Как из трехфазного тока сделать однофазный: Как преобразовать три фазы в одну

2.12 Преобразование трехфазного тока

Преобразование трехфазного тока можно осуществлять с помощью группы из трех однофазных трансформаторов или посредством одного трехстержневого трехфазного трансформатора. Обычно используют трехстержневые трансформаторы. Только при очень больших мощностях (более 10 MB·А в фазе) в ряде случаев применяют группы из трех однофазных трансформаторов, которые имеют существенные преимущества при транспортировке и монтаже (мощные высоковольтные трехфазные трансформаторы нетранспортабельны).

Трехфазная группа. На рис. 2.40 показано включение трех однофазных трансформаторов в трехфазную сеть. Первичные обмотки трансформаторов включены звездой и, следовательно, обмотка каждого трансформатора включена на фазное напряжение.

Если имеется нулевой провод, то работа трансформатора в трехфазной группе ничем не отличается от рассмотренной выше работы однофазного трансформатора. Поэтому в данном случае можно пользоваться векторной диаграммой и всеми уравнениями однофазного трансформатора.

При симметричной нагрузке необходимость в нулевом проводе отпадает; в этом случае также можно рассматривать работу только одной фазы, т. е. однофазный трансформатор.

Трехстержневой трехфазный трансформатор. Для объяснения принципа действия трехстержневого трехфазного трансформатора представим его в виде трех однофазных трансформаторов (рис. 2.41, а), у которых катушки размещены на стержнях 1, 2 и 3, а ярма 4, 5 и 6 конструктивно объединены в одно общее ярмо. Через это ярмо проходит суммарный поток Ф_рез=Ф_А+Ф_В+Ф_С.

Рис. 2.40 — Принципиальная схема трансформаторной группы из трех однофазных трансформаторов (а) и векторная диаграмма (б) потоков и напряжений в отдельных фазах

Однако если на первичные обмотки этих трансформаторов подать систему симметричных трехфазных напряжений (рис.

2.41, б), то сумма Ф_А, Ф_В, и Ф_С в любой момент времени будет равна нулю. Следовательно, трехфазный трансформатор можно выполнить без объединенного ярма для замыкания потоков отдельных фаз. Полученный таким образом симметричный трехстержневой трансформатор (рис. 2.41, б) можно сделать более компактным, несколько уменьшив длину магнитной цепи, по которой замыкается поток Ф_С, исключив из нее два ярма (рис. 2.41, в).

Рис. 2.41 — Схемы, характеризующие образование трехстерж-невого трансформатора из трех однофазных

Возникшая при этом небольшая магнитная несимметрия контуров, по которым проходят потоки отдельных фаз, вызывает несимметрию токов холостого хода этих фаз. Однако, как показано выше, при нагрузке ток холостого хода оказывает весьма малое влияние на токи в первичной и вторичной обмотках. В результате получаем трехстержневой трансформатор (рис.

2.41, г), в котором первичная и вторичная обмотки каждой фазы расположены на общем стержне. При симметричном питающем напряжении и равномерной нагрузке (являющейся наиболее распространенной) все фазы трехфазного трансформатора находятся практически в одинаковых условиях. Поэтому выведенные выше формулы и схемы замещения для однофазного трансформатора справедливы и для трехфазного трансформатора. Однако в режиме холостого хода, на который большое влияние оказывает схема соединения обмоток, имеются особенности.

Схемы соединения обмоток. Первичная и вторичная обмотки трехфазных трансформаторов могут быть соединены по схемам “звезда”, “звезда с выведенной нулевой точкой”, “треугольники” или “зигзаг с выведенной нулевой точкой”. Обычно обмотку высшего напряжения соединяют по схеме “звезда”, что позволяет при заданном линейном напряжении иметь меньшее число витков в фазе. Согласно ГОСТу схему соединения “звезда” обозначают знаком Y, русской буквой У или латинской

Y; схему “треугольник” — знаком Δ, русской буквой Д или греческой Δ; схему “зигзаг” — латинской буквой Z. Если нулевая точка обмотки выведена из трансформатора, то у буквенного обозначения ставят индекс н. Начала и концы обмотки ВН обозначают А, В, С и X, Y, Z; для обмотки НН — а, Ь, с и х, у, z; вывод нулевой точки — О (для ВН) и о (для НН). Схемы соединения обмоток силовых трансформаторов приведены в табл. 2.3.

Таблица 2.3

Трехфазные трансформаторы характеризуются двумя коэффициентами трансформации:

а) фазным — равным отношению числа витков w_BH фазы обмотки ВН к числу витков w_HH фазы обмотки НН или же отношению фазных напряжений этих обмоток в режиме холостого хода:

; (2.60)

б) линейным — равным отношению линейного напряжения обмотки ВН к линейному напряжению обмотки НН в режиме холостого хода:

. (2.60а)

Для схем У/У и Д/Д коэффициенты трансформации равны: k_л = k_ф; для схемы У/Д линейный коэффициент k_л = 3k_ф, а для схемы Д/У – k_л=k_ф 3.

При соединении обмотки трансформатора по схеме Z_н (рис. 2.42, а) каждая фаза состоит из двух одинаковых катушек, которые размещены на разных стержнях и соединены между собой встречно так, чтобы векторы индуктируемых в них ЭДС вычитались (рис. 2.42, б).

Схема Z_н неэкономична, так как при одном и том же фазном напряжении U_ф она требует большего расхода обмоточного провода, чем при схемах У и Д. Это объясняется тем, что в рассматриваемой схеме фазное напряжение U_ф в ]/3 раз больше напряжения U_к на каждой катушке, а при размещении двух катушек на одном стержне и их последовательном соединении U_ф = 2U_к. Поэтому обычно схему Z_н не применяют; ее используют только в трансформаторах для вентильных преобразователей (см. 2.23).

Особенности режима холостого хода. В 2. 6 показано, что в однофазном трансформаторе из-за насыщения магнитной цепи ток холостого хода при синусоидальном магнитном потоке оказывается несинусоидальным, т. е. возникает ряд высших гармонических:

… .

В трехфазном трансформаторе выражения для тока холостого хода в фазах имеют вид:

… ;

… ;

… .

Заметим, что третьи гармонические токов во всех фазах совпадают по времени: i_03A = i_03B = i_03C = I_03m sin 3ωt. При некоторых схемах включения обмоток это оказывает влияние на форму кривой магнитного потока трансформатора, а следовательно, и на форму кривой ЭДС.

Рис. 2.42 — Схема “зигзаг” и ее векторная диаграмма

Рис. 2.43 — Кривые потока Ф и тока холостого хода i₀ при соединении обмоток трехфазного трансформатора по схемам У_н/У и У/У

При соединении обмоток трансформатора по схеме У_н/У третьи гармонические фазных токов замыкаются по нулевому проводу. При этом ток холостого хода i₀ в каждой фазе содержит третью гармоническую i₀₃, а поток Ф является синусоидальным, как в однофазном трансформаторе (рис. 2.43, а).

При соединении обмоток по схеме У/У путь для замыкания третьих гармонических фазных токов отсутствует и ток холостого хода оказывается синусоидальным. В результате этого кривая магнитного потока Ф искажается (рис. 2.43,

б) и приобретает плоскую форму; при этом поток содержит третью гармоническую Ф₃. Несинусоидальными являются и ЭДС, индуцированные в фазах,— они имеют заостренную форму. Построение кривой изменения магнитного потока Ф при синусоидальном изменении тока i_μ выполняется так же (рис. 2.43, в), как и построение кривой i_μ =ƒ(t) (см. рис. 2.28, б), но в обратном порядке. Следует, однако, отметить, что в трехстержневом трансформаторе возникающие третьи гармонические потоков фаз Ф_А3, Ф_В3, Ф_С3 не могут замыкаться по стальному магнито-проводу, так как они аналогично третьим гармоническим токов совпадают по времени и, следовательно, в любой момент времени направлены по контуру магнитопровода встречно (рис. 2.44, а). Поэтому эти гармонические выходят из стержней и замыкаются от ярма к ярму через воздух, т. е. по пути, имеющему большое магнитное сопротивление. Вследствие чего третьи гармонические потоков малы и потоки фаз Ф

А, Ф_В и Ф_С в трехстержневом трансформаторе мало отличаются от синусоидальных.

Обычно амплитуды потоков фаз отличаются на 5—10% от амплитуд их первых гармонических, что вызывает соответствующее небольшое искажение формы кривой фазных ЭДС. Еще одним отрицательным последствием возникновения третьих гармонических потоков фаз является увеличение потерь мощности.

Эти потоки в трехстержневом трансформаторе замыкаются главным образом по стенкам бака, стяжным болтам и другим металлическим конструктивным деталям, окружающим магнитопровод (рис. 2.44, б). При этом в них индуцируются вихревые токи, создающие дополнительные потери мощности и местный нагрев соответствующих деталей. Отметим, что дополнительные потери достигают значительной величины только в трансформаторах мощностью свыше 1000 кВ·А.

В трансформаторах меньшей мощности их практически можно не учитывать.

В группах, состоящих из трех однофазных трансформаторов, третьи гармонические потоков фаз могут замыкаться по тому же пути, что и основная гармоническая, и вследствие этого достигать недопустимой величины. Поэтому для таких групп схему У/У не применяют.

Рис. 2.44 — Пути прохождения третьих гармонических потоков стержней в трехфазном трансформаторе

Если одна из обмоток трансформатора соединена треугольником, то фазные потоки трансформатора становятся практически синусоидальными. Это объясняется тем, что в обмотке, соединенной треугольником, совпадающие по времени третьи гармонические ЭДС вызывают ток тройной частоты I₂₃, который циркулирует по фазным обмоткам (рис. 2.45, а) и уменьшает третьи гармонические потоков. Упрощенно можно считать, что результирующий поток тройной частоты является суммой третьих гармонических потоков, создаваемых первичной и вторичной обмотками Ф_рез3 = Ф₁₃ + Ф₂₃.

Как показывает векторная диаграмма (рис. 2.45, б), результирующий поток Ф_рез3 незначителен, так как для токов тройной частоты обмотка, соединенная треугольником, является короткозамкнутой и даже небольшая ЭДС Ė₂₃ вызывает значительный ток i₂₃.

Таким образом, обмотки трехстержневых трансформаторов лучше всего соединять по схемам У/Д и У_н/Д, которые позволяют практически устранять третьи гармонические в кривых потока и в ЭДС. Силовые трансформаторы средней мощности при вторичных напряжениях не более 400 В можно соединять и по схемам У/У и Д/У, так как это позволяет получать от вторичной обмотки не только линейное напряжение 380 В, используемое в силовых цепях, но и фазное напряжение 220 В, требуемое для осветительных установок.

Рис. 2.45 — Схема прохождения третьих гармонических тока по фазам трансформатора (а) и векторная диаграмма (б) созданных ими потоков и ЭДС.

В чем отличие трехфазного напряжения от однофазного » E-News.su

Итак, если в дом или квартиру заходят два провода (фаза и ноль), то эта система называется однофазной и рабочим напряжением считается 220В (фазное), а если четыре провода (три фазы и ноль), то такая система называется трехфазной и рабочим напряжением является 380В (линейное).

Давайте рассмотрим основные различия

Итак, как видно из вышеописанного и там и там присутствует общий нулевой провод. И если вы в трехфазной сети будете мерить напряжение каждой фазы относительно нуля, то во всех случаях вы получите значение в 220В. И только когда вы измерите напряжение фаз друг относительно друга, то получите значение в 380 вольт.

Итак, если в дом или квартиру заходят два провода (фаза и ноль), то эта система называется однофазной и рабочим напряжением считается 220В (фазное), а если четыре провода (три фазы и ноль), то такая система называется трехфазной и рабочим напряжением является 380В (линейное).

Давайте рассмотрим основные различия

Итак, как видно из вышеописанного и там и там присутствует общий нулевой провод. И если вы в трехфазной сети будете мерить напряжение каждой фазы относительно нуля, то во всех случаях вы получите значение в 220В. И только когда вы измерите напряжение фаз друг относительно друга, то получите значение в 380 вольт.

Это происходит из-за того, что вектора фаз симметрично сдвинуты на 120 градусов, а измеряя напряжение между фазами, мы видим геометрическую сумму двух векторов оная как раз и равняется 380 Вольтам.

Из этого можно сделать вывод, что в трехфазке есть три однофазных системы к которым можно легко подсоединить потребителей. Единственным условием будет равномерное распределение нагрузки по фазам, дабы избежать такого неприятного и даже опасного явления как перекос фаз.

Плюсы и минусы систем

У каждой из представленных систем существуют свои недостатки и явные преимущества оные напрямую зависят от потребляемой мощности, пороговым значением которого является 10 кВт.

Плюсы одной фазы

Предельная простота

Низкая стоимость

Относительно 380В более низкое опасное напряжение

Минусы одной фазы

Мощность такой системы ограничена как раз пресловутыми 10 кВт

Плюсы трехфазки

Мощность ограничивается исключительно избранным сечением подходящих проводников.

Сниженное потребление энергии.

Возможность запитать оборудование промышленного назначения.

Доступность варианта переключения мощности на менее загруженную фазу.

Минусы трехфазки

Стоимость монтажа выше по сравнению с однофазным подключением.

Напряжение 380 Вольт является потенциально более опасным по сравнению с параметром в 220 Вольт.

Напряжение однофазных нагрузок имеет свое ограничение.

Где 220 В, а где 380 В

Наверное, у подавляющего числа обычных жителей в квартире и в доме присутствует именно однофазная сеть с напряжением в 220 В. И связано это с тем, что до мощности в 10 кВт (у большинства квартир и домов потребление меньше) целесообразней подключать именно однофазку.

Трехфазную сеть же применяют в том случае, если планируется потребление мощности превышающее порог в 10 кВт или же присутствует электрическое оборудование, требующее именно три фазы для корректной работы.

Конечно, можно, например, трехфазный двигатель запустить и от одной фазы путем использования конденсаторов. Но помните, что такой подход значительно снизит КПД двигателя и значительно увеличит расход электроэнергии.

Например, максимальная потребляемая мощность частного дома равна 8 кВт, значит на ввод можно пустить двужильный медный кабель сечением 6 миллиметров, а на вводе поставить автомат на 40А.

Если же нагрузка будет равняться 15 кВт, то получается для однофазного провода величина тока уже будет равняться 70 А. И значит, в таком случае потребуется провод сечением в 10 миллиметров меди и силовой автоматический выключатель. А стоят они уже существенно дороже. В этом случае гораздо выгоднее уже использовать трехфазку и «раскидать» нагрузку по 5 кВт на фазу. Именно поэтому большинство магазинов, офисов и тем более предприятий запитаны именно от трехфазных систем.

Схемы включения «звезда» и «треугольник» в трехфазке

Итак, для того чтобы получить из трехфазки обычное фазное напряжение, нужно взять одну из фаз и ноль (оный для всех фаз является общим) – такое соединение и носит название «Звезда».

Если же нам нужно напряжение 380 В то мы используем именно линейное напряжение – такое соединение именуется Треугольник

Это все что я хотел вам рассказать об основных различиях между однофазной и трехфазной системы электроснабжения. Спасибо за внимание.

Источник

Новостной сайт E-News.su | E-News.pro. Используя материалы, размещайте обратную ссылку.

Если заметили ошибку, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter (не выделяйте 1 знак)

напряжение — расчет трехфазного тока в однофазный

спросил 5 лет, 4 месяца назад

Изменено 4 года, 6 месяцев назад

Просмотрено 11 тысяч раз

\$\начало группы\$

У меня есть трехфазная система 380 В с автоматическим выключателем на 16 А. Фаза к нейтрали 220В. Я хочу установить однофазный лифт со следующими характеристиками: Напряжение = 220 В. Мощность = 3700 Вт. Если я рассчитаю потребляемый ток по следующей формуле: I = P/V, я получу 16,81 А (3700 Вт/220 В). Я позвонил в отдел продаж, чтобы подтвердить, и они сказали мне, что необходимый ток для работы лифта составляет 25 А. Теперь, поскольку я получаю питание от трехфазной системы, будет ли она обеспечивать достаточную мощность для лифта? Может кто-нибудь научить меня, как рассчитать текущую конверсию из 3P в 1P?

ОБНОВЛЕНИЕ №1: Спасибо за ответы. Однако, если мы поместим переменные в быстрые таблицы, это даст мне всего 7 А (W = 3700, тип V = от линии до нейтрали, V = 220, pf = 0,8). Обратите внимание, что мой трехфазный источник 380 В, и я использую одну из трех линий к нейтрали, чтобы получить 220 В для лифта.

• напряжение
• высокое напряжение

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$

У вас есть 16А MCCB. Правила безопасности требуют, чтобы вы могли использовать только 80% от этого, что составляет 12,8 А. Таким образом, независимо от однофазной математики, вы должны делать что-то другое.

Если я занесу ваши однофазные номера в быстрые таблицы, я получу 21А. 7A представляет собой трехфазный расчет. Отсюда мой комментарий:

Единственный реальный ответ — заменить однофазный двигатель на трехфазный.

Полная мощность $$pf = \frac {P} {S} $$ $$S = \frac {P} {pf} = \frac {3700 Вт} {0,8} = 4625 ВА $$

Однофазный ток: $$I_{Фаза} = \frac {S} {V_{Фаза}} = \frac {4,625 ВА} {220 В} = 21,0 А $$

Таким образом, максимальный ток выключателя составляет 16 А, безопасный — 12,8 А. Вы не можете подавать питание на свой лифт с помощью однофазного двигателя.

Трехфазное питание:

$$ P_T = \sqrt {3}\ V_{Line}\ I_{Line}\ cos\ \theta$$ $$ I_{Line} = \ frac {P_T} {\ sqrt {3} \ V_ {Line} \ cos \ \ theta} = \ frac {3700 Вт} {\ sqrt {3} \ \ times \ 380V \ \ times \ 0,8} = 7,03А$$

Менее 12,8А.

На данный момент лучший совет, который мы можем вам дать, это обратиться к электрику. Если у вас есть трехфазное питание, всегда лучше использовать его.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

У вас есть 3x16A. Если это сеть, то без особых проблем можно нагрузить только 1 фазу.
Это даст вам три раза 1x16A. Но вы хотите 1x25A, поэтому вам не хватает 9A.

Единственный способ использовать этот лифт — обновить подключение до 3x25A или больше. 92$$ $$P=S\cos\varphi$$ $$S=\dfrac{P_{el}}{\cos\varphi}=\dfrac{P_{mech}}{\eta\cdot\cos\varphi}=U\cdot I$$

Купить трехфазный двигатель, гораздо лучше, если у вас уже есть трехфазная установка.

\$\конечная группа\$

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя адрес электронной почты и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

Измерение

— эквивалентны ли 3 однофазные сети одной 3-фазной системе?

спросил 5 лет, 11 месяцев назад

Изменено 3 года назад

Просмотрено 2к раз

\$\начало группы\$

Я не инженер-электрик (давным-давно работал технологом по автоматизации, но, пожалуйста, простите меня, у меня очень ржавое электричество). Мне были предоставлены некоторые данные, которые были измерены в трехфазной системе треугольника с использованием трансформаторов тока и проводов напряжения в насосной системе.

Человек, который дал мне его, утверждает, что программное обеспечение для регистратора было настроено неправильно, и что потребляемая мощность составляет половину от того, что он читает. Он настаивает на том, что правильный способ расчета мощности в этой ситуации — использовать средние значения трех фаз (\$V_{avg} \times I_{avg} \times pf_{avg} \times \sqrt{3}\$ ).

Однако счетчик использует суммирование трех отдельных фазных мощностей (\$V_1 \times I_1 \times pf_1 + … \$).

Мой вопрос: не должны ли эти значения в конце концов оказаться одинаковыми? Разве мы не можем вычислить мощность, используя оба метода?

ETA: Вот пример строки данных измерений, которые мне дали, чтобы попытаться сделать то, с чем я работаю, более понятным:

Каждый из 3 реальных каналов измеряет фазное напряжение, ток и мощность. фактор — поэтому мой подход заключался в том, чтобы просто рассчитать мощность, используя измерения каждой фазы и суммируя их (так же, как это делал измеритель). Это должно оставаться неизменным независимо от того, как подключена система, верно? (тот же расчет для звезды/треугольника?)

• измерение
• трехфазное

\$\конечная группа\$

3

\$\начало группы\$

Среднее значение трех линейных напряжений, умноженное на среднее значение трех линейных токов, умноженное на pf и sqrt(3), даст достаточно точные результаты, если фазы достаточно хорошо сбалансированы.

Сумма трех показаний ваттметра будет правильной только в том случае, если измерения основаны на фазных напряжениях и линейных токах или линейных напряжениях и дельта-фазных токах.

Если два ваттметра измеряют мощность на основе любых двух линейных токов и линейного напряжения между линиями, в которых измеряется ток, и третьей линией, мощность представляет собой сумму показаний двух ваттметров. Систему не нужно балансировать, чтобы метод двух ваттметров был точным.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

1, 2 и 3 — дельта-фазные напряжения. \$cos\theta\$ — это причудливый электротехнический термин для обозначения коэффициента мощности.

$$ P_T = P_1 + P_2 + P_3$$ $$ P_T = V_1 I_1 cos {\theta}_1 + V_2 I_2 cos {\theta}_2 + V_3 I_3 cos {\theta}_3$$

Трехфазный сбалансированный треугольник, поэтому фазное напряжение, токи и коэффициент мощности одинаковы . $$\color {red} {P_T = 3 V_{Phase} I_{Phase} cos {\theta}_{Phase}}$$

Для дельты \$ V_{Line} = V_{Phase}\$ и \$ I_{Line} = \sqrt {3}I_{Phase}\$, поэтому используются значения строки.

$$P_T = 3 V_{Line} \frac {I_{Line}} {\sqrt {3}} cos {\theta}_{Line}$$ $$\color {red} {P_T = \sqrt {3} V_{Line} I_{Line} cos {\theta}_{Line}}$$

Так что вы правы. Независимо от того, используете ли вы количество линий или количество фаз, ответы будут одинаковыми.