Чем трехфазное напряжение отличается от однофазного. Чем трехфазное напряжение отличается от однофазного Как получить 3 фазы из одной
- " onclick="window.open(this.href," win2 return false > Печать
Трехфазные электродвигатели в быту и любительской практике приводят в действие самые различные механизмы - циркулярную пилу, электрорубанок, вентилятор, сверлильный станок, насос. Чаще всего используются трехфазные асинхронные двигатели с коротко- замкнутым ротором. К сожалению, трехфазная сеть в быту - явление крайне редкое, поэтому для их питания от обычной электрической сети любители применяют:
♦ фазосдвигающий конденсатор, что не позволяет в полном объеме реализовать мощность и пусковые характеристики двигателя;
♦ тринисторные «фазосдвигающие» устройства, которые еще в большей степени снижают мощность на валу двигателей;
♦ другие различные емкостные или индуктивно-емкостные фазосдвигающие цепи.
Но лучше всего - получить трехфазное напряжение из однофазного с помощью электродвигателя, выполняющего функции генератора. Рассмотрим схемы, позволяющие, имея однофазное переменное напряжение, получить две недостающие фазы.
Примечание.
Любая электрическая машина обратима: генератор может служить двигателем, и наоборот.
Ротор обычного асинхронного электродвигателя после случайного отключения одной из обмоток продолжает вращаться, причем между выводами отключенной обмотки имеется ЭДС. Это явление дает возможность использовать трехфазный асинхронный электродвигатель для преобразования однофазного напряжения в трехфазное.
Схема № 1. Например, обычный трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором для этого применил С. Гуров (с. Ильинка Ростовской обл.). У этого двигателя так же, как и у генератора, имеются: ротор; три статорные обмотки, сдвинутые в пространстве на угол 120°.
Подадим на одну из обмоток однофазное напряжение. Ротор двигателя не сможет самостоятельно начать вращение. Ему необходимо каким-либо способом дать начальный толчок. Далее он будет вращаться за счет взаимодействия с магнитным полем одной обмотки статора.
Вывод.
Магнитный поток вращающегося ротора наведет ЭДС индукции в двух других статорных обмотках, т. е. недостающие фазы будут восстановлены.
Ротор можно заставить вращаться, например, при помощи устройства с пусковым конденсатором. Кстати, его емкость не обязательно должна быть большой, так как ротор асинхронного преобразователя приводится в движение без механической нагрузки на валу.
Один из недостатков такого преобразователя - неодинаковые фазные напряжения, что приводит к снижению КПД самого преобразователя и двигателя-нагрузки.
Если дополнить устройство автотрансформатором соответствующей мощности, включив его, как показано на рис. 1, можно добиться приблизительного равенства фазных напряжений, переключая отводы. В качестве магнитопровода автотрансформатора был использован статор неисправного электродвигателя мощностью 17 кВт. Обмотка - 400 витков эмалированного провода сечением 4-6 мм 2 с отводами после каждых 40 витков.
Рис. 1. Принципиальная схема преобразователя
В качестве электродвигателей преобразователей лучше использовать «тихоходные» двигатели (до 1000 об/мин.).
Они очень легко запускаются, отношение пускового тока к рабочему у них гораздо меньше, чем у двигателей с частотой вращения 3000 об/мин., а следовательно, «мягче» нагрузка на сеть.
Правило.
Мощность двигателя, используемого в качестве преобразователя, должна быть больше, чем подключаемого к нему электропривода. Первым всегда следует запускать преобразователь, а затем подключать к нему потребители трехфазного тока. Выключают установку в обратной последовательности.
Например, если преобразователем служит двигатель на 4 кВт, мощность нагрузки не должна превышать 3 кВт. Преобразователь мощностью 4 кВт, рассмотренный выше и изготовленный С. Гуровым , используется в его личном хозяйстве уже несколько лет. От него работают пилорама, крупорушка, точильный станок.
Схемы № 2-4. Под действием магнитного поля статора в короткозамкнутой обмотке ротора асинхронного двигателя протекают токи, превращающие ротор в электромагнит с явно выраженными полюсами, индуктирующий напряжение синусоидальной формы в обмотках статора, в том числе не подключенных к сети.
Сдвиг фаз между синусоидами в разных обмотках зависит только от расположения последних на статоре и в трехфазном двигателе в точности равен 120°.
Примечание.
Основное условие превращения асинхронного электродвигателя в преобразователь числа фаз - вращающийся ротор.
Поэтому его следует предварительно раскрутить, например, с помощью обычного фазосдвигающего конденсатора.
Емкость конденсатора рассчитывают по формуле:
C=k*I ф /U сети
где к = 2800, если обмотки двигателя соединены звездой; к = 4800, если обмотки двигателя соединены треугольником; I ф - номинальный фазный ток электродвигателя, А; U ce ти - напряжение однофазной сети, В.
Можно применять конденсаторы МБГО, МБГП, МБГТ К42-4 на рабочее напряжение не менее 600 В или МБГЧ К42-19 на напряжение не менее 250 В.
Примечание.
Конденсатор нужен только для пуска двигателя-генератора, затем его цепь разрывают, а ротор продолжает вращаться, поэтому емкость фазосдвигающего конденсатора не влияет на качество генерируемого трехфазного напряжения.
К обмоткам статора можно подключить трехфазную нагрузку. Если ее нет, энергия питающей сети расходуется лишь на преодоление трения в подшипниках ротора (не считая обычных потерь в меди и железе), поэтому КПД преобразователя довольно велик.
В качестве преобразователей числа фаз автором схем Клейменовым В. было испытано несколько различных электродвигателей. Те из них, обмотки которых соединены звездой, с выводом от общей точки (нейтралью) подключали по схеме, показанной на рис. 2. В случае соединения обмоток звездой без нейтрали или треугольником применяли схемы, показанные, соответственно, на рис. 3 и рис. 4.
Рис. 2. Схема преобразователя, обмотки двигателя в котором соединены звездой, с выводом от общей точки (нейтралью)
Рис. 3. Схема преобразователя обмотки двигателя в котором соединены звездой без нейтрали
Рис. 4. Схема преобразователя; обмотки двигателя в котором соединены треугольником
Во всех случаях двигатель , запускали, нажав на кнопку SB 1 и удерживая ее в течении 15 С, пока частота вращения ротора не достигнет номинальной. Затем замыкали выключатель SA 1, а кнопку отпускали.
Схемы № 5. Обычно концы обмоток асинхронного трехфазного электродвигателя выведены на трех- или шестиклеммную колодку. Если колодка трехклеммная, значит, фазные статорные обмотки соединены звездой или треугольником. Если же она шестиклеммная, фазные обмотки не подключены друг к другу (Я. Шаталов , п. Ирба Красноярского края).
В последнем случае важно правильно их соединить. При включении звездой одноименные выводы обмоток (начало или конец) следует объединить в нулевую точку. Для того чтобы соединить обмотки треугольником, необходимо:
♦ конец первой обмотки соединить с началом второй;
♦ конец второй - с началом третьей;
♦ конец третьей - с началом первой.
А как быть, если выводы обмоток электродвигателя не маркированы?
Тогда поступают следующим образом. Омметром определяют три обмотки, условно обозначив их I , II и III. Чтобы найти начало и конец каждой из них, две любые соединяют последовательно и подают на них переменное напряжение 6-36 В. К третьей обмотке подключают вольтметр переменного тока (рис. 5).
Рис. 5. Схема подключения вольтметра для определения обмоток
Наличие переменного напряжения свидетельствует о том, что обмотки I и II включены согласно, а отсутствие напряжения - встречно. В последнем случае выводы одной из обмоток следует поменять местами. После этого отмечают начало и конец обмоток I и II (одноименные выводы обмоток I и II на рис. 5 отмечены точками). Чтобы определить начало и конец обмотки III, меняют местами обмотки, например, II и III, и по описанной выше методике повторяют измерения.
Итак, почему в некоторые электрощитки приходит напряжение 380 В, а в некоторые – 220? Почему у одних потребителей напряжение трёхфазное, а у других – однофазное? Было время, я задавался этими вопросами и искал на них ответы. Сейчас расскажу популярно, без формул и диаграмм, которыми изобилуют учебники.
Другими словами. Если к потребителю подходит одна фаза, то потребитель называется однофазным, и напряжение его питания будет 220 В (фазное). Если говорят о трехфазном напряжении, то всегда идёт речь о напряжении 380 В (линейное). Какая разница? Далее – подробнее.
Чем три фазы отличаются от одной?
В обоих видах питания присутствует рабочий нулевой проводник (НОЛЬ). Про защитное заземление я , это обширная тема. По отношению к нулю на всех трёх фазах – напряжение 220 Вольт. А вот по отношению этих трёх фаз друг к другу – на них 380 Вольт.
Напряжения в трёхфазной системе
Так получается, потому что напряжения (при активной нагрузке, и ток) на трёх фазных проводах отличаются на треть цикла, т.е. на 120°.
Подробнее можно ознакомиться в учебнике электротехники – про напряжение и ток в трехфазной сети, а также увидеть векторные диаграммы.
Получается, что если у нас есть трехфазное напряжение, то у нас есть три фазных напряжения по 220 В. И однофазных потребителей (а таких – почти 100% в наших жилищах) можно подключать к любой фазе и нулю. Только делать это надо так, чтобы потребление по каждой фазе было примерно одинаковым, иначе возможен перекос фаз.
Кроме того, чрезмерно нагруженной фазе будет тяжело и обидно, что другие “отдыхают”)
Преимущества и недостатки
Обе системы питания имеют свои плюсы и минусы, которые меняются местами или становятся несущественными при переходе мощности через порог 10 кВт. Попробую перечислить.
Однофазная сеть 220 В, плюсы
- Простота
- Дешевизна
- Ниже опасное напряжение
Однофазная сеть 220 В, минусы
- Ограниченная мощность потребителя
Трехфазная сеть 380 В, плюсы
- Мощность ограничена только сечением проводов
- Экономия при трехфазном потреблении
- Питание промышленного оборудования
- Возможность переключения однофазной нагрузки на “хорошую” фазу при ухудшении качества или пропадании питания
Трехфазная сеть 380 В, минусы
- Дороже оборудование
- Более опасное напряжение
- Ограничивается максимальная мощность однофазных нагрузок
Когда 380, а когда 220?
Так почему же в квартирах у нас напряжение 220 В, а не 380? Дело в том, что к потребителям мощностью менее 10 кВт, как правило, подключают одну фазу. А это значит, что в дом вводится одна фаза и нейтральный (нулевой) проводник. В 99% квартир и домов именно так и происходит.
Однофазный электрощиток в доме. Правый автомат – вводной, далее – по комнатам. Кто найдёт ошибки на фото? Хотя, этот щиток – одна сплошная ошибка…
Однако, если планируется потреблять мощность более 10 кВт, то лучше – трехфазный ввод. А если имеется оборудование с трехфазным питанием (содержащее ), то я категорически рекомендую заводить в дом трехфазный ввод с линейным напряжением 380 В. Это позволит сэкономить на сечении проводов, на безопасности, и на электроэнергии.
Не смотря на то, что есть способы включения трехфазной нагрузки в однофазную сеть, такие переделки резко снижают КПД двигателей, и иногда при прочих равных условиях можно за 220 В заплатить в 2 раза больше, чем за 380.
Однофазное напряжение применяется в частном секторе, где потребляемая мощность, как правило, не превышает 10 кВт. При этом на вводе применяют кабель с проводами сечением 4-6 мм². Потребляемый ток ограничивается вводным автоматическим выключателем, номинальный ток защиты которого – не более 40 А.
Про выбор защитного автомата я уже . А про выбор сечения провода – . Там же – жаркие обсуждения вопросов.
Но если мощность потребителя – 15 кВт и выше, то тут обязательно нужно использовать трехфазное питание. Даже, если в данном здании нет трехфазных потребителей, например, электродвигателей. В таком случае мощность разделяется по фазам, и на электрооборудование (вводной кабель, коммутация) ложится не такая нагрузка, как если бы ту же мощность брали от одной фазы.
Например, 15 кВт – это для одной фазы около 70А, нужен медный провод сечением не менее 10 мм². Стоить кабель с такими жилами будет существенно. А автоматов на одну фазу (однополюсных) на ток больше 63 А на ДИН-рейку я не встречал.
Поэтому в офисах, магазинах, и тем более на предприятиях применяют только трёхфазное питание. И, соответственно, трёхфазные счетчики, которые бывают прямого включения и трансформаторного включения (с трансформаторами тока).
А что там свежего в группе ВК СамЭлектрик.ру ?
Подписывайся, и читай статью дальше:
И на вводе (перед счетчиком) стоят примерно такие “ящички”:
Трехфазный ввод. Вводной автомат перед счетчиком.
Существенный минус трехфазного ввод а (отмечал его выше) – ограничение по мощности однофазных нагрузок. Например, выделенная мощность трехфазного напряжения – 15 кВт. Это значит, что по каждой фазе – максимум 5 кВт. А это значит, что максимальный ток по каждой фазе – не более 22 А (практически – 25). И надо крутиться, распределяя нагрузку.
Надеюсь, теперь понятно, что такое трехфазное напряжение 380 В и однофазное напряжение 220 В?
Схемы Звезда и Треугольник в трехфазной сети
Существуют различные вариации включения нагрузки с рабочим напряжением 220 и 380 Вольт в трехфазную сеть. Эти схемы называются “Звезда” и “Треугольник”.
Когда нагрузка рассчитана на напряжение 220В, то она включается в трехфазную сеть по схеме “Звезда” , то есть к фазному напряжению. При этом все группы нагрузки распределяются так, чтобы мощности по фазам были примерно одинаковы. Нули всех групп соединены вместе и подключены к нейтральному проводу трехфазного ввода.
В “Звезду” подключены все наши квартиры и дома с однофазным вводом, другой пример – подключение ТЭНов в мощных и .
Когда нагрузка на напряжение 380В, то она включается по схеме “Треугольник”, то есть к линейному напряжению. Такое распределение по фазам наиболее типично для электродвигателей и другой нагрузки, где все три части нагрузки принадлежат к единому устройству.
Система распределения электроэнергии
Исходно напряжение всегда является трехфазным. Под “исходно” я подразумеваю генератор на электростанции (тепловой, газовой, атомной), с которого напряжение в много тысяч вольт поступает на понижающие трансформаторы, которые образуют несколько ступеней напряжения. Последний трансформатор понижает напряжение до уровня 0,4 кВ и подаёт его конечным потребителям – нам с вами, в квартирные дома и в частный жилой сектор.
Далее напряжение поступает на трансформатор ТП2 второй ступени, на выходе которого действует напряжение конечного потребителя 0,4 кВ (380В). Мощность трансформаторов ТП2 – от сотен до тысяч кВт. С ТП2 напряжение поступает к нам – на несколько многоквартирных домов, на частный сектор, и т.п.
Схема упрощённая, ступеней может быть несколько, напряжения и мощности могут быть другие, но суть от этого не меняется. Только конечное напряжение потребителей одно – 380 В.
Фото
Напоследок – ещё несколько фото с комментариями.
Электрощит с трехфазным вводом, но все потребители – однофазные.
Друзья, на сегодня всё, всем удачи!
Жду отзывов и вопросов в комментариях!
В этой схеме, как и в любой другой, могут быть ошибки. Если Вы их обнаружите, пожалуйста, напишите нам . Подпишитесь на новости, чтобы быть в курсе исправлений и обновлений материала.
Внимание! Сборка прибора требует навыков в области силовой электроники, связана с контактом с высоким напряжением, которое может быть опасным для жизни как самого инженера, так и пользователей прибора. Убедитесь, что Вы обладаете нужной квалификацией.
D5 - операционный усилитель, рассчитанный на работу при однополярном питании 12В, с высоким входным сопротивлением и с возможностью подключения к выходу нагрузки 2 кОм или менее. Хорошо подходит К544УД1, КР544УД1 .
D6 - интегральный стабилизатор напряжения (КРЕН) на 12В.
VT5 - Маломощный высоковольтный транзистор на 600 вольт. Он работает только в момент включения схемы. Так что в процессе работы мощность не рассеивает.
VD9 - Стабилитрон 15В.
C11 - 1000мкФ 25В.
R25 - 300кОм 0.5Вт
D1 - Интегральные широтно-импульсно модулирующие (ШИМ) контроллеры. Это 1156ЕУ3 или его импортный аналог UC3823.
Добавление от 27.02.2013 Иностранный производитель контроллеров Texas Instruments преподнес нам удивительно приятный сюрприз. Появились микросхемы UC3823A и UC3823B. У этих контроллеров функции выводов немного не такие, как у UC3823. В схемах для UC3823 они работать не будут. Вывод 11 теперь приобрел совсем другие функции. Чтобы в описанной схеме применить контроллеры с буквенными индексами A и B, нужно вдвое увеличить резисторы R22, исключить резисторы R17 и R18, подвесить (никуда не подключать) ножки 16 и 11 всех трех микросхем. Что касается российских аналогов, то нам читатели пишут, что в разных партиях микросхем разводка разная (что особенно приятно), хотя мы пока новой разводки не встречали.
D3 - Драйверы полумоста. IR2184
R7, R6 - Резисторы по 10кОм. C3, C4 - Конденсаторы по 100нФ.
R10, R11 - Резисторы по 20кОм. C5, C6 - Электролитические конденсаторы по 30 мкФ, 25 вольт.
R8 - 20кОм, R9 - подстроечный резистор 15кОм
R1, R2 - подстроечники по 10кОм
R3 - 10 кОм
C2, R5 - резистор и конденсатор, задающие частоту работы ШИМ - контроллеров. Их выбираем таким образом, чтобы частота была около 50 кГц. Подбор стоит начать с конденсатора 1 нФ и резистора 100 кОм.
R4 - Эти резисторы в разных плечах - разные. Дело в том, что для получения синусоидального напряжения со сдвигом фаз на 120 гр. используется фазосдвигающая цепь. Кроме сдвигания она еще и ослабляет сигнал. Каждое звено ослабляет сигнал в 2.7 раза. Так что подбираем резистор в нижнем плече в диапазоне от 10 кОм до 100 кОм так, чтобы ШИМ контролер при минимальном значении синусоидального напряжения (с выхода операционного усилителя) был закрыт, при небольшом его увеличении начинал выдавать короткие импульсы, при достижении максимума был практически открыт. Резистор среднего плеча будет в 9 раза больше, резистор верхнего - в 81 раз.
После подбора этих резисторов более точно коэффициент усиления можно регулировать подстроечными резисторами R1.
R17 - 300 кОм, R18 - 30 кОм
C8 - 100нФ. Это могут быть низковольтные конденсаторы. На них высокого напряжения не бывает, хотя они стоят в высоковольтной части.
R22 - 0.23 Ом. 5Вт.
VD11 - Диоды Шоттки. Выбраны диоды Шоттки, чтобы обеспечить минимальное падение напряжения на диоде в открытом состоянии.
R23, R24 - 20 Ом. 1Вт.
L1 - дроссель 10мГн (1E-02 Гн), на ток 5А, C12 - 1мкФ, 400 В.
L2 - несколько витков тонкого провода поверх дросселя L1. Если в дросселе L1 - X витков, то в катушке L2 должно быть [X ] / [60 ]
К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости , чтобы быть в курсе.
Если что-то непонятно, обязательно спросите!