Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Математика и основные принципы трехфазной электрической энергии
Mathematics and basic principles of three phase electric power
В электротехнике трехфазные электрические системы имеют как минимум три проводника, несущих переменные напряжения, сдвинутые по фазе на одну треть периода. Трехфазная система может быть выполнена по схеме «треугольник» (∆) или «звезда» (Y) (также обозначаемой как wye в некоторых регионах, из-за сходства с буквой "Y"). Система «звезда» позволяет использовать два различных напряжения от всех трех фаз, например, система 230/400 В, которая обеспечивает 230 В между нейтралью (центральной точкой) и любой из фаз, и 400 В между любыми двумя фазами. Система «треугольник» обеспечивает только одно напряжение, но обладает большей надежностью, поскольку может продолжать нормально работать при отключении одной из трех обмоток питания, хотя и на 57,7% от общей мощности. Гармонический ток в нейтрали может значительно возрастать при подключении нелинейных нагрузок.
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.
Диаграммы
На изображениях ниже показано, как система из шести проводов, подающих три фазы от генератора, может быть заменена всего тремя проводами. Также показан трехфазный трансформатор.
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.
Сбалансированные нагрузки
Как правило, в системах электроснабжения нагрузки распределяются между фазами настолько равномерно, насколько это практически целесообразно. Обычно сначала рассматривают сбалансированную систему, а затем описывают влияние несбалансированных систем как отклонений от базового случая.
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.
Нелинейные нагрузки
При линейных нагрузках нейтраль несет ток только из-за несбалансированности фаз. Устройства, использующие выпрямительные конденсаторные фильтры (например, импульсные источники питания для компьютеров, офисной техники и подобного оборудования), генерируют гармоники третьего порядка. Токи третьих гармоник находятся в фазе на всех фазах питания и, следовательно, суммируются в нейтрали, что может привести к превышению тока в нейтрали в системе "звезда" над током в фазах.
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.
Окружающее магнитное поле
Любая многофазная система, благодаря временному сдвигу токов в фазах, позволяет легко создавать магнитное поле, вращающееся с частотой сети. Именно такое вращающееся магнитное поле делает возможным существование полифазных асинхронных двигателей. Действительно, когда асинхронные двигатели должны работать от однофазного питания (как это обычно происходит в бытовых сетях), двигатель должен содержать какой-либо механизм для создания вращающегося поля, иначе он не сможет развить пусковой момент и не запустится. Магнитное поле, создаваемое однофазной обмоткой, может поддерживать вращение уже запущенного двигателя, но без вспомогательных механизмов двигатель не сможет раскрутиться с места. Для поддержания вращающегося магнитного поля постоянной амплитуды необходимо, чтобы все три фазных тока были равны по величине и сдвинуты друг относительно друга на одну треть цикла. Несбалансированный режим работы приводит к нежелательным эффектам в двигателях и генераторах.
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.
Переход на другие фазовые системы
При условии, что две формы напряжения имеют хотя бы некоторое относительное смещение по оси времени, отличное от кратного полуцикла, любой другой многофазный набор напряжений может быть получен с помощью набора пассивных трансформаторов. Такие наборы равномерно распределяют многофазную нагрузку между фазами исходной системы. Например, сбалансированное двухфазное питание может быть получено из трехфазной сети, используя два специально сконструированных трансформатора с отводами на 50% и 86,6% от первичного напряжения. Эта схема соединения Scott T создает истинную двухфазную систему с фазовым сдвигом 90° между фазами. Другой пример – создание систем с более высоким порядком фаз для больших выпрямительных установок, чтобы обеспечить более стабильное постоянное напряжение на выходе и снизить гармонические токи в сети питания. Когда требуется трехфазное питание, но от поставщика электроэнергии доступно только однофазное, для генерации трехфазного питания из однофазного источника может быть использован фазовый преобразователь. Мотор-генератор часто применяется в промышленных условиях на заводах.
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.
Измерения системы
В трехфазной системе для измерения мощности требуется как минимум два датчика, если нет нейтрали, или три датчика, если нейтраль присутствует. Теорема Блонделя утверждает, что количество необходимых измерительных элементов на единицу меньше количества токопроводящих проводников.
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.