Үш фазалы электр жүйесінің математикалық негіздері мен принциптері
Mathematics of three-phase electric power
Үш фазалы электр жүйелері: негізгі принциптер, ∆ және Y қосылымдары, кернеу деңгейлері (230/400В), гармоникалық тоқ және жүйе тиімділігі. Электртехника.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Математика және үш фазалы электр қуатының негізгі принциптері
Mathematics and basic principles of three phase electric power
Электр техникасында үш фазалы электр қуаты жүйелерінде кем дегенде үш өткізгіш болады, олар периодтың үштен бір бөлігіне ығысқан кезектесетін кернеуді тасымалдайды. Үш фазалы жүйе дельта (∆) немесе жұлдыз (Y) схемасында құрастырылуы мүмкін (кейбір аймақтарда «wye» деп те аталады, себебі символикалық тұрғыдан ол «Y» әрпіне ұқсайды). Жұлдыз схемасы барлық үш фазадан екі түрлі кернеуді пайдалануға мүмкіндік береді, мысалы, 230/400 В жүйесі бейтарап нүктесінен (орталық нүкте) кез келген фазаға дейін 230 В, ал кез келген екі фаза арасында 400 В қамтамасыз етеді. Дельта схемасы тек бір кернеуді қамтамасыз етеді, бірақ оның сенімділігі жоғары, себебі үш қоректендіру орамдарының бірі істен шыққан жағдайда да қалыпты жұмыс істей алады, бірақ жалпы қуатының 57,7% деңгейінде. Сызықтық емес жүктемелер қосылғанда, нейтральдегі гармоникалық ток өте үлкен болуы мүмкін.
In electrical engineering, three phase electric power systems have at least three conductors carrying alternating voltages that are offset in time by one third of the period. A three phase system may be arranged in delta (∆) or star (Y) (also denoted as wye in some areas, as symbolically it is similar to the letter 'Y'). A wye system allows the use of two different voltages from all three phases, such as a 230/400 V system which provides 230 V between the neutral (centre hub) and any one of the phases, and 400 V across any two phases. A delta system arrangement provides only one voltage, but it has a greater redundancy as it may continue to operate normally with one of the three supply windings offline, albeit at 57.7% of total capacity. Harmonic current in the neutral may become very large if nonlinear loads are connected.
Диаграммалар
Төмендегі суреттерде генератордан үш фазаны жеткізетін алты сымдық жүйені үш сыммен қалай алмастыруға болатыны көрсетілген. Үш фазалы трансформатор да көрсетілген.
The below images demonstrate how a system of six wires delivering three phases from an alternator may be replaced by just three. A three phase transformer is also shown.
Теңгерімделген жүктемелер
Жалпы алғанда, электр қуат жүйелерінде жүктемелер мүмкіндігінше бір тең бөлінеді. Көбінесе, ең алдымен тепе-тең жүйе талқыланады, содан кейін тепе-тең емес жүйелердің әсерлері қарапайым жағдайдан ауытқу ретінде сипатталады.
Generally, in electric power systems, the loads are distributed as evenly as is practical among the phases. It is usual practice to discuss a balanced system first and then describe the effects of unbalanced systems as deviations from the elementary case.
Сызықтық емес жүктемелер
Сызықтық жүктемелерде бейтарап сым тек фазалар арасындағы тепе-теңсіздік тудырған токтарды тасымалдайды. Түзеткіш конденсаторлы кірістерді пайдаланатын құрылғылар (мысалы, компьютерлер, кеңсе техникасы және т.б. үшін импульстік қуат көздері) үшінші реттік гармоникаларды тудырады. Үшінші гармоникалық токтар барлық желілік фазаларда бірдей фазада болады, сондықтан бейтарап сымда қосылып, «жұлдыз» (wye) жүйесінде бейтарап тогының фазалық токтан асып кетуіне себеп болуы мүмкін.
With linear loads, the neutral only carries the current due to imbalance between the phases. Devices that utilize rectifier capacitor front ends (such as switch mode power supplies for computers, office equipment and the like) introduce third order harmonics. Third harmonic currents are in phase on each of the supply phases and therefore will add together in the neutral which can cause the neutral current in a wye system to exceed the phase currents.
Айналатын магнит өрісі
Кез келген полифазалық жүйе, фазалардағы токтардың уақыт бойынша ығысуының арқасында, сызықтық жиілігінде айналатын магниттік өріс жасауға мүмкіндік береді. Осындай айналатын магниттік өріс полифазалық индукциялық моторлардың жұмыс істеуін қамтамасыз етеді. Расында, егер индукциялық моторлар бір фазалы қуатпен жұмыс істеуі тиіс болса (мысалы, үйлерде таратылатындай), мотор айналатын өріс тудыратын механизмге ие болуы керек, әйтпесе ол тоқтағанда айналу моментін жасамайды және іске қосылмайды. Бір фазалы орамнан жасалған өріс, бұрыннан айналып тұрған моторға энергия бере алады, бірақ қосымша механизмдер болмаса, мотор тоқтағаннан кейін жылдамдық алмайды. Тұрақты амплитудалы айналатын магниттік өріс үшін барлық үш фазалық токтардың шамасы тең болуы және фазалық циклдың үштен бірін дәл ығыстыруы қажет. Теңгерімсіз жұмыс моторлар мен генераторларға күйзеліс тудырады.
Any polyphase system, by virtue of the time displacement of the currents in the phases, makes it possible to easily generate a magnetic field that revolves at the line frequency. Such a revolving magnetic field makes polyphase induction motors possible. Indeed, where induction motors must run on single phase power (such as is usually distributed in homes), the motor must contain some mechanism to produce a revolving field, otherwise the motor cannot generate any stand still torque and will not start. The field produced by a single phase winding can provide energy to a motor already rotating, but without auxiliary mechanisms the motor will not accelerate from a stop. A rotating magnetic field of steady amplitude requires that all three phase currents be equal in magnitude, and accurately displaced one third of a cycle in phase. Unbalanced operation results in undesirable effects on motors and generators.
Басқа фазалық жүйелерге ауысу
Екі кернеу толқын пішінінің уақыт осьінде кем дегенде жарты циклдың еселігінен өзгеше салыстырмалы ығысуы болса, кез келген басқа көп фазалы кернеулер жиынтығын пассивті трансформаторлар тізбегі арқылы алуға болады. Мұндай тізбектер бастапқы жүйе фазалары арасындағы көп фазалы жүктемені тепе-тең бөліп береді. Мысалы, үш фазалы желіден екі фазалы теңгерімді қуатты арнайы жасалған екі трансформаторды қолдану арқылы алуға болады, олардың бастапқы кернеуге қатысты 50% және 86,6% аралықтарында қосылған ұштары болады. Бұл Скотт Т қосылымы фазалар арасында 90° уақыт айырмасы бар нағыз екі фазалы жүйені құрайды. Тағы бір мысал – үлкен тоқ түзеткіш жүйелер үшін жоғары фазалы жүйелерді жасау, осылай тегіс тұрақты ток шығысын алуға және желідегі гармоникалық токтарды азайтуға болады. Егер үш фазалы қуат қажет болса, бірақ электр энергиясын жеткізушіден тек бір фазалы қуат ғана қолжетімді болса, бір фазалы қуаттан үш фазалы қуатты жасау үшін фазалық түрлендіргіш қолданылуы мүмкін. Өндіріс орталықтарында мотор-генератор жиі қолданылады.
Provided two voltage waveforms have at least some relative displacement on the time axis, other than a multiple of a half cycle, any other polyphase set of voltages can be obtained by an array of passive transformers. Such arrays will evenly balance the polyphase load between the phases of the source system. For example, balanced two phase power can be obtained from a three phase network by using two specially constructed transformers, with taps at 50% and 86.6% of the primary voltage. This Scott T connection produces a true two phase system with 90° time difference between the phases. Another example is the generation of higher phase order systems for large rectifier systems, to produce a smoother DC output and to reduce the harmonic currents in the supply. When three phase is needed but only single phase is readily available from the electricity supplier, a phase converter can be used to generate three phase power from the single phase supply. A motor–generator is often used in factory industrial applications.
Жүйелік өлшеулер
Үш фазалы жүйеде нейтралы жоқ болса қуатты өлшеу үшін кем дегенде екі түрлендіргіш, ал нейтралы болса үш түрлендіргіш қажет. Блондел теоремасы бойынша, қажетті өлшеу элементтерінің саны ток жүргізетін сымырлар санынан бірге кем болуы керек.
In a three phase system, at least two transducers are required to measure power when there is no neutral, or three transducers when there is a neutral. Blondel's theorem states that the number of measurement elements required is one less than the number of current carrying conductors.