RP-Energie-Lexikon - трифазний струм, трифазний змінний струм, лінії високої напруги, напруга зірки,
Визначення: змінний електричний струм, який коливається в різних лініях (фазах) із зсувом у часі
Англійська: поворотний струм, багатофазний струм
Оригінальне створення: 26.04.2010; остання зміна: 25.08.2020
Термін трифазний струм означає в більшості випадків трифазний змінний струм. Тут три (або чотири) замість двох ліній використовуються для передачі трьох змінних струмів, які коливаються із зміщенням часу (зсув фази). У європейській мережі частота цього коливання (тобто кількість коливань в секунду) становить 50 Гц, у США - 60 Гц.
У випадку побутового трифазного струму в Європі подаються три фази, тобто три лінії напругою 230 В (раніше 220 В) (ефективне значення) порівняно із земним потенціалом, який подається нейтральним провідником (N). Ці напруги відомі як напруга зірок або фаза. Фази позначаються L1, L2 і L3, часто також після старшої системи з R, S і T. Відповідні підключення до обладнання позначаються U, V і W. Різниця фаз електричної напруги між двома фазами становить 360 °/3 = 120 ° в кожному випадку.
Середньоквадратичне значення напруги між двома фазними лініями ((зовнішня) напруга лінії або трикутна напруга) становить приблизно 400 В (раніше 380 В) для трифазного змінного струму; це напруга зірки, помножена на квадратний корінь з 3. (Відношення трикутної напруги до напруги зірки називається коефіцієнтом конкатенації і є квадратним коренем 3 для трифазного змінного струму, тобто приблизно 1,73.) Якщо напруга трифазної лінії (наприклад, лінія високої напруги), як правило, мається на увазі ефективне значення міжфазної напруги, а не напруга зірки.
Для трифазних споживачів (наприклад, трифазних двигунів) та іншого обладнання термінали, підключені до фаз L1, L2 та L3, позначаються U, V та W.
Зірковий зв’язок і трикутник
Якщо три споживачі підключені до фази та землі, один говорить про зоряне з'єднання (див. Малюнок 3 зліва). Тоді кожен споживач має ефективну напругу Ueff = 230 В (у низьковольтній мережі див. малюнок 2). Якщо ми припустимо, що кожен споживач отримує чисту активну потужність (тобто не викликає реактивних струмів) при силі струму Яeff, така ж і потужність на споживача = Ueff Яeff, а загальний обсяг виробництва втричі вищий. У цій симетричній ситуації нульовий провідник не навантажений струмом, оскільки струми трьох споживачів виключають один одного. Отже, лише три лінії навантажені струмом, і нульовий провідник також можна опустити. Якби всім трьом споживачам забезпечувалось напругою змінного струму окремо, потрібно було б шість ліній для одного і того ж загального виходу, тобто вдвічі більше матеріалу. Провідникові кабелі використовуються значно краще при трифазному струмі, ніж при однофазному змінному струмі.
Дельта-з'єднання (Малюнок 3 праворуч) означає, що по три споживача з'єднані двома фазами (а не заземлюючим провідником). Потім кожен споживач «бачить» вищу середньоквадратичну напругу в 400 В, так що загальна потужність вища в коефіцієнт квадратного кореня 3 (приблизно 1,732) з однаковою інтенсивністю струму у споживачів. Однак поточне навантаження на лінії подачі також вище на той самий коефіцієнт. (Зверніть увагу, що в цьому випадку кожна фазова лінія навантажена струмами від двох споживачів, навіть якщо між цими блоками є принаймні фазовий зсув.) Отже, передача однакової потужності із з'єднанням трикутник або зірка вимагає однакової інтенсивності струму в лініях живлення.
Детальніше див. У статтях про з’єднання зірками та трикутник.
Трипровідні та чотирипровідні системи
Якщо трифазний споживач навантажує три фази симетрично, струму в нульовому провіднику немає. Тоді часто можна взагалі не підключати нульовий провідник, навіть із зірковим з'єднанням, тобто прокладати лише три замість чотирьох ліній. (Для дельта-з'єднання нульовий провідник і так не потрібен.)
Що стосується передачі потужності, то загальноприйнято використовувати такі трипровідні системи на рівні високої та середньої напруги (→ рівні напруги). Намагається реалізувати операцію, яка є якомога точніше симетричною H. з низьким незбалансованим навантаженням. З іншого боку, на рівні низької напруги, де важко уникнути значних незбалансованих навантажень, як правило, в Європі використовують чотирипровідні системи. Вони також мають ту перевагу, що пропонують дві різні напруги: напругу зірки та напругу трикутника. Більшість споживачів у домашніх господарствах використовують зіркову напругу.
Можливим наслідком незбалансованих навантажень є виникнення нейтрального зсуву точки, якщо це не запобігає заземлення. Нейтральний зсув точки означає, що нейтральна точка більше не знаходиться на потенціалі землі, але має певну напругу проти неї. В результаті виникає перенапруга між точкою зірки і принаймні однією з фаз, що за певних обставин може призвести до руйнування обладнання.
Постійна загальна продуктивність
Загальна потужність, що передається трифазною системою, постійна в часі при симетричній роботі та синусоїдальних струмах. Послуги на окремих етапах пульсують, але з часом зміщуються одна проти одної, так що загальний обсяг виробництва залишається незмінним. Це означає z. B. що трифазний двигун, на відміну від однофазного двигуна змінного струму, може керувати своїм навантаженням з приблизно постійним крутним моментом. Це велика перевага в ряді додатків.
Напрямок обертання
Розташування трьох фаз (якщо припустити звичайну трифазну систему) відповідає певному напрямку обертання. Відповідно до VDE 0100, частина 550, 1988-04, трифазні штепсельні пристрої повинні бути підключені таким чином, щоб поле, що виходить праворуч, з'являлося при загляді в розетку. Це означає, що фаза провідника зміщується на 120 ° порівняно з фазою, яка знаходиться ліворуч від нього в напрямку обертання, так що він досягає максимуму напруги на третій період пізніше.
Для деяких споживачів, таких як духовки, напрямок обертання не має значення. Однак у трифазному двигуні це важливо, оскільки воно визначає напрямок, в якому буде обертатися ротор. Отже, згаданий стандарт необхідний для досягнення бажаного напрямку обертання в кожному випадку; це не передбачено в конструкції двигуна.
Вимірювач поля обертового поля можна використовувати для перевірки напрямку обертання, а за допомогою спеціальних адаптерів напрямок обертання можна змінювати без необхідності переробляти з'єднання. Ви просто поміняєте місцями дві фази.
Складні розрахунки чисел
Для розрахунків у зв'язку з трифазним струмом часто вигідно використовувати комплексні числа. Тут єдине комплексне число представляє повну криву синусоїдальної напруги z. Б. на фазі до землі або різниці напруг між двома фазами. Тому він містить інформацію про амплітуду та фазу (положення в часі) відповідного коливання. Те саме можна зробити для струмів, якщо вони також мають синусоїдальну форму. Зв'язок між напругою та силою струму встановлюється за допомогою складних імпедансів, які також займаються явищем реактивних струмів.
Випрямлення трифазного струму
У деяких випадках постійний струм повинен генеруватися з трифазного струму, для чого використовується так званий випрямляч. У порівнянні з використанням фазного змінного струму, часто суттєвою перевагою є те, що пульсація генерується постійної напруги значно нижча: Пряма напруга ніколи не падає до нуля, а (при трифазному змінному струмі та використанні звичайного шестиімпульсного випрямляча) лише на кілька відсотків від Пікова напруга.
AC і трифазні розетки в домашніх господарствах та на підприємствах
Окремі розетки змінного струму в домашньому господарстві підключені лише до однієї з фаз (зовнішній провідник) і нульового провідника, а також захисного провідника, тоді як трифазні розетки (у Німеччині: трифазні штепсельні роз'єми ЦСЄ відповідно до IEC 60309) пропонують усі три фази, а також нульовий провідник і захисний провідник. Вони призначені для підключення особливо потужних пристроїв, напр. Б. потужних електродвигунів та зарядних пристроїв для електромобілів. Існують різні варіанти з різними максимальними струмами (16 A, 32 A, 63 A, 125 A), які навмисно мають дещо різні геометричні деталі, так що підключаються лише штекери та розетки (або муфти), призначені для одного і того ж виходу. Найбільш поширеними є червоні штепсельні з'єднання із з'єднаннями 3L + N + PE, тобто 3-фазні провідники (L), нульовий провідник (N) та захисний провідник (заземлюючий потенціал, PE).
Якщо трифазна розетка z. Б. може подавати 32 А, результатом є максимальна потужність приблизно 3 · 230 В · 32 А = 22 кВт, що в шість разів більше, ніж для однофазної розетки змінного струму на 16 А, яка забезпечує максимум 3,7 кВт. Той факт, що у вас є три фазні лінії, приносить коефіцієнт 3, а подальше подвоєння приносить вдвічі більшу силу струму 32 А. Якщо потужність розраховується з використанням фазофазної напруги замість напруги зірки, префактором, звичайно, не 3, а Квадратний корінь з 3.
Електричні плити, електричні теплові насоси та електронагрівачі, як правило, підключені до всіх трьох фаз, але переважно дротовими, а не через розетку.
Окрім нульового провідника, є захисний провідник для трифазного та змінного струму, який, як і нульовий провідник, підключений до земного потенціалу, але має іншу функцію. Б. електропровідний корпус приладів, підключених таким чином, що навіть у разі дефектів всередині приладу корпус ніколи не може отримати небезпечну напругу на землю.
Трифазний струм в енергопостачанні
Сьогодні майже все джерело електричної енергії базується на трифазному струмі низької частоти, фази якого можуть використовуватися окремо як змінний струм. Це означає, що практично всі електростанції містять трифазні генератори і живлять ними електромережі. Більшість високовольтних ліній передають трифазний струм, хоча високовольтне передавання постійного струму (HVDC) все частіше використовується для з'єднань між точками та великою потужністю. Трансформатори можуть працювати з трифазним струмом або зі змінним струмом для окремих фаз.
Залізниці, такі як B. Deutsche Bahn використовує не трифазний струм, а окрему однофазну мережу змінного струму для тягового струму.
Як і при однофазному змінному струмі, явище реактивних струмів відбувається з трифазним струмом. Це часто робить необхідним додаткове технічне обладнання, особливо для компенсації реактивної потужності, і може призвести до додаткових втрат енергії.
Якщо можливо, усі три фази слід завантажувати однаково, тобто. H. намагається уникнути сильного незбалансованого навантаження. Це тому, що це може призвести до підвищеного навантаження на компоненти джерела живлення, наприклад, на синхронні генератори.
Трифазний струм у Північній Америці
Трифазний струм також часто використовується в Північній Америці для вищих сил, але є значні відмінності від ситуації в Європі:
- Більшість домогосподарств не живляться трифазним струмом, а лише однофазним змінним струмом, іноді двома протилежними фазами (однофазна трипровідна система). Те саме часто стосується малого бізнесу. Тоді робота трифазних двигунів принаймні неможлива без додаткових технологій. Крім того, виникають більші незбалансовані навантаження.
- Існують різні модифіковані трифазні системи (наприклад, трифазна дельта, трифазна дельта високих ніжок, TEE), які не працюють із заземленим центром зірок, як у Європі. Тоді окремі фази можуть мати різну напругу проти землі. У деяких випадках роботи також проводяться без нульового провідника, тобто з трипровідними системами.
Поширення різних систем може ускладнити установки та їх обслуговування, а промислові заводи не можуть бути легко введені в експлуатацію в іншому місці, якщо умови існують різні. Часто для налаштування потрібні додаткові технології.
Трифазний струм для електромобілів
На електричних автомобілях трифазний струм зустрічається у двох різних контекстах: всередині автомобіля (без прямого значення для користувача) та під час зарядки акумулятора.
Акумулятор автомобіля повинен заряджатися постійним струмом, який отримується через випрямляч або в машині, або на зарядній станції:
- Прості зарядні пристрої, такі як вбудовані в ряд електромобілів, працюють лише в одну фазу. H. вони використовують лише одну з трьох фаз, навіть якщо використовується, наприклад, зарядний кабель типу 2. Оскільки, наприклад, у Німеччині в цих випадках дозволяється заряджати не більше 20 А через незбалансоване навантаження, потужність зарядки тоді обмежується 230 В · 20 А = 4,6 кВт. На зарядній станції, яка не має цього обмеження, автомобіль можна зарядити швидше за певних обставин - але, як правило, не значно швидше, оскільки навіть при 32 А можливо лише близько 7,4 кВт.
- Трифазні зарядні пристрої є загальними для стаціонарних зарядних станцій, але вони також вбудовані в деякі транспортні засоби. З тим самим струмом струму провідника це дає можливість втричі більше заряджати потужність - B. 20,7 кВт при 30 А.
Всередині автомобіля часто використовують один або кілька трифазних електродвигунів (трифазні двигуни); це можуть бути як синхронні двигуни, так і асинхронні двигуни. Оскільки батареї живлять постійним струмом, трифазний струм повинен генеруватися за допомогою відповідного трифазного інвертора. На відміну від електромереж, тут зазвичай використовують змінну частоту та напругу трифазного струму відповідно до відповідної швидкості двигуна. При рекуперації (відновлення енергії гальмування) постійний струм генерується знову за допомогою випрямляча для зарядки акумулятора.
Запитання та коментарі читачів
Тут ви можете запропонувати запитання та коментарі для публікації та відповіді. Автор RP-Energie-Lexikon прийме рішення про прийняття за певними критеріями. По суті, справа в тому, що справа представляє широкий інтерес.
Якщо ви отримаєте тут допомогу, ви можете повернути послугу пожертвою, за допомогою якої ви підтримаєте подальший розвиток енергетичного словника.
Захист даних: Будь ласка, не вводьте тут жодних особистих даних. Ми все одно не публікували б їх і незабаром видалили б. Дивіться також нашу політику конфіденційності.
Якщо ви хочете отримати особистий відгук або пораду від автора, напишіть йому електронною поштою.
Подаючи заявку, ви даєте згоду на публікацію своїх записів тут відповідно до наших правил.
Я все зрозумів?
Питання: Які з наведених тверджень є правильними?
Питання: Чому трифазні розетки в будинку зазвичай отримують значно більше енергії, ніж розетки змінного струму?
Правильні відповіді: (а) та (в)
Питання: Чому потужні електродвигуни часто працюють із трифазним струмом замість однофазного змінного струму?
Правильні відповіді: (а) та (б)
Якщо вам подобається цей веб-сайт, повідомте про це своїм друзям та колегам - e. Б. через соціальні мережі, натиснувши тут:
Ці кнопки спільного доступу налаштовані на захист даних!
Код для посилань на інших веб-сайтах
Якщо ви хочете розмістити посилання на цю статтю в іншому місці (наприклад, на вашому веб-сайті, у соціальних мережах, на дискусійних форумах або у Вікіпедії), ви можете знайти код тут. Такі посилання можуть, наприклад, В. бути дуже корисним для пояснень слів.
HTML посилання на цю статтю:
З попереднім переглядом зображення (див. Вікно безпосередньо над цим):
Якщо ви вважаєте за доцільне розмістити посилання у Вікіпедії, напр. B. у розділі "== Веб-посилання ==":
Експоненціальне зростання
Хотіли б ви нарешті зрозуміти,
- що саме таке експоненціальне зростання,
- за яких обставин це відбувається, і
- які основні властивості він має?
Наша стаття "Експоненціальне зростання - пояснене зрозумілим для простих людей" - захоплююче та повчальне читання!
Важливі обставини ретельно пояснюються на прикладах - у таких темах, як ріст бактерій, епідемії (коронавірусна криза!), Капітальні інвестиції, атомні бомби, ядерні реактори та лазерні технології.