, показывающий, как фазы могут делить только три провода.^[7]

На электростанция, электрический генератор преобразует механическую мощность в набор из трех AC электрические токи, по одному с каждой катушки (или обмотки) генератора. Обмотки расположены так, что токи имеют одинаковую частоту, но с пиками и впадинами их волна формирует смещение, чтобы обеспечить три дополнительных тока с разделением фаз в одну треть цикла (120 ° или^2π⁄₃ радианы ). В частота генератора обычно 50 или 60 Гц, в зависимости от страны.

На электростанции, трансформаторы измените напряжение с генераторов на уровень, подходящий для коробка передач чтобы минимизировать потери.

После дальнейших преобразований напряжения в сети передачи, напряжение окончательно преобразуется в стандартное использование до подачи электроэнергии потребителям.

Большинство автомобильных генераторов генерируют трехфазный переменный ток и преобразуют его в постоянный ток с помощью диодный мост.^[8]

Трансформаторные соединения

Обмотка трансформатора, соединенная «треугольником», включается между фазами трехфазной системы. Трансформатор типа "звезда" соединяет каждую обмотку от фазного провода с общей нейтралью.

Можно использовать один трехфазный трансформатор или три однофазных трансформатора.

В системе «открытый треугольник» или «V» используются только два трансформатора. Замкнутый треугольник, состоящий из трех однофазных трансформаторов, может работать как открытый треугольник, если один из трансформаторов вышел из строя или его необходимо удалить.^[9] В разомкнутом треугольнике каждый трансформатор должен пропускать ток для своих соответствующих фаз, а также ток для третьей фазы, поэтому мощность снижается до 87%. При отсутствии одного из трех трансформаторов и оставшихся двух с КПД 87% мощность составляет 58% (²⁄₃ 87%).^[10][11]

Если система с питанием по треугольнику должна быть заземлена для обнаружения паразитного тока на землю или защиты от перенапряжения, заземляющий трансформатор (обычно зигзагообразный трансформатор ) может быть подключен, чтобы токи замыкания на землю возвращались с любой фазы на землю. Другой вариант - это система "треугольник с заземлением", которая представляет собой замкнутый треугольник, заземленный на одном из переходов трансформаторов.^[12]

Трехпроводные и четырехпроводные схемы

Схема звезды (Y) и треугольника (Δ)

Существует две основные трехфазные конфигурации: звезда (Y) и треугольник (Δ). Как показано на схеме, дельта-конфигурация требует только трех проводов для передачи, но конфигурация звезда (звезда) может иметь четвертый провод. Четвертый провод, если он есть, предоставляется как нейтраль и обычно заземляется. Обозначения трех- и четырехпроводной схемы не учитывают провод заземления присутствует над многими линиями передачи, что предназначено исключительно для защиты от неисправностей и не пропускает ток при нормальном использовании.

Четырехпроводная система с симметричным напряжением между фазой и нейтралью получается, когда нейтраль соединяется с «общей точкой звезды» всех обмоток питания. В такой системе все три фазы будут иметь одинаковую величину напряжения относительно нейтрали. Были использованы другие несимметричные системы.

Четырехпроводная система «звезда» используется, когда необходимо обслуживать смесь однофазных и трехфазных нагрузок, например, смешанные нагрузки освещения и двигателя. Примером применения является местное распределение в Европе (и в других местах), где каждый потребитель может получать питание только от одной фазы и нейтрали (что является общим для трех фаз). Когда группа потребителей, совместно использующих нейтраль, потребляет неравные фазные токи, общий нейтральный провод переносит токи, возникающие в результате этих дисбалансов. Инженеры-электрики пытаются спроектировать трехфазную систему питания для любого места так, чтобы мощность, потребляемая от каждой из трех фаз, была одинаковой, насколько это возможно на этом участке.^[13] Инженеры-электрики также стараются организовать распределительную сеть таким образом, чтобы нагрузки были максимально сбалансированы, поскольку те же принципы, которые применяются к отдельным помещениям, также применимы к электроэнергии крупномасштабной системы распределения. Следовательно, органы снабжения прилагают все усилия для распределения мощности, потребляемой на каждой из трех фаз, по большому количеству помещений, так что в среднем в точке питания наблюдается как можно более сбалансированная нагрузка.

Конфигурация "треугольник-звезда" на сердечнике трансформатора (обратите внимание, что у практического трансформатора обычно разное количество витков на каждой стороне).

Для домашнего использования в некоторых странах, например Великобритания может питать одну фазу и нейтраль на большой ток (до 100А ) к одному свойству, в то время как другие, такие как Германия может поставлять 3 фазы и нейтраль каждому потребителю, но с более низким номиналом предохранителя, обычно 40–63А на фазу, и «вращается», чтобы избежать эффекта увеличения нагрузки на первую фазу.^{[нужна цитата ]}

Трансформатор для "дельта высокой ноги "система, используемая для смешанных однофазных и трехфазных нагрузок в одной и той же распределительной системе. Трехфазные нагрузки, такие как двигатели, подключаются к L1, L2 и L3. Однофазные нагрузки будут подключаться между L1 или L2 и нейтралью, или между L1 и L2. Фаза L3 в 1,73 раза больше напряжения L1 или L2 относительно нейтрали, поэтому эта ветвь не используется для однофазных нагрузок.

На основе соединения звезда (Y) и треугольник (Δ). Как правило, существует четыре различных типа соединения обмоток трехфазного трансформатора для целей передачи и распределения.

• звезда (Y) - звезда (Y) используется для малого тока и высокого напряжения.
• Дельта (Δ) - Дельта (Δ) используются для больших токов и низких напряжений.
• Дельта (Δ) - звезда (Y) используется для повышающих трансформаторов, т. Е. На электростанциях.
• звезда (Y) - Дельта (Δ) используется для понижающих трансформаторов, т.е. в конце передачи.

В Северной Америке дельта высокой ноги Питание иногда используется, когда одна обмотка трансформатора, подключенного по схеме треугольника, питающего нагрузку, имеет центральный отвод, а этот центральный отвод заземлен и подключен как нейтраль, как показано на второй схеме. Эта установка обеспечивает три различных напряжения: если напряжение между центральным ответвлением (нейтралью) и каждым из верхнего и нижнего ответвлений (фаза и противофаза) составляет 120V (100%), напряжение между фазной и противофазной линиями составляет 240 В (200%), а напряжение между нейтралью и «верхней ветвью» составляет ≈ 208 В (173%).^[9]

Причина, по которой используется питание по схеме треугольника, обычно заключается в питании больших двигателей, требующих вращающегося поля. Однако в рассматриваемых помещениях также потребуются «нормальные» североамериканские источники питания 120 В, два из которых выведены (180 градусов «не в фазе») между «нейтралью» и любой из центральных фазовых точек с отводом.

Сбалансированные схемы

В идеально сбалансированном корпусе все три линии имеют одинаковые нагрузки. Изучая схемы, мы можем установить взаимосвязь между линейным напряжением и током, а также напряжением и током нагрузки для нагрузок, соединенных звездой и треугольником.

В сбалансированной системе каждая линия будет производить равные величины напряжения при фазовых углах, одинаково удаленных друг от друга. С V₁ в качестве нашей ссылки и V₃ отстающий V₂ отстающий V₁, с помощью обозначение угла, а V_LN напряжение между линией и нейтралью имеем:^[14]

${displaystyle {egin{aligned}V_{1}&=V_{ ext{LN}}angle 0^{circ },V_{2}&=V_{ ext{LN}}angle {-120}^{circ },V_{3}&=V_{ ext{LN}}angle {+120}^{circ }.end{aligned}}}$

Эти напряжения поступают на нагрузку, подключенную по схеме звезды или треугольника.

Уай (или, звезда; Y)

Трехфазный генератор переменного тока, подключенный по схеме звезды или звезды к нагрузке, подключенной звездой или звездой

Напряжение, воспринимаемое нагрузкой, будет зависеть от подключения нагрузки; для случая звездочки подключение каждой нагрузки к фазному (фазному) напряжению дает:^[14]

${displaystyle {egin{aligned}I_{1}&={frac {V_{1}}{left|Z_{ ext{total}}ight|}}angle (- heta ),[2pt]I_{2}&={frac {V_{2}}{left|Z_{ ext{total}}ight|}}angle left(-120^{circ }- heta ight),[2pt]I_{3}&={frac {V_{3}}{left|Z_{ ext{total}}ight|}}angle left(120^{circ }- heta ight),end{aligned}}}$

куда Z_общий сумма импедансов линии и нагрузки (Z_общий = Z_LN + Z_Y), и θ - фаза полного импеданса (Z_общий).

Разность фазового угла между напряжением и током каждой фазы не обязательно равна 0 и зависит от типа импеданса нагрузки, Z_у. Индуктивные и емкостные нагрузки приводят к тому, что ток либо отстает, либо опережает напряжение. Однако относительный фазовый угол между каждой парой линий (от 1 до 2, от 2 до 3 и от 3 до 1) по-прежнему будет составлять -120 °.

Векторная диаграмма для конфигурации звезды, в которой V_ab представляет линейное напряжение, а V_ан представляет собой фазное напряжение. Напряжения сбалансированы как:

• V_ab = (1∠α - 1∠α + 120 °) √3 | V | ∠α + 30 °
• V_{до н.э} = √3 | V | ∠α - 90 °
• V_ок = √3 | V | ∠α + 150 °

(в данном случае α = 0.)

Применяя Текущий закон Кирхгофа (KCL) к нейтральному узлу три фазных тока суммируются с полным током в нейтральной линии. В сбалансированном случае:

${displaystyle I_{1}+I_{2}+I_{3}=I_{ ext{N}}=0.}$

Дельта (Δ)

Генератор трехфазного переменного тока, подключенный по схеме звезды к нагрузке, соединенной треугольником

В схеме треугольника нагрузки подключаются поперек линий, поэтому нагрузки видят линейные напряжения:^[14]

${displaystyle {egin{aligned}V_{12}&=V_{1}-V_{2}=left(V_{ ext{LN}}angle 0^{circ }ight)-left(V_{ ext{LN}}angle {-120}^{circ }ight)&={sqrt {3}}V_{ ext{LN}}angle 30^{circ }={sqrt {3}}V_{1}angle left(phi _{V_{1}}+30^{circ }ight),[3pt]V_{23}&=V_{2}-V_{3}=left(V_{ ext{LN}}angle {-120}^{circ }ight)-left(V_{ ext{LN}}angle 120^{circ }ight)&={sqrt {3}}V_{ ext{LN}}angle {-90}^{circ }={sqrt {3}}V_{2}angle left(phi _{V_{2}}+30^{circ }ight),[3pt]V_{31}&=V_{3}-V_{1}=left(V_{ ext{LN}}angle 120^{circ }ight)-left(V_{ ext{LN}}angle 0^{circ }ight)&={sqrt {3}}V_{ ext{LN}}angle 150^{circ }={sqrt {3}}V_{3}angle left(phi _{V_{3}}+30^{circ }ight).end{aligned}}}$

(Φ_v1 - фазовый сдвиг для первого напряжения, обычно принимаемый равным 0 °; в этом случае Φ_v2 = −120 ° и Φ_v3 = −240 ° или 120 °.)

Дальше:

${displaystyle {egin{aligned}I_{12}&={frac {V_{12}}{left|Z_{Delta }ight|}}angle left(30^{circ }- heta ight),[2pt]I_{23}&={frac {V_{23}}{left|Z_{Delta }ight|}}angle left(-90^{circ }- heta ight),[2pt]I_{31}&={frac {V_{31}}{left|Z_{Delta }ight|}}angle left(150^{circ }- heta ight),end{aligned}}}$

куда θ - фаза импеданса дельта (Z_Δ).

Относительные углы сохранены, поэтому я₃₁ лаги я₂₃ лаги я₁₂ на 120 °. Расчет линейных токов с использованием KCL на каждом узле треугольника дает:

${displaystyle {egin{aligned}I_{1}&=I_{12}-I_{31}=I_{12}-I_{12}angle 120^{circ }&={sqrt {3}}I_{12}angle left(phi _{I_{12}}-30^{circ }ight)={sqrt {3}}I_{12}angle (- heta )end{aligned}}}$

и аналогично для каждой другой строки:

${displaystyle {egin{aligned}I_{2}&={sqrt {3}}I_{23}angle left(phi _{I_{23}}-30^{circ }ight)={sqrt {3}}I_{23}angle left(-120^{circ }- heta ight),[2pt]I_{3}&={sqrt {3}}I_{31}angle left(phi _{I_{31}}-30^{circ }ight)={sqrt {3}}I_{31}angle left(120^{circ }- heta ight),end{aligned}}}$

где опять же θ - фаза импеданса дельта (Z_Δ).

Дельта-конфигурация и соответствующая векторная диаграмма его токов. Фазные напряжения равны линейным напряжениям, а токи рассчитываются как:

• я_а = Я_ab - я_ок = √3 я_ab∠−30°
• я_б = Я_{до н.э} - я_ab
• я_c = Я_ок - я_{до н.э}

Общая передаваемая мощность составляет:

• S_3Φ = 3 В_фазаЯ*_фаза

Проверка векторной диаграммы или преобразование из векторной нотации в комплексную позволяет понять, как разница между двумя линейными напряжениями приводит к линейному напряжению, которое в несколько раз больше. √3. Поскольку конфигурация треугольника соединяет нагрузку между фазами трансформатора, она обеспечивает межфазную разность напряжений, которая составляет √3 в разы больше, чем напряжение между фазой и нейтралью, подаваемое на нагрузку в конфигурации звезды. Поскольку передаваемая мощность равна V²/ Z, импеданс в конфигурации треугольника должен быть в 3 раза больше, чем он был бы в конфигурации звезды, чтобы та же мощность передавалась.

Однофазные нагрузки

За исключением дельта высокой ноги В системе однофазные нагрузки могут быть подключены к любым двум фазам, либо нагрузка может быть подключена от фазы к нейтрали.^[15] Распределение однофазных нагрузок между фазами трехфазной системы уравновешивает нагрузку и позволяет наиболее экономично использовать проводники и трансформаторы.

В симметричной трехфазной четырехпроводной системе звезда три фазных провода имеют одинаковое напряжение относительно нейтрали системы. Напряжение между линейными проводниками равно √3 умноженное на напряжение между фазным проводом и нейтралью:^[16]

${displaystyle V_{ ext{LL}}={sqrt {3}}V_{ ext{LN}}.}$

Все токи, возвращающиеся из помещения потребителей к трансформатору питания, делятся на нейтральный провод. Если нагрузки равномерно распределены по всем трем фазам, сумма возвратных токов в нулевом проводе будет приблизительно равна нулю. Любая несимметричная фазовая нагрузка на вторичной обмотке трансформатора неэффективно использует мощность трансформатора.

Если нейтраль питания разорвана, напряжение между фазой и нейтралью больше не поддерживается. Фазы с более высокой относительной нагрузкой будут испытывать пониженное напряжение, а фазы с более низкой относительной нагрузкой будут испытывать повышенное напряжение, вплоть до межфазного напряжения.

А дельта высокой ноги обеспечивает межфазное отношение V_LL = 2 V_LN однако нагрузка LN накладывается на одну фазу.^[9] На странице производителя трансформатора предполагается, что нагрузка LN не должна превышать 5% мощности трансформатора.^[17]

С √3 ≈ 1,73, определяя V_LN как 100% дает V_LL ≈ 100% × 1.73 = 173%. Если V_LL был установлен как 100%, затем V_LN ≈ 57.7%.

Несбалансированные нагрузки

Когда токи в трех проводах под напряжением трехфазной системы не равны или не находятся под точным фазовым углом 120 °, потери мощности больше, чем в идеально сбалансированной системе. Методика симметричные компоненты используется для анализа несбалансированных систем.

Нелинейные нагрузки

При линейных нагрузках нейтраль пропускает ток только из-за дисбаланса между фазами. Газоразрядные лампы и устройства, которые используют входной каскад выпрямителя и конденсатора, такие как импульсные источники питания, компьютеры, оргтехника и прочая продукция гармоники третьего порядка синфазны на всех фазах питания. Следовательно, такие гармонические токи складываются в нейтрали в системе звезды (или в заземленном (зигзагообразном) трансформаторе в системе треугольника), что может привести к тому, что ток нейтрали превысит фазный ток.^[15][18]

Трехфазные нагрузки

Смотрите также: Промышленные и многофазные вилки и розетки

Важным классом трехфазной нагрузки является электрический двигатель. Трехфазный асинхронный двигатель имеет простую конструкцию, изначально высокий пусковой момент и высокую эффективность. Такие двигатели находят широкое применение в промышленности. Трехфазный двигатель компактнее и дешевле, чем однофазный двигатель того же класса напряжения и номинала, а также однофазные двигатели переменного тока выше 10 ЛС (7,5 кВт) встречаются редко. Трехфазные двигатели также меньше вибрируют и, следовательно, служат дольше, чем однофазные двигатели той же мощности, используемые в тех же условиях.^[19]

Нагревательные нагрузки сопротивления, такие как электрические котлы или отопление помещений может быть подключено к трехфазным системам. Аналогичным образом может быть подключено электрическое освещение.

Мерцание частоты сети на свету вредно для высокоскоростные камеры используется в трансляции спортивных событий для замедленная съемка повторы. Его можно уменьшить путем равномерного распределения источников света с линейной частотой по трем фазам, чтобы освещенная область освещалась всеми тремя фазами. Этот метод успешно применялся на Олимпийских играх 2008 года в Пекине.^[20]

Выпрямители может использовать трехфазный источник для создания шестиимпульсного выхода постоянного тока.^[21] Выход таких выпрямителей намного более плавный, чем однофазный выпрямитель, и, в отличие от однофазного, не опускается до нуля между импульсами. Такие выпрямители можно использовать для зарядки аккумуляторов, электролиз такие процессы как производство алюминия или для работы двигателей постоянного тока. Трансформаторы "зигзагообразные" может сделать эквивалент шестифазного двухполупериодного выпрямления, двенадцать импульсов за цикл, и этот метод иногда используется для снижения стоимости фильтрующих компонентов при одновременном улучшении качества получаемого постоянного тока.

Трехфазная вилка, обычно используемая на электрических плитах в Германии.

Одним из примеров трехфазной нагрузки является электродуговая печь используется в сталеплавильное производство и при переработке руд.

Во многих европейских странах электрические плиты обычно рассчитаны на трехфазное питание. Индивидуальные нагревательные элементы часто подключаются между фазой и нейтралью, чтобы обеспечить подключение к однофазной цепи, если трехфазная сеть недоступна.^[22] Другие обычные трехфазные нагрузки в бытовой сфере: безрезервуарные системы водяного отопления и аккумуляторы. Дома в Европе и Великобритании стандартизированы на номинальное напряжение 230 В между любой фазой и землей. (Существующие источники питания по-прежнему составляют около 240 В в Великобритании и 220 В на большей части континента.) Большинство групп домов питаются от трехфазного уличного трансформатора, так что отдельные помещения с потреблением выше среднего могут получать питание от второго или подключение третьей фазы.

Фазовые преобразователи

Фазовые преобразователи используются, когда трехфазное оборудование необходимо эксплуатировать от однофазного источника питания. Они используются, когда трехфазное питание недоступно или стоимость неоправданна. Такие преобразователи также могут позволять изменять частоту, позволяя регулировать скорость. В некоторых железнодорожных локомотивах используется однофазный источник для привода трехфазных двигателей, питаемых от электронного привода.^[23]

А вращающийся фазовый преобразователь трехфазный двигатель со специальными пусковыми устройствами и фактор силы коррекция, которая производит сбалансированные трехфазные напряжения. При правильной конструкции эти вращающиеся преобразователи могут обеспечить удовлетворительную работу трехфазного двигателя от однофазного источника. В таком устройстве накопление энергии осуществляется за счет инерция (эффект маховика) вращающихся компонентов. Внешний маховик иногда находится на одном или обоих концах вала.

Трехфазный генератор может приводиться в действие однофазным двигателем. Эта комбинация двигатель-генератор может обеспечивать функцию преобразователя частоты, а также преобразование фазы, но требует двух машин со всеми их затратами и потерями. Мотор-генераторный метод также может формировать бесперебойный источник питания при использовании в сочетании с большим маховиком и двигателем постоянного тока с батарейным питанием; такая комбинация обеспечит почти постоянную мощность по сравнению с временным падением частоты, которое испытывает резервная генераторная установка, пока не сработает резервный генератор.

Конденсаторы и автотрансформаторы может использоваться для аппроксимации трехфазной системы в статическом преобразователе фазы, но напряжение и фазовый угол дополнительной фазы могут быть полезны только для определенных нагрузок.

Частотно-регулируемые приводы и цифровые фазовые преобразователи используйте силовые электронные устройства, чтобы синтезировать сбалансированное трехфазное питание из однофазной входной мощности.

Тестирование

Проверка чередования фаз в цепи имеет большое практическое значение. Два источника трехфазного питания нельзя подключать параллельно, если они не имеют одинаковой последовательности фаз, например, при подключении генератора к распределительной сети под напряжением или при параллельном подключении двух трансформаторов. В противном случае соединение будет вести себя как короткое замыкание, и будет течь избыточный ток. Направление вращения трехфазных двигателей можно изменить, поменяв местами любые две фазы; может быть непрактично или вредно тестировать машину путем кратковременного включения двигателя для наблюдения за его вращением. Последовательность фаз двух источников можно проверить путем измерения напряжения между парами выводов и наблюдения, что выводы с очень низким напряжением между ними будут иметь одну и ту же фазу, тогда как пары, которые показывают более высокое напряжение, находятся на разных фазах.

Если абсолютная идентичность фаз не требуется, можно использовать приборы для проверки чередования фаз, чтобы идентифицировать последовательность чередования за одно наблюдение. Прибор для проверки чередования фаз может содержать миниатюрный трехфазный двигатель, направление вращения которого можно наблюдать непосредственно через корпус прибора. Другой шаблон использует пару ламп и внутреннюю фазосдвигающую схему для отображения чередования фаз. Другой тип прибора может быть подключен к обесточенному трехфазному двигателю и может обнаруживать небольшие напряжения, вызванные остаточным магнетизмом, когда вал двигателя вращается вручную. Лампа или другой индикатор загорается, чтобы показать последовательность напряжений на клеммах для данного направления вращения вала. ^[24]

Альтернативы трехфазному

Двухфазная электроэнергия

Используется, когда трехфазное питание недоступно, и позволяет удвоить нормальное рабочее напряжение для мощных нагрузок.

Двухфазная электроэнергия

Использует два напряжения переменного тока с фазовым сдвигом на 90 градусов между ними. Двухфазные цепи могут быть соединены двумя парами проводов, или два провода могут быть объединены, при этом для схемы требуется только три провода. Токи в общем проводе в 1,4 раза превышают ток в отдельных фазах, поэтому общий провод должен быть больше. Двухфазные и трехфазные системы могут быть соединены Трансформатор Скотт-Т, изобретенный Чарльз Ф. Скотт.^[25] Очень ранние машины переменного тока, особенно первые генераторы в Ниагарский водопад, использовала двухфазную систему, и некоторые оставшиеся двухфазные распределительные системы все еще существуют, но трехфазные системы вытеснили двухфазную систему для современных установок.

Моноциклическая мощность

Асимметричная модифицированная двухфазная система питания, используемая General Electric около 1897 г., отстаивал Чарльз Протеус Штайнмец и Элиу Томсон. Эта система была разработана, чтобы избежать нарушения патентных прав. В этой системе генератор был намотан с однофазной обмоткой полного напряжения, предназначенной для освещения нагрузок, и с малой долей (обычно 1/4 линейного напряжения) обмоткой, которая вырабатывала напряжение в квадратуре с основными обмотками. Намерение состояло в том, чтобы использовать эту дополнительную обмотку «силового провода» для обеспечения пускового момента для асинхронных двигателей, при этом основная обмотка обеспечивает питание осветительных нагрузок. После истечения срока действия патентов Westinghouse на симметричные двухфазные и трехфазные системы распределения электроэнергии моноциклическая система вышла из употребления; его было трудно анализировать, и его хватило не на то, чтобы разработать удовлетворительный учет энергии.

Системы высокого фазового порядка

Были построены и испытаны для передачи энергии. Такие линии передачи обычно используют шесть или двенадцать фаз. Линии передачи высокого фазового порядка позволяют передавать мощность чуть меньшую, чем пропорционально большую, через заданный объем без затрат на постоянный ток высокого напряжения (HVDC) преобразователь на каждом конце линии. Однако для них соответственно требуется больше единиц оборудования.

Цветовые коды

Смотрите также: Электропроводка § Цветовой код

Проводники трехфазной системы обычно идентифицируются цветовым кодом, чтобы обеспечить сбалансированную нагрузку и обеспечить правильное чередование фаз для моторы. Используемые цвета могут соответствовать международным стандартам. IEC 60446 (потом IEC 60445 ), устаревшими стандартами или отсутствием стандарта вообще и могут отличаться даже в пределах одной установки. Например, в США и Канаде для заземленных (заземленных) и незаземленных систем используются разные цветовые коды.

Страна		Фазы[примечание 1]						Нейтральный, N[заметка 2]		Защитное заземление, PE[заметка 3]
		L1		L2		L3
Австралия и Новая Зеландия (AS / NZS 3000: 2007 Рисунок 3.2 или IEC 60446 в соответствии с AS: 3000)			Красный или коричневый[примечание 4]		Белый;[примечание 4] пред. желтый		Темно-синий или серый[примечание 4]		Черный или синий[примечание 4]			Зеленые / желто-полосатые; очень старые сооружения, зеленые
Канада	Обязательный[26]		красный[примечание 5]		Чернить		Синий		Белый или серый			Зеленый, возможно, с желтыми полосами, или без теплоизоляции
	Изолированные системы[27]		апельсин		коричневый		Желтый		Белый или серый			Зеленый возможно желто-полосатый
Европейский CENELEC (Евросоюз и другие; с апреля 2004 г. IEC 60446, позже IEC 60445-2017), Великобритания (с 31 г. Март 2004 г.), Гонконг (с июля 2007 г.), Сингапур (с марта 2009 г.), Россия (с 2009 г.; ГОСТ р 50462), Аргентина, Украина, Беларусь, Казахстан			коричневый		Чернить		Серый		Синий			Зеленый / желто-полосатый[примечание 6]
Старые европейцы (до IEC 60446, в зависимости от страны)[примечание 7]
Великобритания (до апреля 2006 г.), Гонконг (до апреля 2009 г.), ЮАР, Малайзия, Сингапур (до февраля 2011 г.)			красный		Желтый		Синий		Чернить			Зеленые / желто-полосатые; перед c. 1970, зеленый
Индия			красный		Желтый		Синий		Чернить			Зеленый возможно желто-полосатый
Чили - NCH 4/2003			Синий		Чернить		красный		белый			Зеленый возможно желто-полосатый
Бывший СССР (Россия, Украина, Казахстан; до 2009 г.), Китайская Народная Республика[примечание 8] (ГБ 50303-2002 Раздел 15.2.2)			Желтый		Зеленый		красный		Голубое небо			Зеленый / желто-полосатый
Норвегия (до принятия CENELEC)			Чернить		Белый / серый		коричневый		Синий			Желто-зеленая полоска; пред. желтый или неизолированный
Соединенные Штаты	Обычная практика[примечание 9]		Чернить		красный		Синий		Белый или серый			Зеленый, возможно, желто-полосатый,[примечание 10] или неизолированный
	Альтернативная практика[примечание 11]		коричневый		Апельсин (дельта[примечание 12])		Желтый		Серый или белый			Зеленый
					Фиолетовый (Уай)

Смотрите также

• Промышленные и многофазные вилки и розетки
• Международная электротехническая выставка
• Трехфазный
• Электрификация железных дорог трехфазным переменным током
• Поворотный фазовый преобразователь
• Y-Δ преобразование

Примечания

1. Для фаз существует множество систем маркировки, некоторые из которых имеют дополнительное значение, например: H1, H2, H3; А, Б, В; R, S, T; U, V, W; R, Y, B.
2. Также заземленный провод.
3. Также заземлитель или заземляющий провод.
4. В Австралии и Новой Зеландии активные проводники могут быть любого цвета, кроме зеленого / желтого, зеленого, желтого, черного или голубого. Желтый больше не разрешен в редакции 2007 года кода проводки ASNZS 3000. Европейские цветовые коды используются для всех кабелей IEC или гибких кабелей, таких как удлинители, провода приборов и т. Д., И в равной степени разрешены для использования в проводке зданий согласно AS / NZS 3000: 2007 г.
5. В Канаде проводник с высокой опорой в треугольной системе с высокой опорой всегда отмечен красным.
6. Для снижения риска путаницы введена международная стандартная зелено-желтая маркировка проводов защитного заземления. дальтонизм установщики. Примерно от 7% до 10% мужчин не могут четко различить красный и зеленый, что вызывает особую озабоченность в старых схемах, где красный обозначает провод под напряжением, а зеленый обозначает защитное или защитное заземление.
7. В Европе все еще существует много установок с более старыми цветами, но с начала 1970-х годов во всех новых установках используется зеленая / желтая земля в соответствии с IEC 60446. (Например, фаза / нейтраль и земля, немецкий: черный / серый и красный; Франция: зеленый / красный и белый; Россия: красный / серый и черный; Швейцария: красный / серый и желтый или желтый и красный; Дания: белый / черный и красный.
8. Обратите внимание, что хотя в Китае официально используется фаза 1: желтый, фаза 2: зеленый, фаза 3: красный, нейтраль: синий, земля: зеленый / желтый, это не строго соблюдается, и есть значительные местные различия.
9. См. Пол Кук: Гармонизированные цвета и буквенно-цифровая маркировка. Вопросы подключения IEE
10. В США провод с зеленой / желтой полосой может указывать на изолированная земля.^{[нужна цитата ]} Сегодня в большинстве стран провод с зелено-желтой полосой можно использовать только для защитного заземления (защитное заземление), и его нельзя отсоединять или использовать для каких-либо других целей.
11. С 1975 года Национальный электротехнический кодекс США не определяет окраску фазных проводов. Во многих регионах принято определять 120/208 Провода V (звезда): черный, красный и синий, а также 277/480 Провода V (звезда или треугольник) коричневого, оранжевого, желтого цвета. В 120/240 Система треугольника V с 208 Верхняя часть V, высокая часть (обычно фаза B) всегда помечена оранжевым, обычно фаза A - черным, а фаза C - красным или синим. Местные правила могут вносить изменения в N.E.C. Национальный электротехнический кодекс США устанавливает требования к цвету для заземленных проводов, заземления и трехфазных систем с заземлением треугольником, в результате чего одна незаземленная ветвь имеет более высокий потенциал напряжения относительно земли, чем две другие незаземленные ветви.
12. Должна быть высокая нога, если она есть.

Рекомендации

1. Уильям Д. Стивенсон младший Элементы анализа энергосистемы, третье издание, Макгроу-Хилл, Нью-Йорк (1975). ISBN  0-07-061285-4, п. 2
2. Террелл Крофт, Уилфорд Саммерс (редактор), Справочник американских электриков, 11-е изд., Макгроу Хилл, 1987 ISBN  0-07-013932-6 стр. 3-10 рис. 3-23.
3. Брумбах, Майкл (2014). Промышленное обслуживание. Клифтон-Парк, штат Нью-Йорк: Делмар, Cengage Learning. п. 411. ISBN  9781133131199.
4. Хлопок, H, Электрические технологии, 6-е изд., Питман, Лондон, 1950, стр. 268
5. фон Мейер, Александра (2006). Электроэнергетические системы. Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons, Inc., стр. 160. ISBN  978-0-471-17859-0. Мы также изложили одно обоснование этой трехфазной системы; а именно, что трехфазный генератор испытывает постоянный крутящий момент на роторе в отличие от пульсирующего крутящего момента, который возникает в однофазной или двухфазной машине, что, очевидно, предпочтительнее с точки зрения машиностроения.
6. Электрическое руководство Хокинса, Тео. Audel and Co., 2-е изд., 1917, т. 4, гл. 46: Переменные токи, стр. 1026, рис. 1260.
7. Электрическое руководство Хокинса, Тео. Audel and Co., 2-е изд., 1917, т. 4, гл. 46: Переменные токи, стр. 1026, рис. 1261.
8. (PDF). 30 августа 2017 г. https://web.archive.org/web/20170830033252/http://www.rle.mit.edu/per/ConferencePapers/cpConvergence00p583.pdf. Архивировано из оригинал (PDF) на 30.08.2017. Отсутствует или пусто | название = (помощь)
9. Фаулер, Ник (2011). Руководство электрика по расчетам 2-е издание. Макгроу-Хилл. С. 3–5. ISBN  978-0-07-177017-0.
10. Макгроу-Хилл (1920). «Трехфазное питание от однофазных трансформаторных соединений». Мощность. 51 (17). Получено 21 декабря 2012.
11. H. W. Beaty, D.G. Финк (ред) Стандартное руководство для инженеров-электриков, пятнадцатое издание, Макгроу-Хилл, 2007 г. ISBN  0-07-144146-8, п. 10–11
12. «Шнайдер» (PDF).
13. «Экономия энергии за счет балансировки нагрузки и планирования нагрузки» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2014-09-11. Получено 2014-08-03.
14. Дж. Дункан Гловер; Мулукутла С. Сарма; Томас Дж. Овербай (апрель 2011 г.). Анализ и проектирование энергосистемы. Cengage Learning. С. 60–68. ISBN  978-1-111-42579-1.
15. Левенштейн, Майкл. "Блокирующий фильтр 3-й гармоники: хорошо зарекомендовавший себя подход к уменьшению гармонического тока". Журнал IAEI. Архивировано из оригинал 8 сентября 2013 г.. Получено 24 ноября 2012.
16. Мальчик-электрик от J W Sims M.I.E.E. (Стр.98)
17. "Тихоокеанский федеральный". Архивировано из оригинал 30 мая 2012 г.
18. Энджети, Прасад. «Гармоники в трехфазных четырехпроводных электрических распределительных системах и решениях для фильтрации» (PDF). Лаборатория силовой электроники и качества электроэнергии Техасского университета A&M. Получено 24 ноября 2012.
19. Александр, Чарльз К .; Садику, Мэтью Н. О. (2007). Основы электрических схем. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. п. 504. ISBN  978-0-07-297718-9.
20. Хуэй, вс. «Спортивное освещение - особенности дизайна для Олимпийских игр 2008 года в Пекине» (PDF). GE Освещение. Получено 18 декабря 2012.
21. Пекарек, Стивен; Скваренина, Тимофей (ноябрь 1998 г.). «Компонентные модели ACSL / Graphic Modeller для электроэнергетического образования». IEEE Transactions по образованию. 41 (4): 348. Bibcode:1998ITEdu..41..348P. Дои:10.1109 / TE.1998.787374.
22. «Сравнение британской и европейской практики в области бытовой техники», Электрическое время, том 148, страница 691, 1965 г.
23. «Ускорение обычных линий и синкансэн» (PDF). Обзор железных дорог и транспорта Японии. № 58: 58. Октябрь 2011 г.
24. Стив Сентри, «Основы управления двигателем», Cengage Learning, 2012 г., ISBN  1133709176, стр. 70
25. Бриттен, Дж. Э. (2007). "Зал славы электротехники: Чарльз Ф. Скотт". Труды IEEE. 95 (4): 836–839. Дои:10.1109 / JPROC.2006.892488.
26. C22.1-15 - Электротехнические нормы и правила Канады, часть I: Стандарт безопасности для электрических установок (23-е изд.). Канадская ассоциация стандартов. 2015. Правило 4–038. ISBN  978-1-77139-718-6.
27. C22.1-15 - Электротехнические нормы и правила Канады, часть I: Стандарт безопасности для электрических установок (23-е изд.). Канадская ассоциация стандартов. 2015. Правило 24–208 (c). ISBN  978-1-77139-718-6.