Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Қалпына келтірілетін ток қуатын тарату құралдары электр қуатын тарату.
Means of distributing alternating current electrical power
electrical power distribution
Көп фазалы жүйе (Сильванус Томпсонның термині) – бірден астам АЖ фазасын пайдаланатын, қалпына келтірілетін (АЖ) электр қуатын тарату құралы. Бұл бірнеше өткізгіш сымдардағы АЖ арасындағы фазалық айырмашылықтың мәнін (дәрежелермен) білдіреді; фазалар сондай-ақ түс кодтарындағыдай, тиісті терминалдар мен өткізгіштерге сілтеме жасай алады. Көп фазалы жүйелерде әрбір өткізгіштегі кернеу толқындары арасында белгілі бір фазалық айырмашылықпен ауыспалы токтарды тасымалдайтын екі немесе одан көп электр өткізгіштері болады. Алғашқы жүйелер 90° фазалық бұрышпен 4 сымды екі фазалы жүйе болды, бірақ қазіргі жүйелерде көбінесе 120° (немесе 2π/3 радиан) фазалық бұрышпен үш фазалы кернеу қолданылады. Көп фазалы жүйелер электр моторларын қуатпен қамтамасыз ету үшін өте пайдалы, себебі олар айналу үшін қалпына келтірілетін токқа тәуелді. Үш фазалы қуат өнеркәсіптік қолданыстарда және қуат беруде қолданылады. Бір фазалы, екі сымды жүйемен салыстырғанда, үш фазалы үш сымды жүйе бірдей өлшемдегі өткізгіштер мен кернеу үшін үш есе көп қуатты жеткізеді, тек 1,5 есе көп өткізгіштерді пайдаланады, бұл өткізгіштерді пайдалану тиімділігін екі есе арттырады. Үш фазадан артық жүйелер көбінесе түзеткіштер мен қуат түрлендіргіш жүйелерде қолданылады және қуат беру үшін зерттеледі.
A polyphase system (the term coined by Silvanus Thompson) is a means of distributing alternating current (AC) electrical power that utilizes more than one AC phase, which refers to the phase offset value (in degrees) between AC in multiple conducting wires; phases may also refer to the corresponding terminals and conductors, as in color codes. Polyphase systems have two or more energized electrical conductors carrying alternating currents with a defined phase between the voltage waves in each conductor. Early systems used 4 wire two phase with a 90° phase angle, but modern systems almost universally use three phase voltage, with a phase angle of 120° (or 2π/3 radians). Polyphase systems are particularly useful for transmitting power to electric motors which rely on alternating current to rotate. Three phase power is used for industrial applications and for power transmission. Compared to a single phase, two wire system, a three phase three wire system transmits three times as much power for the same conductor size and voltage, using only 1.5 times as many conductors, making it twice as efficient in conductor utilization. Systems with more than three phases are often used for rectifier and power conversion systems, and have been studied for power transmission.
Фазалардың саны
Коммерциялық электр энергиясының алғашқы күндері кейбір орналымдарда моторлар үшін екі фазалы төрт сымды жүйелер қолданылды. Олардың басты артықшылығы – орау конфигурациясы бір фазалы конденсаторлық моторды іске қосу сияқты болды және төрт сымды жүйені пайдалану арқылы фазалар тұжырымдамалық тұрғыдан тәуелсіз болып, сол кездегі математикалық құралдармен талдау оңай болды. Екі фазалы жүйелерді үш сым (екі «желдеткіш» және ортақ бейтарап) арқылы іске асыруға болады. Дегенмен, бұл асимметрияны тудырады; бейтараптағы кернеудің төмендеуі фазаларды дәл 90 градусқа бөліспейді. Екі фазалы жүйелер үш фазалы жүйелермен алмастырылды. Екі фазадан үш фазаға көшу бастапқыда айнымалы ток моторлары үшін жақсырақ айналмалы өріс жасаумен байланысты болды: Михаил Доливо-Добровольский сол кездегі қарапайым орау конфигурациялары үшін магниттік өрістің ауытқуын 40%-дан 15%-ға дейін азайтуға болатынын есептеді. Бұл қазіргі заманғы машиналарда, синусоидальды таратылған орауларды қолдана отырып, дерлік идеалды айналмалы өріс жасайтындарда, онша маңызды емес, бірақ үш фазалы жүйелер басқа да артықшылықтарды сақтайды. 90 градусқа бөлінген екі фазалы қуат көзін үш фазалы жүйеден Скотт-байланысты трансформатор арқылы алуға болады, ол екі фазалы кірістен үш фазалы қуатты өндіруге де қабілетті. Полифазалық жүйе фазалық айналудың нақты бағытын қамтамасыз етуі керек, сондықтан кернеулердің айнасы фазалық ретіне есептелмейді. Екі фазалы өткізгіштердің арасында 180 градусқа бөлінген үш сымды жүйе әлі де бір фазалы болып табылады. Мұндай жүйелер кейде бөлінген фаза деп аталады.
In the very early days of commercial electric power, some installations used two phase four wire systems for motors. The chief advantage of these was that the winding configuration was the same as for a single phase capacitor start motor and, by using a four wire system, conceptually the phases were independent and easy to analyse with mathematical tools available at the time. Two phase systems can also be implemented using three wires (two "hot" plus a common neutral). However this introduces asymmetry; the voltage drop in the neutral makes the phases not exactly 90 degrees apart. Two phase systems have been replaced with three phase systems. The move from two to three phases was originally motivated by making a more ideal rotating field for AC motors: Mikhail Dolivo Dobrovolsky calculated that, for simple winding configurations of the time, the magnetic field fluctuation can be reduced from 40% to a 15% This is less important in modern machines that create a nearly ideal rotating field using sinusoidally distributed windings, but three phase systems retain other advantages. A two phase supply with 90 degrees between phases can be derived from a three phase system using a Scott connected transformer, which can also produce three phase power from a two phase input. A polyphase system must provide a defined direction of phase rotation, so mirror image voltages do not count towards the phase order. A 3 wire system with two phase conductors 180 degrees apart is still only single phase. Such systems are sometimes described as split phase.
Қозғалтқыштар
Полифазды қуат, әсіресе индукциялық қозғалтқыш сияқты AC қозғалтқыштарында тиімді қолданылады, онда ол айналмалы магниттік өріс тудырады. Үш немесе одан көп фазалы қуат көзі бір толық циклді аяқтағанда, фазасына екі полюсті қозғалтқыштың магниттік өрісі физикалық кеңістікте 360° бұрылады; фазасына екі полюстен артық полюстері бар қозғалтқыштарға магниттік өрістің бір физикалық айналымын аяқтау үшін көбірек қуат беру циклдары қажет, сондықтан мұндай қозғалтқыштар баяу жұмыс істейді. Айналмалы магниттік өрісті пайдаланатын индукциялық қозғалтқыштарды Галилео Феррарис және Никола Тесла тәуелсіз түрде ойлап тапты, ал Михаил Долива Добровольский 1889 жылы оны үш фазалы түрінде жетілдірді. Бұрынғыда барлық коммерциялық қозғалтқыштар тұрақты токпен жұмыс істеді, олардың қымбат коммутаторлары, жиі техникалық қызмет көрсетуді қажет ететін щеткалары және ауыспалы ток желісінде жұмыс істеуге қолайсыз сипаттамалары болды. Полифазды қозғалтқыштарды құрастыру оңай, олар өздігінен іске қосылады және бір фазалы қозғалтқыштармен салыстырғанда аз дірілдейді.
Polyphase power is particularly useful in AC motors, such as the induction motor, where it generates a rotating magnetic field. When a three or more phase supply completes one full cycle, the magnetic field of a two poles per phase motor has rotated through 360° in physical space; motors with more than two poles per phase require more power supply cycles to complete one physical revolution of the magnetic field and so these motors run more slowly. Induction motors using a rotating magnetic field were independently invented by Galileo Ferraris and Nikola Tesla and developed in a three phase form by Mikhail Dolivo Dobrovolsky in 1889. Previously all commercial motors were DC, with expensive commutators, high maintenance brushes and characteristics unsuitable for operation on an alternating current network. Polyphase motors are simple to construct, are self starting and have little vibration compared with single phase motors.
Жоғары фазалық реті
Көп фазалы қуат қол жетімді болғаннан кейін, оны тиісті трансформаторлардың орналасуы арқылы кез келген қажетті фазалар санына түрлендіруге болады. Сондықтан, үш фазадан артық қажеттілік сирек кездеседі, бірақ үштен көп фазалы жүйелер де қолданылған. 1992 және 1995 жылдар аралығында Нью-Йорк штатының Электр және Газ компаниясы 1,5 мильдік 93 кВ 6 фазалы беріліс желісін іске қосты, ол бұрынғы 115 кВ екі контурлы 3 фазалы желіден түрлендірілген. Басты нәтиже – қазіргі 115 кВ екі контурлы 3 фазалы желіні 23-28 мильден артық қашықтықта 6 фазалы желі ретінде пайдалану экономикалық тұрғыдан тиімді. Жел турбиналарымен жұмыс істейтін көп фазалы индукциялық генераторлармен (МФИГ) бірге 5, 7, 9, 12 және 15 фазалы көп фазалы қуат өндіру жүйелері ұсынылған. Индукциялық генератор роторы синхронды жылдамдықтан жылдам айналғанда электр қуатын өндіреді. Көп фазалы индукциялық генераторда полюстер саны көп болғандықтан, синхронды жылдамдығы төмен. Жел турбинасының айналу жылдамдығы бір фазалы немесе тіпті үш фазалы айнымалы токты өндіру үшін жеткіліксіз болуы мүмкін, сондықтан жоғары фазалы жүйе айналу энергиясының үлкен бөлігін электр қуаты ретінде пайдалануға мүмкіндік береді. Жоғары фазалы (ЖФ) қуат беру, шектеулі ендікте беріліс қуатын арттырудың тиімді тәсілі ретінде жиі ұсынылады. Қажетті өткізгіштер аралығы фазалар арасындағы кернеуге байланысты анықталады, ал алты фазалы қуатта көршілес фазалар арасындағы кернеу, фаза мен нейтраль арасындағы кернеуге тең. Дегенмен, көршілес емес фазалық өткізгіштер арасындағы кернеу, өткізгіштердің фазалық бұрыштары арасындағы айырмашылық артаған сайын өседі. Өткізгіштерді орналастыру арқылы көршілес емес фазалар, көршілес фазалардан біршама алыс орналастырылуы мүмкін. Бұл екі контурлы беріліс желісіне, кабельдік жабдықты едәуір өзгертусіз, көбірек қуат беруге мүмкіндік береді. Бұл, әсіресе, жоғары кернеулі (ЖК, 345 кВ-тан жоғары фазалық) беріліс желісін жоғары кернеулі (ЖК, 800 кВ-тан жоғары) стандарттарға жаңартуға қарағанда тиімді. Керісінше, үш фазалы қуатта фазалар арасындағы кернеу, фазалық-нейтральді кернеудің 1,732 есесіне тең.
Once polyphase power is available, it may be converted to any desired number of phases with a suitable arrangement of transformers. Thus, the need for more than three phases is unusual, but higher phase numbers than three have been used. Between 1992 and 1995, New York State Electric & Gas operated a 1.5 mile 93kV 6 phase transmission line converted from a double circuit 3 phase 115kV transmission line. The primary result was that it is economically favorable to operate an existing double circuit 115kV 3 phase line as a 6 phase line for distances greater than 23–28 miles. Multi phase power generation designs with 5, 7, 9, 12, and 15 phases in conjunction with multi phase induction generators (MPIGs) driven by wind turbines have been proposed. An induction generator produces electrical power when its rotor is turned faster than the synchronous speed. A multi phase induction generator has more poles, and therefore a lower synchronous speed. Since the rotation speed of a wind turbine may be too slow for a substantial portion of its operation to generate single phase or even three phase AC power, higher phase orders allow the system to capture a larger portion of the rotational energy as electric power. High phase order (HPO) power transmission has been frequently proposed as a way to increase transmission capacity within a limited width right of way. The required conductor spacing is determined by the phase to phase voltages, and six phase power has the same voltage between adjacent phases as between phase and neutral. However voltages between non adjacent phase conductors increases as the difference increases between phase angles of the conductors. Conductors can be arranged so that non adjacent phases are spaced farther apart than adjacent phases. This lets an existing double circuit transmission line carry more power with minimal change to the existing cable plant. This is particularly economical when the alternative is upgrading an existing extra high voltage (EHV, more than 345 kV phase to phase) transmission line to ultra high voltage (UHV, more than 800 kV) standards. By contrast, three phase power has phase to phase voltages equal to = 1.732 times the phase to neutral voltage.