Sådan konverteres enfaset til 3-fase strøm

Indhold

• Advarsler
• Tre-fase strøm: En visuel analogi
• Strøm og spænding i vekslingskredsløb
• Enfasestyrke: Udvidelse af analogien
• Enkelfase til trefasekonvertering

I USA er de fleste magt, der kommer ind i folks hjem, en-fase magt. Den kraft, der genereres ved elkraftværket, er imidlertid trefaset. Dette er ideen bag de store transmissionslinjer, som du ser knyttet til høje tårne ​​- disse linjer formodes at transmittere så meget spænding, som det er muligt over lange afstande, før denne strøm "tappes" og leveres til kvarterer med en meget reduceret spænding.

Enfaset strøm er tilstrækkelig til stort set alle husholdningsapparater, mens industrielle indstillinger med tungt udstyr kræver trefaset strøm. Men hvad nu hvis du har brug for trefaset strøm og alt hvad du har, er enfaset strøm ind i dit hjem?

Advarsler

Tre-fase strøm: En visuel analogi

Forestil dig dig selv og to af dine (åbenlyst kede) venner, der går frem og tilbage med en hurtig hastighed på 2 meter i sekundet (ca. 4,5 miles i timen) langs en sti, der løber nord-syd og måler 60 meter fra ende til ende. Hver af jer starter ved midtpunktet på denne sti, går til den nordlige ende, vender tilbage til starten, fortsætter med at gå til den modsatte ende og vender tilbage til midten, hvorved en 120 meter "skød" eller cyklus afsluttes. Fordi hver af jer går 2 meter i sekundet, tager en rundtur hver person nøjagtigt 60 sekunder.

Antag endvidere, at "status" hver for dig ved udgangspunktet er nul. Du får en enheds status for hver meter, du går nordpå, og mister en statusenhed for hver meter, du går sydpå. Når en af ​​jer når den nordlige ende af stien, har denne person således en status på 30, mens enhver der drejer rundt i den sydlige ende har en status på -30. Du anerkender, at jer tre maksimalt kan adskille jer fra hinanden ved at starte 20 sekunder fra hinanden, fordi hvert kredsløb tager 60 sekunder, og der er tre af jer, og 60 divideret med 3 er 20. Hvis du gør algebraen, finder du ud af, at når en af ​​jer har maksimeret din "status" til en værdi af 30 ved at nå den nordlige ende, passerer de to andre hinanden halvvejs langs den sydlige del, den ene mod nord og den anden mod syd, hvor hver rullator har status som -15. Hvis du tilføjer dine statusværdier sammen på et sådant tidspunkt, summerer de sig til 30 + (-15) + (-15) = 0. Det er muligt at vise, at summen af ​​alle dine statusværdier til enhver tid er 0, så længe du tre er perfekt forskudt som beskrevet.

Strøm og spænding i vekslingskredsløb

Dette tilbyder en model for, hvordan trefaset elektrisk strøm ser ud, bortset fra at "spænding" er erstattet med "status", og i stedet for at en cyklus forekommer hvert 60 sekund, forekommer 60 spændingscyklusser hvert sekund. Plus, i stedet for at hver person passerer startpunktet to gange per minut, passerer spændingen 120 gange i sekundet gennem nulpunktet.

På grund af den måde, strøm, strøm og spænding hænger sammen matematisk, forbliver trefasestyrken på et konstant, ikke-nul niveau, selvom de tre individuelle spændinger til enhver tid bliver til nul. Dette forhold er:

P = V²/ R

Her er P effekt i watt, V er spænding i volt, og R er elektrisk modstand i enheder kaldet ohm. Du kan se, at negative spændinger bidrager til strømmen, fordi kvadrering af et negativt tal giver en positiv værdi. Den samlede effekt i et trefasesystem er bare summen af ​​kraften i de tre individuelle effektværdier i hver fase.

Hvis du nogensinde har fundet dig selv undrende, hvordan vekselstrøm (AC) fik sit navn, har du nu dit svar. Spændingen er aldrig stabil i hverken enfaset eller trefaset system, og som et resultat er heller ingen strøm; disse er beslægtet med Ohms-loven, som er V = IR, hvor jeg står for strømmen i ampere ("ampere").

Enfasestyrke: Udvidelse af analogien

For at udvide den venlige-gå-frem-og-tilbage-analogi til en-faset magt, skal du bare forestille dig, at to af dine venner kaldes hjem til middag, mens du fortsætter med at gå, og der har du det. Det vil sige, trefasekraft er bogstaveligt talt kun tre enfasekraftkilder, der gensidigt er udlignet af en tredjedel af en cyklus (eller i trigonometriske termer, 120 grader). I en enfaset strømforsyning, hver gang den enkelt spænding kort bliver nul, så gør også output. Du kan måske nu forstå, hvorfor små apparater, der ikke påvirkes meget af meget korte strømafbrydelser, kan køre med enfaset strøm, hvorimod store maskiner, der kører med høje wattniveauer (effekt), ikke kan; de kræver en stor og stabil strømforsyning.

Alt det foregående forstås lettere ved at se en graf over spænding vs. tid for en trefaset strømforsyning (se Ressourcer). I denne graf er de individuelle faser tegnet i røde, lilla og blå linjer. Disse summerer altid til nul, men summen af ​​deres firkanter er positiv og konstant. Givet en uforanderlig værdi af R, er effekten P i disse opsætninger også konstant på grund af forholdet P = V²/ R.

For en enfasetilførsel er der ingen spændinger at opsummere, og spændingen i enfase passerer gennem nulpunktet 120 gange i sekundet. I disse øjeblikke falder strømmen til nul, men gendannes hurtigt nok, så mindre lys, apparater osv. Ikke oplever mærkbare afbrydelser.

Enkelfase til trefasekonvertering

Hvis du har en trefaset motor i en større enhed, såsom en industriel størrelse luftkompressor og ikke har klar adgang til trefaset effekt på grund af den måde, dit lokale net er konfigureret, er der løsninger, du kan bruge til at få dit udstyr er korrekt drevet. (En af disse er blot at udskifte trefasemotoren med en enfaset motor, men dette er ikke næsten lige så klogt som andre løsninger.)

Adskillige typer af trefasekonvertere er tilgængelige. En af disse, a statisk konverter, drager fordel af det faktum, at selvom en trefaset motor ikke kan starte med enfaset effekt, kan den fortsætte med at køre med enfaset effekt, når den først er startet. En statisk konverter gør dette ved hjælp af kondensatorer (enheder, der kan gemme opladning), der lader den statiske konverter stå i en af ​​faserne, omend på en ineffektiv måde, der er sikret, at motorernes effektive levetid reduceres. EN roterende fase konverterfungerer på den anden side som en slags kombination af en erstatnings trefasemotor og en uafhængig generator. Denne enhed inkluderer en tomgangsmotor, der, når den først er sat i bevægelse, ikke drejer nogen bevægelige dele i overordnede maskiner, men i stedet genererer strøm, så hele opsætningen kan efterligne et trefaset kraftsystem rimeligt godt. Endelig a frekvensomformer (VFD) gør brug af komponenter, der kaldes invertere, som kan bruges til at skabe vekselstrøm på næsten enhver ønsket frekvens og replikere de fleste af betingelserne i en standard trefasemotor.

Ingen af ​​disse omformere er perfekte, mere end en brødkniv kan bruges til at skære kød let. Men en brødkniv er bedre end dine bare hænder, og derfor er disse omformere faktisk gode at have på hånden, hvis du ofte arbejder med magt-sultne maskiner og værktøjer.