Содержание
Мощность трехфазной цепи при несимметричной нагрузке кратко…
Привет, мой друг, тебе интересно узнать все про мощность трехфазной цепи при несимметричной нагрузке, тогда с вдохновением прочти до конца. Для того чтобы лучше понимать что такое
мощность трехфазной цепи при несимметричной нагрузке, мощность трехфазной цепи , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электротехника, Схемотехника, Аналоговые устройства.
Трехфазная цепь это совокупность трех однофазных цепей, поэтому активная и реактивная мощности трехфазной цепи равны сумме отдельных фаз.
Активная мощность:
Рассчитываются активные мощности:
Реактивные мощности:
Модуль полной мощности трехфазной цепи:
, но модули полных мощностей суммировать нельзя
Полная мощность может быть определена только в комплексной форме.
При соединении треугольником получаем соответственно так же
Мощности трехфазной цепи
В трехфазных цепях, так же как и в однофазных, пользуются понятиями активной, реактивной и полной мощностей.
Соединение потребителей звездой
В общем случае несимметричной нагрузки активная мощность трехфазного приемника равна сумме активных мощностей отдельных фаз
P = Pa + Pb + Pc,
где
Pa = Ua Ia cos φa; Pb = Ub Ib cos φb; Pc = Uc Ic cos φc;
Ua, Ub, Uc; Ia, Ib, Ic – фазные напряжения и токи;
φa, φb, φc – углы сдвига фаз между напряжением и током.
Реактивная мощность соответственно равна алгебраической сумме реактивных мощностей отдельных фаз
Q = Qa + Qb + Qc,
где
Qa = Ua Ia sin φa;
Qb = Ub Ib sin φb;
Qc = Uc Ic sin φc.
Полная мощность отдельных фаз
Sa = Ua Ia; Sb = Ub Ib; Sc = Uc Ic.
Полная мощность трехфазного приемника
.
При симметричной системе напряжений (Ua = Ub = Uc = UФ) и симметричной нагрузке (Ia = Ib = Ic = IФ; φa = φb = φc = φ) фазные мощности равны Pa = Pb = Pc = PФ = UФ IФ cos φ;
Qa = Qb = Qc = QФ = UФ IФ sin φ.
Активная мощность симметричного трехфазного приемника
P = 3 PФ = 3 UФ IФ cos φ.
Аналогично выражается и реактивная мощность
Q = 3 QФ = 3 UФ IФ sin φ.
Полная мощность
S = 3 SФ = 3 UФ IФ.
Отсюда следует, что в трехфазной цепи при симметричной системе напряжений и симметричной нагрузке достаточно измерить мощность одной фазы и утроить результат.
Соединение потребителей треугольником
В общем случае несимметричной нагрузки активная мощность трехфазного приемника равна сумме активных мощностей отдельных фаз
P = Pab + Pbc + Pca,
где
Pab = Uab Iab cos φab;
Pbc = Ubc Ibc cos φbc;
Pca = Uca Ica cos φca;
Uab, Ubc, Uca; Iab, Ibc, Ica – фазные напряжения и токи;
φab, φbc, φca – углы сдвига фаз между напряжением и током.
Реактивная мощность соответственно равна алгебраической
сумме реактивных мощностей отдельных фаз
Q = Qab + Qbc + Qca,
где
Qab = Uab Iab sin φab;
Qbc = Ubc Ibc sin φbc;
Qca = Uca Ica sin φca.
Полная мощность отдельных фаз
Sab = Uab Iab;
Sbc = Ubc Ibc;
Sca = Uca Ica.
Полная мощность трехфазного приемника
. Об этом говорит сайт https://intellect.icu .
При симметричной системе напряжений
Uab = Ubc = Uca = UФ
и симметричной нагрузке
Iab = Ibc = Ica = IФ; φab = φbc = φca = φ
фазные мощности равны
Pab = Pbc = Pca = PФ = UФ IФ cos φ;
Qab = Qbc = Qca = QФ = UФ IФ sin φ.
Активная приемника мощность симметричного трехфазного
P = 3 PФ = 3 UФ IФ cos φ.
Аналогично выражается и реактивная мощность
Q = 3 QФ = 3 UФ IФ sin φ.
Полная мощность
S = 3 SФ = 3 UФ IФ.
Так как за номинальные величины обычно принимают линейные напряжения и токи, то мощности удобней выражать через линейные величины UЛ и IЛ.
При соединении фаз симметричного приемника звездой
UФ = UЛ / , IФ = IЛ, при соединении треугольником
UФ = UЛ, IФ = IЛ / . Поэтому независимо от схемы соединения фаз приемника активная мощность при
симметричной нагрузке определяется одной и той же формулой
где UЛ и IЛ – линейное напряжение и ток; cos φ – фазный.
Обычно индексы «л» и «ф» не указывают и формула принимает вид
P = U I cos φ.
Соответственно реактивная мощность
Q = U I sin φ.
и полная мощность
S = U I.
При этом надо помнить, что угол φ является углом сдвига фаз между фазными напряжением и током, и, что при неизмененном линейном напряжении, переключая приемник со звезды в треугольник его мощность увеличивается в три раза:
Δ P = Υ 3P.
Измерение активной мощности в трехфазных цепях
Измерение активной мощности в трехфазных цепях производят с помощью трех, двух или одного ваттметров, используя различные схемы их включения. Схема включения ваттметров для измерения активной мощности определяется схемой сети (трехили четырехпроводная), схемой соединения фаз приемника
(звезда или треугольник), характером нагрузки (симметричная или несимметричная), доступностью нейтральной точки.
При несимметричной нагрузке в четырехпроводной цепи активную мощность измеряют тремя ваттметрами (рис. 19),
каждый из которых измеряет мощность одной фазы – фазную мощность.
Активная мощность приемника показаний трех ваттметров определяют по сумме
Измерение мощности тремя ваттметрами возможно при любых условиях.
При симметричном приемнике и доступной нейтральной точке активную мощность приемника определяют с помощью одного
ваттметра, измеряя активную мощность одной фазы PФ по схеме рис.
20. Активная мощность всего трехфазного приемника равна
при этом утроенному показанию ваттметра: P = 3 PФ.
На рис. 20 показано включение прибора непосредственно в одну из фаз приемника. В случае, если нейтральная точка приемника недоступна или зажимы фаз приемника, включенного треугольником не выведены, применяют схему рис. 21 с использованием искусственной нейтральной точки n’.
В этой схеме дополнительно в две фазы включают резисторы с сопротивлением R = RV. Измерение активной мощности симметричного приемника в
трехфазной цепи одним ваттметром применяют только при полной гарантии симметричности трехфазной системы.
См. также
мощность трехфазной цепи при симметричной нагрузке , смещение нейтрали ,
Тебе нравиться мощность трехфазной цепи при несимметричной нагрузке? или у тебя есть полезные советы и дополнения? Напиши другим читателям ниже. Надеюсь, что теперь ты понял что такое мощность трехфазной цепи при несимметричной нагрузке, мощность трехфазной цепи
и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания,
то нестесняся пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу.
Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории
Электротехника, Схемотехника, Аналоговые устройства
Мощность трехфазной цепи при симметричной нагрузке кратко…
Привет, мой друг, тебе интересно узнать все про мощность трехфазной цепи при симметричной нагрузке, тогда с вдохновением прочти до конца. Для того чтобы лучше понимать что такое
мощность трехфазной цепи при симметричной нагрузке, смещение нейтрали , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электротехника, Схемотехника, Аналоговые устройства.
Трехфазные цепи являются основным видом электрических цепей, используемых при производстве, передаче и распределении электрической энергии. Они являются частным случаем симметричных многофазных цепей, под которыми понимают совокупность электрических цепей с источниками синусоидальных ЭДС, имеющими одинаковые амплитуды и частоты и смещенными по фазе относительно друг друга на одинаковый угол.
В технике используются также другие многофазные цепи. Шести и двенадцатифазные – в силовых выпрямительных установках, двухфазные – в автоматике, но наибольшее распространение имеют именно трехфазные системы питания. Это связано с тем, что трехфазная система является минимально возможной симметричной системой*, обеспечивающей:
- экономически эффективное производство, передачу и распределение электроэнергии;
- эффективное преобразование электрической энергии в механическую посредством машин с вращающимся магнитным полем;
- возможность использования потребителем двух различных напряжений питания без дополнительных преобразований.
Основным свойством симметрии многофазных систем является равенство нулю суммы мгновенных значений ЭДС, напряжений и токов, т.е. э
В симметричной трехфазной системе фазные напряжения одинаковы
Нагрузка, у которой комплексные сопротивления фаз одинаковы , называется симметричной
В случае симметрии нагрузки фазные токи образуют симметричную систему (рис.
3.5, ), вследствие чего ток в нейтральном проводе отсутствует .
рис. 3.5,
Отсутствие тока в нейтральном проводе при симметричной нагрузке означает, что этот провод вообще можно исключить и тогда трехфазная сеть становится трехпроводной.
Если нагрузку сети мысленно охватить замкнутой поверхностью, то по первому закону Кирхгофа для линейных проводов трехпроводной сети, входящих в эту поверхность, можно составить уравнение
Расчет токов в трехпроводной сети при симметричной нагрузке ничем не отличается от расчета в сети с нейтральным проводом
. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Идентичны в этом случае и векторные диаграммы токов и напряжений (рис. 3.6, а). Отсутствие симметрии нагрузки нарушает симметрию фазных токов и напряжений, в то время как фазные и линейные напряжения генератора остаются симметричными (рис. 3.6, б). В результате этого изменяется потенциал нейтральной точки n и между нейтралями генератора и нагрузки возникает разность потенциалов называемая смещением нейтрали.
Рис 3.6 Соединение нагрузки звездой без нейтрального провода
Мощность при симметричной нагрузке
Трехфазная цепь является обычной цепью синусоидального тока с несколькими источниками.
Активная мощность трехфазной цепи равна сумме активных мощностей фаз
(5)
Формула (5) используется для расчета активной мощности в трехфазной цепи при несимметричной нагрузке.
При симметричной нагрузке:
При соединении в треугольник симметричной нагрузки
При соединении в звезду
.
В обоих случаях
.
Для симметрично нагруженных трехфазных цепей, с целью ориентировочного измерения общей активной мощности, если не требуется высокая точность, достаточно одного ваттметра, включенного лишь в одну из фаз. Затем, для получения значения активной мощности полной цепи, остается умножить показания ваттметра на количество фаз:
Активная мощность симметричного трехфазного приемника:
Реактивная мощность симметричного трехфазного приемника:
Удобнее мощности выражать через линейные Uл и Iл.
При симметричной нагрузке мощности фаз одинаковы, поэтому:
P = 3Pф = 3UфIфcosφф
Q = 3Qф = 3UфIфsinφф
S = 3Sф = 3UфIф
тогда
Вывод: при симметричной нагрузке формулы мощности независимо от схемы соединения приемников одинаковы
Взглянув на векторную диаграмму токов и напряжений применительно к симметричной нагрузке, можно придти к выводу, что показания ваттметров определяются по следующим формулам:
Проанализировав эти выражения, можно понять, что при чисто активной нагрузке, когда φ = 0, показания двух ваттметров окажутся равны между собой, то есть W1 = W2.
При активно-индуктивном характере нагрузки, когда 0 ≤ φ ≤ 90°, показания ваттметра 1 окажутся меньше чем у ваттметра 2, то есть W1 60° показания ваттметра 1 будут отрицательными, то есть W1 < 0.
При активно-емкостном характере нагрузки, когда 0 ≥ φ≥ -90°, показания ваттметра 2 будут меньше чем ваттметра 1, то есть W1 > W2.
При φ < -60° показания ваттметра 2 станут отрицательными.
Трехфазные сети проектируют и эксплуатируют таким образом, чтобы нагрузка в них была повозможности симметричной. В этом случае ток нейтрального провода незначителен и его сечение можно существенно уменьшить по сравнению с сечением линейных проводов
Измерение можности ваттметром при симметричной нагрузке
Активная мощность в электрической цепи измеряется прибором, называемым ваттметром, показания которого определяется по формуле:
где Uw, Iw — векторы напряжения и тока, подведенные к обмоткам прибора.
Рис. 40.1
Для измерения активной мощности всей трехфазной цепи в зависимости от схемы соединения фаз нагрузки и ее характера применяются различные схемы включения измерительных приборов.
Для измерения активной мощности симметричной трехфазной цепи при-меняется схема с одним ваттметром, который включается в одну из фаз и измеряет активную мощность только этой фазы (рис. 40.
1). Активная мощность всей цепи получается путем умножения показания ваттметра на число фаз:
P=3W=3UфIфcos(φ).
Схема с одним ваттметром может быть использована только для ориентированной оценки мощности и неприменима для точных и коммерческих измерений.
См. также
мощность трехфазной цепи при несимметричной нагрузке , мощность трехфазной цепи ,
Тебе нравиться мощность трехфазной цепи при симметричной нагрузке? или у тебя есть полезные советы и дополнения? Напиши другим читателям ниже. Надеюсь, что теперь ты понял что такое мощность трехфазной цепи при симметричной нагрузке, смещение нейтрали
и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания,
то нестесняся пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории
Электротехника, Схемотехника, Аналоговые устройства
Что такое трехфазное питание и какие преимущества оно дает
Трехфазное питание переменного тока (AC) обычно используется для подачи электроэнергии в центры обработки данных, а также в коммерческие и промышленные здания, в которых размещается энергоемкое оборудование.
Для этого есть веская причина, потому что 3-фазное питание может обеспечить большую мощность с большей эффективностью, в отличие от однофазного питания переменного тока. Однофазный переменный ток — это тип, обычно используемый для большинства бытовых и легких коммерческих приложений, таких как освещение и небольшие бытовые приборы. На этой странице мы объясним, почему это так, и основные различия между однофазными и трехфазными системами электропитания.
Зачем нам трехфазное питание
Способность поставлять постоянно увеличивающееся количество энергии особенно важно, поскольку в центрах обработки данных и серверных комнатах по-прежнему наблюдается рост плотности. Более мощные вычислительные системы размещаются в тех же помещениях, где когда-то размещались серверы, потребляющие лишь часть электроэнергии, необходимой для современных компьютеров и сетей.
Не так давно одна ИТ-стойка с 10 серверами потребляла в общей сложности пять киловатт (кВт) энергии.
Сегодня в той же стойке могут находиться десятки серверов, потребляющих в совокупности 20 или 30 кВт. На таких уровнях вы, естественно, хотите сделать ставку на эффективность, поскольку даже небольшое процентное улучшение энергопотребления будет означать значительную экономию долларов с течением времени.
Еще одна проблема с проводкой. Рассмотрим стойку на 15 кВт. При использовании однофазной сети переменного тока 120 вольт для питания стойки требуется 125 ампер, для чего потребуется провод диаметром почти четверть дюйма (AWG 4) — слишком толстый, чтобы с ним было легко работать, не говоря уже о том, дорогой. Поскольку 3 фазы более эффективны, они могут обеспечивать ту же мощность (и даже больше) при использовании проводки меньшего размера. Для поддержки той же стойки мощностью 15 кВт с использованием 3-фазного питания требуются три провода, способные подавать 42 ампера (AWG 10), которые составляют небольшую часть размера — каждый меньше одной десятой дюйма в диаметре.
Объяснение однофазного питания переменного тока
Итак, что такое трехфазное питание? И где мы должны его использовать?
Прежде чем углубиться в это обсуждение, полезно начать с понимания однофазного питания переменного тока.
Однофазная сеть переменного тока использует трехпроводную систему подачи, состоящую из одного «горячего» провода, нейтрального провода и заземления. При питании переменным током мощность или напряжение периодически меняются местами, протекая в одну сторону по горячему проводу, подающему питание на нагрузку, и в другую сторону по нейтральному проводу. Полный цикл питания происходит во время изменения фазы на 360 градусов, и напряжение меняется на противоположное 50 или 60 раз в секунду, в зависимости от системы, используемой в разных частях мира. В Северной Америке это 60 раз или 60 герц (Гц).
Важно отметить, что две токонесущие ветви всегда отстоят друг от друга на 180 градусов. Чтобы визуализировать это, представьте, что мощность движется по волне, технически это синусоида с определенной частотой и амплитудой. В каждом цикле волны на каждом проводе дважды одновременно проходят через нулевую амплитуду (см. рис. 1). В этих случаях мощность на нагрузку не подается.
Рисунок 1
Эти очень короткие прерывания не имеют значения для жилых и коммерческих зданий, таких как офисы, но имеют существенное значение для двигателей, приводящих в действие крупное оборудование, а также компьютеры и другие устройства.
ИТ-оборудование.
Погружение в трехфазное питание
Как следует из названия, трехфазные энергосистемы обеспечивают три отдельных тока, каждый из которых разделен на одну треть времени, необходимого для завершения полного цикла. Но, в отличие от однофазного, где две горячие ветви всегда разнесены на 180 градусов, в трехфазном токи разнесены на 120 градусов.
На Рисунке 2 ниже вы увидите, что, когда какая-либо одна линия имеет пиковый ток, две другие нет. Например, когда фаза 1 находится на своем положительном пике, фазы 2 и 3 имеют значение -0,5. Это означает, что, в отличие от однофазного тока, нет точки, в которой мощность не подается на нагрузку. Фактически, в шести различных положениях каждой фазы одна из линий находится в максимально положительном или отрицательном положении.
Для практических целей это означает, что общее количество энергии, поставляемой всеми тремя токами, остается постоянным; у вас нет циклических пиков и спадов, как с однофазным.
Компьютеры и многие двигатели, используемые в тяжелой технике, разработаны с учетом этого. Они могут получать устойчивый поток постоянной мощности, вместо того, чтобы учитывать колебания, присущие однофазной мощности переменного тока. В результате они потребляют меньше энергии.
В качестве аналогии подумайте об одноцилиндровом двигателе по сравнению с трехцилиндровым. Оба работают по четырехтактной модели (впуск, сжатие, мощность, выпуск). В одноцилиндровом двигателе вы получаете только один «мощный» цикл на каждые четыре такта цилиндра, что обеспечивает довольно неравномерную подачу мощности. Трехтактный двигатель, напротив, будет обеспечивать мощность в трех чередующихся фазах (опять же, разделенных на 120 градусов), для более плавной, постоянной и эффективной мощности.
Рисунок 2
Преимущества трехфазного питания
Среди преимуществ, которые дает трехфазное питание, — возможность обеспечить почти вдвое большую мощность по сравнению с однофазными системами, не требуя вдвое большего количества проводов.
Это не в три раза больше мощности, как можно было бы ожидать, потому что на практике вы обычно берете одну горячую линию и подключаете ее к другой горячей линии.
Чтобы понять, как 3-фазное питание обеспечивает большую мощность, нужно посчитать. Формула для однофазной мощности: мощность = напряжение (В) x ток (I) x коэффициент мощности (PF). Если мы предположим, что нагрузка в цепи является только резистивной, коэффициент мощности равен единице (или единице), что сводит формулу к P = V x I. Если мы рассмотрим 120-вольтовую цепь, поддерживающую 20 ампер, мощность будет равна 2400 Вт. .
Формула мощности трехфазной цепи: Мощность = Напряжение (В) x Ток (I) x Коэффициент мощности (PF) x квадратный корень из трех. Если предположить, что нагрузка в цепи является только резистивной, коэффициент мощности равен единице (или единице), что сводит формулу к P = V x I x квадратный корень из трех. Если мы рассмотрим 120-вольтовую трехфазную цепь, и каждая фаза поддерживает 20 ампер, формула работает как 120 вольт x 20 ампер x 1,732 = 4157 Вт.
Таким образом, 3-фазные системы могут обеспечить почти вдвое большую мощность, чем однофазные системы. Это упрощенный пример, но его можно использовать для исследования дополнительной мощности, доступной от цепей, поддерживающих более высокие напряжения (например, 208 или 480 вольт) или токи (например, 30 ампер или выше).
Такая емкость пригодится, когда речь идет о питании стоек с ИТ-оборудованием. В то время как когда-то использование однофазного питания для стойки было нормой, по мере увеличения плотности в ИТ-стойках это становится менее осуществимым и практичным. Все кабели, проводники и розетки становятся больше, дороже и с ними становится все труднее работать.
Подача трехфазного питания непосредственно в серверную стойку позволяет использовать менее дорогие кабели и другие компоненты, обеспечивая при этом большую мощность. Однако это требует внимания к нагрузке на каждую цепь, чтобы убедиться, что они сбалансированы и не превышают пропускную способность цепи.
Чтобы узнать больше о том, как работает трехфазное питание и о его преимуществах, посетите: https://www.
vertiv.com/en-us/products-catalog/critical-power/uninterruptible-power-supplies-ups.
Принципы трехфазных электрических систем
Хотя однофазное электричество используется для питания обычных бытовых и офисных электроприборов, трехфазные системы переменного тока почти повсеместно используются для распределения электроэнергии и подачи электроэнергии непосредственно на оборудование большей мощности.
В этой технической статье описываются основные принципы трехфазных систем и различия между различными возможными измерительными соединениями.
- Трехфазные системы
- Соединение звездой или звездой
- Соединение треугольником
- Сравнение звезд и треугольников
- Измерение мощности
- Подключение однофазного ваттметра
- Однофазное трехпроводное соединение
- Трехфазное трехпроводное соединение (метод двух ваттметров)
- Трехфазное трехпроводное соединение (метод трех ваттметров)
- Теорема Блонделя: необходимое количество ваттметров
- Трехфазное, четырехпроводное подключение
- Настройка измерительного оборудования
Трехфазные системы
Трехфазное электричество состоит из трех переменных напряжений одинаковой частоты и одинаковой амплитуды.
Каждая «фаза» напряжения переменного тока отделена от другой на 120° (рис. 1).
Рисунок 1 – Трехфазная кривая напряжения
Это может быть представлено схематически как в виде сигналов, так и в виде векторной диаграммы (рис. 2).
Рисунок 2 – Векторы трехфазного напряжения
Зачем использовать трехфазные системы? По двум причинам:
- Три разнесенных по вектору напряжения могут использоваться для создания вращающегося поля в двигателе. Таким образом, двигатели можно запускать без дополнительных обмоток.
- Трехфазная система может быть подключена к нагрузке таким образом, что количество необходимых медных соединений (и, следовательно, потери при передаче) составляет половину того, что было бы в противном случае.
Рассмотрим три однофазные системы, каждая из которых подает на нагрузку по 100 Вт (рис. 3). Общая нагрузка составляет 3 × 100 Вт = 300 Вт. Для подачи питания 1 ампер протекает по 6 проводам и, таким образом, потери составляют 6 единиц.
3 – Три однофазных источника питания – шесть единиц потерь
В качестве альтернативы, три источника питания могут быть подключены к общему возврату, как показано на рис. 4. Когда ток нагрузки в каждой фазе одинаков, говорят, что нагрузка сбалансирована. При сбалансированной нагрузке и смещении фаз трех токов друг от друга на 120° сумма токов в любой момент времени равна нулю, и ток в обратной линии отсутствует.
Рисунок 4 – Трехфазное питание, сбалансированная нагрузка – 3 единицы потерь
В трехфазной системе 120° требуется только 3 провода для передачи мощности, для которой в противном случае потребовалось бы 6 проводов. Требуется половина меди, и потери при передаче по проводам уменьшатся вдвое.
Соединение звездой или звездой
Трехфазная система с общим соединением обычно изображается, как показано на рисунке 5, и известна как соединение «звезда» или «звезда».
Рисунок 5 – Соединение звездой или звездой – три фазы, четыре провода
Общая точка называется нейтральной точкой.
Эта точка часто заземляется на источник питания из соображений безопасности. На практике нагрузки не идеально сбалансированы, и для передачи результирующего тока используется четвертый «нейтральный» провод.
Нейтральный проводник может быть значительно меньше трех основных проводников, если это разрешено местными нормами и стандартами.
Соединение треугольником
Три однофазных источника питания, рассмотренные ранее, также могут быть соединены последовательно. Сумма трех напряжений, сдвинутых по фазе на 120°, в любой момент времени равна нулю. Если сумма равна нулю, то обе конечные точки имеют одинаковый потенциал и могут быть соединены вместе.
Рисунок 6 – Сумма мгновенных напряжений в любой момент времени равна нулю
Соединение обычно рисуется, как показано на рисунке 7, и известно как соединение треугольником по форме греческой буквы дельта, Δ.
Рисунок 7 – Соединение треугольником – три фазы, три провода
Сравнение звездой и треугольником
Конфигурация «звезда» используется для распределения питания между повседневными однофазными приборами, которые можно найти дома и в офисе.
Однофазные нагрузки подключаются к одной стороне тройника между линией и нейтралью. Общая нагрузка на каждую фазу максимально распределяется, чтобы обеспечить сбалансированную нагрузку на первичную трехфазную сеть.
Конфигурация звезда также может подавать одно- или трехфазное питание на более мощные нагрузки при более высоком напряжении. Однофазные напряжения представляют собой напряжения между фазой и нейтралью. Также доступно более высокое межфазное напряжение, как показано черным вектором на рис. 8.
Рисунок 8 – Напряжение (фаза-фаза)
Конфигурация треугольника чаще всего используется для питания трехфазных промышленных нагрузок более высокой мощности. Однако различные комбинации напряжений могут быть получены от одного трехфазного источника питания треугольником путем выполнения соединений или «отводов» вдоль обмоток питающих трансформаторов.
В США, например, система треугольника 240 В может иметь обмотку с расщепленной фазой или с отводом от середины, чтобы обеспечить два источника питания 120 В (рис.
9).
Центральный ответвитель может быть заземлен на трансформаторе из соображений безопасности. 208 В также доступно между центральным отводом и третьей «высокой ветвью» соединения треугольником.
Рисунок 9. Схема «треугольник» с «расщепленной фазой» или обмоткой с отводом от середины
Мощность измеряется в системах переменного тока с помощью ваттметров. Современный цифровой ваттметр с выборкой, такой как любой из анализаторов мощности Tektronix, умножает мгновенные выборки напряжения и тока вместе для расчета мгновенной мощности, а затем берет среднее значение мгновенной мощности за один цикл для отображения истинной мощности.
Ваттметр обеспечит точные измерения истинной мощности, полной мощности, вольт-амперной реактивной мощности, коэффициента мощности, гармоник и многих других параметров в широком диапазоне форм волн, частот и коэффициента мощности.
Чтобы анализатор мощности давал хорошие результаты, необходимо уметь правильно определять конфигурацию проводки и правильно подключать ваттметры анализатора.
Подключение однофазного ваттметра
Требуется только один ваттметр, как показано на рис. 10. Системное подключение к клеммам напряжения и тока ваттметра не вызывает затруднений. Клеммы напряжения ваттметра подключены параллельно нагрузке, а ток проходит через клеммы тока, которые включены последовательно с нагрузкой.
Рисунок 10 – Измерения однофазного, двухпроводного и постоянного тока
Однофазное трехпроводное соединение
В этой системе, показанной на рисунке 11, напряжения создаются одной обмоткой трансформатора с отводом от середины, и все напряжения находятся в фазе. Это распространено в жилых домах в Северной Америке, где доступны один источник на 240 В и два источника на 120 В и могут иметь разные нагрузки на каждую ветвь.
Для измерения общей мощности и других величин подключите два ваттметра, как показано на рисунке 11 ниже.
Рисунок 11 – Однофазный трехпроводной метод ваттметра
Трехфазный трехпроводной метод (метод двух ваттметров)
При наличии трех проводов для измерения общей мощности требуется два ваттметра.
Подключите ваттметры, как показано на рисунке 12. Клеммы напряжения ваттметров соединены между фазами.
Рисунок 12 – Трехфазное, трехпроводное, метод двух ваттметров
Трехфазное трехпроводное соединение (метод трех ваттметров)
Хотя для измерения общей мощности в трехпроводной системе, как показано выше, требуется только два ваттметра, иногда удобно использовать три ваттметра. В соединении, показанном на рисунке 13, ложная нейтраль была создана путем соединения клемм низкого напряжения всех трех ваттметров вместе.
Рисунок 13 – Трехфазный, трехпроводной (метод трех ваттметров – установите анализатор на трехфазный, четырехпроводный режим)
Трехпроводное соединение с тремя ваттметрами имеет преимущества, заключающиеся в индикации мощности в каждой отдельной фазе (невозможно при двухваттном соединении) и напряжения между фазой и нейтралью.
Теорема Блонделя: необходимое количество ваттметров
В однофазной системе всего два провода.
Мощность измеряется одним ваттметром. В трехпроводной системе требуется два ваттметра, как показано на рис. 14.
В общем, необходимое количество ваттметров = количество проводов – 1
Рисунок 14 – Трехпроводная система «звезда»
Доказательство трехпроводной системы «звезда»
Мгновенная мощность, измеренная ваттметром, является произведением мгновенных отсчетов напряжения и тока.
- Показание ваттметра 1 = i1 (v1 – v3)
- Показания ваттметра 2 = i2 (v2 – v3)
Сумма показаний W1 + W2 = i1v1 – i1v3 + i2v2 – i2v3 = i1v1 + i2v2 – (i1 + i2) v3
(Из закона Кирхгофа: i1 + i2 + i3 = 0, поэтому i1 + i2 = -i3)
2 показания W1 + W2 = i1v1 + i2v2 + i3v3 = общая мгновенная мощность в ваттах.
Трехфазное, четырехпроводное соединение
Для измерения общей мощности в четырехпроводной системе требуется три ваттметра. Измеренные напряжения являются истинными напряжениями между фазой и нейтралью.
Напряжения фаза-фаза могут быть точно рассчитаны по амплитуде и фазе напряжения фаза-нейтраль с использованием векторной математики.
Современный анализатор мощности также будет использовать закон Кирхгофа для расчета тока, протекающего в нейтральной линии.
Настройка измерительного оборудования
Для заданного количества проводов требуется N, N-1 ваттметров для измерения общих величин, таких как мощность. Вы должны убедиться, что у вас достаточное количество каналов (метод 3 ваттметра), и правильно их подключить.
Современные многоканальные анализаторы мощности вычисляют общие или суммарные величины, такие как мощность, вольт, ампер, вольт-ампер и коэффициент мощности, напрямую, используя соответствующие встроенные формулы.
Формулы выбираются на основе конфигурации проводки, поэтому настройка проводки имеет решающее значение для получения хороших измерений общей мощности. Анализатор мощности с возможностями векторной математики также будет преобразовывать величины фаза-нейтраль (или звезда) в величины фаза-фаза (или дельта).