Ako previesť jednu fázu na 3 fázy

Obsah

• varovanie
• Trojfázový výkon: vizuálna analógia
• Napájanie a napätie na striedavých obvodoch
• Jednofázové napájanie: rozširovanie analógie
• Jednofázová na trojfázová konverzia

V Spojených štátoch je väčšina energie vstupujúca do domovov ľudí jednofázová. Energia vyrobená v elektrárni je však trojfázová. Toto je myšlienka za tými veľkými prenosovými vedeniami, ktoré vidíte pripojené k vysokým vežám - tieto vedenia majú prenášať toľko napätia, koľko je možné na dlhé vzdialenosti, predtým, ako sa táto energia „odčerpá“ a doručí sa do miest s veľmi zníženým napätím.

Jednofázová energia postačuje prakticky pre všetky domáce spotrebiče, zatiaľ čo priemyselné nastavenia s ťažkými zariadeniami vyžadujú trojfázovú energiu. Ale čo keď potrebujete trojfázové napájanie a všetko, čo máte, je jednofázové napájanie vstupujúce do vášho domu?

varovanie

Trojfázový výkon: vizuálna analógia

Predstavte si seba a dvoch vašich (očividne znudených) priateľov kráčajúcich tam a späť rýchlou rýchlosťou 2 metre za sekundu (asi 4,5 míľ za hodinu) po ceste, ktorá vedie severojužne a meria 60 metrov od konca do konca. Každý z vás začína v strede tejto cesty, chodí na severný koniec, vracia sa na začiatok, pokračuje v chôdzi na opačný koniec a vracia sa znova do stredu, čím dokončí jeden 120-metrový „kolo“ alebo cyklus. Pretože každý z vás kráča rýchlosťou 2 metrov za sekundu, jeden spiatočný výlet trvá každú osobu presne 60 sekúnd.

Ďalej predpokladajme, že na začiatku je „stav“ každého z vás nula. Získate jednu jednotku stavu za každý meter, ktorý kráčate na sever, a stratíte jednotku stavu za každý meter, ktorý kráčate na juh. Kedykoľvek sa jeden z vás dostane na severný koniec cesty, má táto osoba status 30, zatiaľ čo každý, kto sa otočí na južnom konci, má status -30. Uvedomujete si, že traja z vás sa môžu navzájom maximálne oddeliť začatím 20 sekúnd od seba, pretože každý okruh trvá 60 sekúnd a sú traja z vás a 60 delených 3 je 20. Ak urobíte algebru, zistíte, že keď jeden z vás maximalizuje svoj „stav“ na hodnotu 30 dosiahnutím severného konca, ostatní dvaja prechádzajú navzájom do polovice južného úseku, jeden smerom na sever a druhý smerom na juh, kde každý chodec má status -15. Ak v tom istom čase spočítate svoje stavové hodnoty, sčítajú sa 30 + (-15) + (-15) = 0. Je možné preukázať, že v skutočnosti súčet všetkých vašich stavových hodnôt kedykoľvek je 0, pokiaľ ste vy všetci dokonale rozložení podľa popisu.

Napájanie a napätie na striedavých obvodoch

Toto ponúka model toho, ako vyzerá trojfázová elektrická energia, okrem toho, že „stav“ je nahradený „napätím“ a namiesto jedného cyklu, ktorý sa vyskytuje každých 60 sekúnd, sa každú sekundu vyskytne 60 napäťových cyklov. Navyše, namiesto toho, aby každá osoba prešla východiskovým bodom dvakrát za minútu, napätie prechádza nulovým bodom 120-krát za sekundu.

Matematicky súvisí výkon, prúd a napätie, trojfázový výkon zostáva na konštantnej nenulovej úrovni, aj keď sa tri individuálne napätia v každom okamihu zvyšujú na nulu. Tento vzťah je:

P = V²/ R

Tu P je výkon vo wattoch, V je napätie vo voltoch a R je elektrický odpor v jednotkách nazývaných ohmy. Môžete vidieť, že záporné napätie prispieva k moci, pretože záporné číslo poskytuje kladnú hodnotu. Celkový výkon v trojfázovom systéme je iba súčtom výkonu troch individuálnych hodnôt výkonu v každej fáze.

Tiež, ak ste niekedy zistili, že premýšľate, ako sa názov striedavého prúdu (AC) dostal pod menom, teraz máte odpoveď. Napätie nie je nikdy stabilné v jednofázových alebo trojfázových systémoch, a preto ani jedno nie je aktuálne; tieto súvisia podľa Ohmsovho zákona, ktorým je V = IR, kde stojím za prúd v ampéroch („ampéry“).

Jednofázové napájanie: rozširovanie analógie

Ak chcete rozšíriť analógiu kamarátov chôdze sem a tam na jednofázovú silu, jednoducho si predstavte, že dvaja z vašich priateľov sú povolaní domov na večeru, zatiaľ čo vy idete, a tam to máte. To znamená, že trojfázový výkon je doslova iba tromi jednofázovými zdrojmi energie vzájomne odsadenými o tretinu cyklu (alebo trigonometricky o 120 stupňov). V jednofázovom napájacom zdroji sa zakaždým, keď sa jedno napätie krátko zmení na nulu, tak aj výstupný výkon. Možno už teraz pochopíte, prečo malé spotrebiče, ktoré nie sú veľmi ovplyvnené veľmi krátkymi výpadkami energie, môžu pracovať na jednofázovom napájaní, zatiaľ čo veľké stroje, ktoré pracujú pri vysokých príkonoch (výkonoch), nemôžu; Vyžadujú si veľké a stabilné napájanie.

Všetky vyššie uvedené skutočnosti sa ľahšie pochopia konzultáciou grafu napätie v závislosti na čase pre trojfázové napájanie (pozri zdroje). V tomto grafe sú jednotlivé fázy znázornené červenou, fialovou a modrou čiarou. Tieto sú vždy nulové, ale súčet ich štvorcov je kladný a konštantný. Takto pri nezmenenej hodnote R je výkon P v týchto usporiadaniach tiež konštantný vzhľadom na vzťah P = V²/ R.

Pre jednofázové napájanie neexistujú žiadne napätia, ktoré by sa dali zhrnúť, a napätie jednej fázy prechádza nulovým bodom 120-krát za sekundu. V týchto prípadoch výkon klesne na nulu, ale zotavuje sa dostatočne rýchlo, takže menšie osvetlenie, prístroje a tak ďalej nezaznamenajú výrazné prerušenia.

Jednofázová na trojfázová konverzia

Ak máte trojfázový motor vo väčšom zariadení, ako je napríklad vzduchový kompresor priemyselnej veľkosti, a nemáte prístup k trojfázovému výkonu kvôli spôsobu, akým je nastavená vaša miestna sieť, existujú spôsoby, ako môžete získať Vaše zariadenie je správne napájané. (Jedným z nich je jednoducho nahradiť trojfázový motor jednofázovým motorom, ale to nie je také chytré ako iné riešenia.)

K dispozícii je veľa typov trojfázových prevodníkov. Jeden z nich, a statický prevodník, využíva skutočnosť, že zatiaľ čo trojfázový motor nemôže naštartovať na jednofázové napájanie, môže zostať v prevádzke na jednofázové napájanie aj po jeho spustení. Statický menič to robí pomocou kondenzátorov (zariadení, ktoré môžu ukladať náboj), čo umožňuje statickému meniču stáť v jednej z fáz, aj keď neefektívnym spôsobom, ktorý je zaručený znížením efektívnej životnosti motorov. rotačný fázový meničNa druhej strane pôsobí ako akási kombinácia náhradného trojfázového motora a nezávislého generátora. Toto zariadenie obsahuje napínací motor, ktorý, keď je uvedený do pohybu, neotáča žiadne pohyblivé časti v materských strojoch, ale generuje energiu, takže celé usporiadanie môže primerane dobre napodobňovať trojfázový energetický systém. Nakoniec a menič frekvencie (VFD) využíva komponenty nazývané invertory, ktoré sa dajú použiť na vytvorenie striedavého prúdu pri takmer ľubovoľnej frekvencii a na replikáciu väčšiny podmienok v štandardnom trojfázovom motore.

Žiadny z týchto prevádzačov nie je dokonalý, na ľahšie rezanie mäsa je možné použiť viac ako chlieb. Nože na chlieb sú však lepšie ako vaše holé ruky, a preto sú tieto konvertory skutočne dobré mať po ruke, ak často pracujete so strojmi a náradím, ktoré je náročné na energiu.