Kuidas teisendada ühefaasiline kolmefaasiliseks toiteks

Sisu

• Hoiatused
• Kolmefaasiline jõud: visuaalne analoogia
• Toide ja pinge vahelduvvooluahelates
• Ühefaasiline jõud: analoogia laiendamine
• Ühefaasilise muutmine kolmefaasiliseks

Ameerika Ühendriikides on enamus inimeste kodudesse sisenev energia ühefaasiline. Elektrijaamas toodetav energia on aga kolmefaasiline. See on mõte nende suurte ülekandeliinide taga, mida näete kõrgete tornide külge kinnitatud - need liinid peaksid eeldatavasti edastama nii palju pinget, kui see on pikkade vahemaade tagant võimalik, enne kui see energia "ära kasutatakse" ja naabrusesse toimetatakse oluliselt vähendatud pingega.

Ühefaasilisest võimsusest piisab praktiliselt kõigi kodumasinate jaoks, samas kui raskeid seadmeid sisaldavate tööstuslike seadete jaoks on vaja kolmefaasilist toidet. Aga mis siis, kui vajate kolmefaasilist toidet ja kõik, mis teil on, on teie koju sisenev ühefaasiline energia?

Hoiatused

Kolmefaasiline jõud: visuaalne analoogia

Kujutage ette ennast ja kahte oma (ilmselgelt igavat) sõpra, kes kõnnivad edasi-tagasi terava kiirusega 2 meetrit sekundis (umbes 4,5 miili tunnis) mööda rada, mis kulgeb põhja-lõuna suunas ja mõõdab otsast lõpuni 60 meetrit. Igaüks teist alustab selle tee keskpunktist, kõnnib põhjapoolsesse otsa, naaseb alguse juurde, jätkab kõndimist vastassuuna otsa ja naaseb jälle keskpunkti, läbides sellega ühe 120-meetrise "ringi" ehk tsükli. Kuna igaüks teist kõnnib kiirusega 2 meetrit sekundis, võtab üks edasi-tagasi sõit iga inimese jaoks täpselt 60 sekundit.

Eeldame lisaks, et lähtepunktis on teie kõigi olek null. Saate ühe olekuühiku iga meetri kohta, mida kõnnite põhja poole, ja kaotate olekuühiku iga meetri kohta, mida kõnnite lõunasse. Seega, kui keegi teist jõuab raja põhjaossa, on selle inimese staatus 30, samal ajal kui igaüks, kes pöörab lõunapoolses otsas, on -30. Te mõistate, et kolm teist suudavad end maksimaalselt üksteisest eraldada, alustades 20-sekundist vahet, sest iga vooluring võtab 60 sekundit ja teid on kolm ning 60 jagatuna 3-ga on 20. Kui teete algebrat, leiate, et kui üks teist on maksimeerinud oma "staatuse" väärtuseks 30, jõudes põhjapoolsesse otsa, siis kaks teist mööduvad teineteisest lõunasuuna poole, üks suundub põhja poole ja teine ​​suundub lõunasse, kus igal kõndijal on staatus -15. Kui liidate oma olekuväärtused sellisel ajal kokku, on need 30 + (-15) + (-15) = 0. On võimalik näidata, et tegelikult on teie kõigi olekuväärtuste summa igal ajal on 0, kui kolm teist on vastavalt kirjeldusele suurepäraselt jaotatud.

Toide ja pinge vahelduvvooluahelates

See pakub mudeli, kuidas kolmefaasiline elektrienergia välja näeb, välja arvatud see, et "olek" asendatakse "pinge" ja iga 60 sekundi järel toimuva ühe tsükli asemel toimub igal sekundil 60 pingetsüklit. Plus, selle asemel, et iga inimene, kes läbib lähtepunkti kaks korda minutis, läbib pinge nullpunkti 120 korda sekundis.

Kuna võimsus, vool ja pinge on matemaatiliselt seotud, jääb kolmefaasiline võimsus konstantseks, nullist sõltumata, isegi kui kolm individuaalset pinget suurendavad igal ajal nulli. See suhe on:

P = V²/ R

Siin on P võimsus vattides, V on pinge voltides ja R on elektritakistus ühikutes, mida nimetatakse oomideks. Näete, et negatiivsed pinged aitavad võimule, kuna negatiivse arvu ruutumine annab positiivse väärtuse. Kolmefaasilise süsteemi koguvõimsus on lihtsalt iga faasi kolme individuaalse võimsuse väärtuse summa.

Samuti, kui olete kunagi mõelnud, kuidas vahelduvvool (AC) oma nime sai, on teil nüüd oma vastus. Pinge ei ole kunagi ühe- ega kolmefaasilistes süsteemides ühtlane ja selle tulemusel pole ka voolu; need on seotud Ohmi seadusega, mis on V = IR, kus ma tähistan voolu amprites ("amprites").

Ühefaasiline jõud: analoogia laiendamine

Palsamiste-kõndides-edasi-tagasi analoogia laiendamiseks ühefaasilise energiaga kujutlege lihtsalt, et kahele teie sõbrale kutsutakse jalgsi jätkamise ajal koju õhtusööki ja seal see teil on. See tähendab, et kolmefaasiline võimsus on sõna otseses mõttes lihtsalt kolm ühefaasilist energiaallikat, mis on vastastikku tasakaalustatud tsükli kolmandiku võrra (või trigonomeetriliselt 120 kraadi). Ühefaasilise toiteallika korral muutub üksikpinge korraks nulliks, nagu ka väljundvõimsus. Võib-olla saate nüüd aru, miks väikesed seadmed, mida väga lühikesed voolukatkestused eriti ei mõjuta, võivad töötada ühefaasilisel võimsusel, samas kui suured masinad, mis töötavad suure võimsuse (võimsuse) juures, seda ei saa; nad vajavad suurt ja ühtlast toiteallikat.

Kõike eelnevat on hõlpsam mõista kolmefaasilise toiteallika pinge ja aja graafiku alusel (vt ressursse). Selles graafikus on üksikud faasid joonistatud punase, lilla ja sinise joonega. Need summeeruvad alati nullini, kuid nende ruutude summa on positiivne ja püsiv. Seega, arvestades R muutumatut väärtust, on ka võimsus P nendes koosseisudes konstantse sõltuvalt seosest P = V²/ R.

Ühefaasilise toite korral pole pingeid, mida kokku liita, ja ühefaasilise pinge läbib nullpunkti 120 korda sekundis. Neil hetkedel langeb võimsus nulli, kuid taastub piisavalt kiiresti, nii et väiksematel tuledel, seadmetel jms ei esine märgatavaid katkestusi.

Ühefaasilise muutmine kolmefaasiliseks

Kui teil on kolmefaasiline mootor suuremas seadmes, näiteks tööstusliku suurusega õhukompressor, ja teil pole kohaliku võrgu seadistamise viisi tõttu juurdepääsu kolmefaasilisele toiteallikale, on olemas ümberarvutusi, mida saate kasutada teie seadmed on korralikult toidetud. (Üks neist on kolmefaasilise mootori asendamine ühefaasilise mootoriga, kuid see pole kaugeltki nii nutikas kui muud lahendused.)

Saadaval on arvukalt kolmefaasilisi muundureid. Üks neist, a staatiline muundur, kasutab ära asjaolu, et kuigi kolmefaasiline mootor ei saa ühefaasilisel toitel käivituda, võib see pärast käivitamist jääda ühefaasiliseks toiteks. Staatiline muundur teeb seda kondensaatorite (seadmed, mis salvestavad laengut) abil, mis laseb staatilisel muunduril ühe faasi sisse seista, ehkki ebaefektiivsel viisil, mis tagab mootori efektiivse eluea vähenemise. A pöördfaasimuundurseevastu toimib asendus kolmefaasilise mootori ja sõltumatu generaatori omamoodi kombinatsioonina. See seade sisaldab tühikäigumootorit, mis pärast selle käivitamist ei keera põhimasinates ühtegi liikuvat osa, vaid genereerib selle asemel energiat, nii et kogu seade suudab mõistlikult jäljendada kolmefaasilist toitesüsteemi. Lõpuks a muutuva sagedusega ajam (VFD) kasutab komponente, mida nimetatakse inverteriteks, mida saab kasutada vahelduvvoolu loomiseks peaaegu igal soovitud sagedusel ja korrata enamikku tingimusi tavalise kolmefaasilise mootori sees.

Ükski neist muunduritest pole täiuslik, liha leevendamiseks saab lihtsalt leiva nuga kasutada ainult leiva nuga. Kuid leiva nuga on parem kui teie paljad käed ja seega on neid muundureid tegelikult hea käes hoida, kui töötate sageli elektrienergiaga näljaste masinate ja tööriistadega.