Trifasisk system

I elektroteknikk er et trefasesystem et system for produksjon, distribusjon og forbruk av elektrisk energi dannet av tre enfasede vekselstrømmer med lik frekvens og amplitude (og derfor effektiv verdi ), som har en faseforskjell mellom dem på 120 elektriske grader. , og de er gitt i en viss rekkefølge. Hver av enfasestrømmene som utgjør systemet, er betegnet med navnet på fasen .

Et trefaset spenningssystem sies å være balansert når strømmene har samme størrelse og er symmetrisk ute av fase.

Når noen av de ovennevnte betingelsene ikke er oppfylt (forskjellige strømmer eller forskjellige faseskift mellom dem), er spenningssystemet ubalansert eller oftere kalt et ubalansert system . Den mottar navnet på et ubalansert belastningssystem, settet med forskjellige impedanser som gir opphav til strømmer med forskjellige amplituder eller med andre faseforskjeller mellom dem enn 120° som sirkulerer gjennom mottakeren, selv om system- eller linjespenningene er balansert eller balansert.

Trefasesystemet har en rekke fordeler, for eksempel økonomien til energioverføringslinjene (ledninger med mindre seksjon enn i en tilsvarende enfaselinje) og transformatorene som brukes, samt dens høye ytelse til mottakerne , spesielt motorer, som trefaseledningen mater med konstant effekt .

Generatorene som brukes i kraftverk er trefasede, siden tilkoblingen til det elektriske nettet må være trefaset (unntatt lavkraftverk) . Trefase er mye brukt i industrier, der maskiner drives av trefasemotorer .

Det er to hovedtyper tilkobling; i trekant og i stjerne . I en stjerne er det nøytrale punktet for forening av fasene.

Stjernetilkobling (av generator eller last)

I en generator i stjernekonfigurasjon faller fasestrømmene sammen med de tilsvarende linjestrømmene, så det er oppfylt (i tilfelle balanse) . $I_{F}=I_{L}$

Fase- og linjespenningene i stjernekonfigurasjon (i tilfelle av likevekt) er knyttet til , et forhold oppnådd ved å anvende Kirchhoffs andre lov på fasene slik at det resulterer (transformere fasene til vektorer (x,y) for å lette beregningen) : hvor . Dette forholdet visualiseres ved å tegne diagrammet over disse spenningsfasorene. ${\sqrt {3}}U_{F}=U_{L}$ $U_{an},U_{bn}\,{\textsf {y}}\,U_{ab}$ $U_{an}-U_{bn}=U_{ab}={\sqrt {3}}U_{an}\cdot 1(30{\text{°}})$ $U_{an}=U_{F}\,{\textsf {y}}\,U_{ab}=U_{L}$

Deltaforbindelse (av generator eller last)

Hvis generator- eller belastningsfasene er koblet til hverandre, kobler begynnelsen av hver fase med slutten av neste, oppnås trekantkonfigurasjonen.

I en trekantkonfigurasjon er fasestrømmen og linjestrømmen relatert til , en relasjon oppnådd ved å anvende Kirchhoffs første lov på strømfasene til hvilken som helst av de tre nodene slik at den resulterer i at .... blir . Dette forholdet visualiseres ved å tegne diagrammet over disse intensitetsfasene. ${\sqrt {3}}I_{F}=I_{L}$ $I_{ba}-I_{ac}=I_{a}={\sqrt {3}}I_{ba}\cdot 1(-30{\text{°}})$ $I_{a}=I_{L}$

Fase- og linjespenningene i deltakonfigurasjon faller sammen , noe som er tydelig fordi hver fasegren kobler to linjer sammen. $U_{F}=U_{L}$

Strøm i balanserte trefasesystemer

Strømmen som leveres av en trefasegenerator eller den som forbrukes av en trefasemottaker er summen av effektene som tilføres eller forbrukes av hver fase.

Derfor vil den tilsynelatende kraften være ; den aktive kraften, ; og den reaktive kraften, ${\text{S}}=3U_{F}I_{F}$ ${\text{P}}=3U_{F}I_{F}\cos \phi$ ${\text{Q}}=3U_{F}I_{F}\sin \phi$

Å relatere faseverdiene til linjeverdiene, vil vi ha

$3U_{F}I_{F}=3{\frac {U_{L}I_{F}}{\sqrt {3}}}={\sqrt {3}}U_{L}I_{F}$ ,

som tilsvarer den tilsynelatende effekten til et trefasesystem. Når vi tar i betraktning faseskiftene for induktive eller kapasitive laster, får vi:

${\text{P}}={\sqrt {3}}U_{L}I_{F}\cos \phi$ for aktiv kraft, og

${\text{Q}}={\sqrt {3}}U_{L}I_{F}\sin \phi$ for reaktiv effekt.

Strømkompensasjon

Gitt den økonomiske kostnaden for reaktiv kraft til et kraftverk, er det en tendens til å eliminere det ("kompensere for det") ved å legge til kondensatorer eller induktorer til lasten.

For å utlede den direkte formelen for verdien av for eksempel kondensatorene, er det nødvendig å ta utgangspunkt i å vite hvor mye reaktiv effekt Q som skal kompenseres. Kondensatorene vil i utgangspunktet plasseres parallelt med lasten (stjernen), så deres U vil være lik den for fase i lasten. All kraft fra en kondensator er reaktiv Q = I*U. Å vite at den komplekse admittansen til kondensatoren Y = jωC, at Z = 1/Y og at ved Ohms lov U = I*Z = I*(-1/ωC) = I/(-ωC) (vær forsiktig med det inverse av et komplekst tall) oppnås det at for en kondensator Q = I*U = -ωC*U 2 . Siden vi ikke alltid har Q, men heller den aktive effekten P og effektfaktoren eller vinkelen φ, skrives ligningen vanligvis som en funksjon av fasens aktive effekt P F og vinkelen φ slik at kondensatoren bidrar med variasjonen ΔQ som er ment i kretsen (er per definisjon tgφ = Q/P og U = U F = U av fase i lasten) ΔQ = Q 2 - Q 1 = (tgφ 2 - tgφ 1 )*P F = -ωC*U F2 . _

Terminalblokk eller bakplansoppsett

For å tillate en rask og sikker tilkobling til nettverket av trefasede vekselstrømsmaskiner, konvergerer endene av deres viklinger til en rekkeklemme eller koblingsplate plassert på maskinens ytre kabinett. Terminalene på nevnte plate bærer merket som tilsvarer UVW-begynnelsen og XYZ-endene til terminalbrettviklingene, og kan enkelt bytte fra en forbindelse til en annen ganske enkelt ved å modifisere posisjonen til tilkoblingsbroene til terminalene.

Grunnen til at oppsettet som er angitt på terminaltavlen er tatt i bruk internasjonalt, er at begge koblingene oppnås uten å krysse koblingsjumpene. For stjerneforbindelsen er således de tre øvre terminalene eller de tre nedre (utydelig) forbundet med horisontale broer, mens for trekantforbindelsen er forbindelsesbroene plassert vertikalt.

For å lette overgangen fra en forbindelse til en annen, er det vanlig å ha samme avstand mellom vertikale og horisontale klemmer i rekkeklemmene, noe som gjør det mulig å bruke jumpere av samme lengde for den ene eller den andre forbindelsen.

Konstant kraftoverføring med balansert belastning

Tenk på et trefaset spenningssystem:

$v_{{f1}}(t)=V_{P}\cos \left(\omega t\right)\,\!$

$v_{{f2}}(t)=V_{P}\cos \left(\omega t-{\frac {2}{3}}\pi \right)\,\!$

$v_{{f3}}(t)=V_{P}\cos \left(\omega t-{\frac {4}{3}}\pi \right)\,\!$

Forutsatt balansert belastning. Dermed er det impedans i hver fase:

$Z=|Z|e^{{j\varphi }}\,$

med toppstrøm

$I_{P}={\frac {V_{P}}{|Z|}}$

og øyeblikkelige strømmer

$i_{{f1}}(t)=I_{P}\cos \left(\omega t-\varphi \right)$

$i_{{f2}}(t)=I_{P}\cos \left(\omega t-{\frac {2}{3}}\pi -\varphi \right)$

$i_{{f3}}(t)=I_{P}\cos \left(\omega t-{\frac {4}{3}}\pi -\varphi \right)$

De øyeblikkelige kreftene i fasene er

$p_{{f1}}(t)=v_{{f1}}(t)i_{{f1}}(t)=V_{P}I_{P}\cos \left(\omega t\right)\cos \venstre(\omega t-\varphi \right)$

$p_{{f2}}(t)=v_{{f2}}(t)i_{{f2}}(t)=V_{P}I_{P}\cos \left(\omega t-{\frac { 2}{3}}\pi \right)\cos \left(\omega t-{\frac {2}{3}}\pi -\varphi \right)$

$p_{{f3}}(t)=v_{{f3}}(t)i_{{f3}}(t)=V_{P}I_{P}\cos \left(\omega t-{\frac { 4}{3}}\pi \right)\cos \left(\omega t-{\frac {4}{3}}\pi -\varphi \right)$

Bruke trigonometriske identiteter :

$p_{{f1}}(t)={\frac {V_{P}I_{P}}{2}}\venstre[\cos \varphi +\cos \left(2\omega t-\varphi \right) \Ikke sant]$

$p_{{f2}}(t)={\frac {V_{P}I_{P}}{2}}\venstre[\cos \varphi +\cos \left(2\omega t-{\frac {4 }{3}}\pi -\varphi \right)\right]$

$p_{{f3}}(t)={\frac {V_{P}I_{P}}{2}}\venstre[\cos \varphi +\cos \left(2\omega t-{\frac {8 }{3}}\pi -\varphi \right)\right]$

som legger sammen for å produsere den totale øyeblikkelige kraften

$p_{{TOT}}(t)={\frac {V_{P}I_{P}}{2}}\venstre\{3\cos \varphi +\left[\cos \left(2\omega t- \varphi \right)+\cos \left(2\omega t-{\frac {4}{3}}\pi -\varphi \right)+\cos \left(2\omega t-{\frac {8 }{3}}\pi -\varphi \right)\right]\right\}$

Siden begrepene i firkantede parenteser utgjør et symmetrisk trifasisk system, summeres de til null og den totale effekten er konstant.

$P_{{TOT}}={\frac {3V_{P}I_{P}}{2}}\cos \varphi$

eller erstatte toppstrømmen,

$P_{{TOT}}={\frac {3V_{P}^{2}}{2|Z|}}\cos \varphi$

Kabling

Se også: IEC 60446

Trefasestrømmen er et system med tre koblede vekselstrømmer (de 3 strømmene produseres samtidig i samme generator). Hver av disse strømmene (fasene) bæres av en faseleder (3 kabler: R, S og T, med brune, svarte og grå farger), og en leder er lagt til for felles retur av de tre fasene, som tjener til å lukke de 3 kretsene ( nøytral leder N, blå farge).

Se også

Bibliografi

Kuznetsov: 'Fundamentals of Electrical Engineering', redaksjonell Mir
Kasatkin - Perekalin: 'Electrotechnics Course', Redaksjonell Cartago