ระบบจ่ายไฟแบบสามเฟส

หนึ่งในตัวเลือกสำหรับระบบจ่ายไฟแบบหลายเฟสคือระบบ AC สามเฟส มันทำงาน EMF แบบฮาร์โมนิกสามตัวของความถี่เดียวกันที่สร้างขึ้นโดยแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าหนึ่งแหล่ง ข้อมูล EMF จะถูกเลื่อนโดยสัมพันธ์กันในเวลา (ในเฟส) โดยมุมเฟสเดียวกันเท่ากับ 120 องศาหรือ 2 * pi / 3 เรเดียน

นักประดิษฐ์คนแรกของระบบสามเฟสหกสายคือ Nikola Teslaอย่างไรก็ตามนักพัฒนาและนักประดิษฐ์ชาวรัสเซียมีส่วนสำคัญในการพัฒนา Mikhail Osipovich Dolivo-Dobrovolsky ผู้เสนอการใช้สายไฟเพียงสามหรือสี่สายซึ่งให้ข้อได้เปรียบที่สำคัญและแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนในการทดลองกับมอเตอร์เหนี่ยวนำ

ในระบบ AC สามเฟสแต่ละ EMF ไซน์จะอยู่ในเฟสของตัวเองมีส่วนร่วมในกระบวนการต่อเนื่องเป็นระยะของการใช้พลังงานไฟฟ้าของเครือข่ายดังนั้นข้อมูล EMF จึงบางครั้งเรียกว่า "เฟส" เช่นเดียวกับตัวนำที่ส่งข้อมูล EMF: เฟสแรกเฟสที่สองเฟสที่สาม เฟสจะถูกเลื่อนโดยสัมพันธ์กัน 120 องศาและตัวนำที่สอดคล้องกันมักจะแสดงด้วยตัวอักษรละติน L1, L2, L3 หรือ A, B, C

ระบบดังกล่าวประหยัดมากเมื่อพูดถึงการส่งพลังงานไฟฟ้าด้วยสายไฟในระยะทางไกล หม้อแปลงสามเฟสมีความเข้มข้นของวัสดุน้อยกว่า

สายไฟต้องการโลหะนำไฟฟ้าน้อยกว่า (มักใช้ทองแดง) เนื่องจากกระแสในตัวนำเฟสเมื่อเทียบกับตัวนำไฟฟ้าเฟสเดียวมีค่าที่ต่ำกว่าเมื่อเทียบกับวงจรเฟสเดียวที่มีกำลังส่งคล้ายกัน

ระบบสามเฟสมีความสมดุลมากและมีภาระทางกลสม่ำเสมอในการติดตั้งเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (เครื่องกำเนิดไฟฟ้าของโรงไฟฟ้า) ซึ่งช่วยยืดอายุการใช้งาน

ด้วยความช่วยเหลือของกระแสสามเฟสที่ผ่านขดลวดของผู้ใช้ไฟฟ้า - การติดตั้งและมอเตอร์ที่หลากหลายทำให้ง่ายต่อการได้รับสนามแม่เหล็กหมุนวนที่จำเป็นสำหรับการทำงานของมอเตอร์และเครื่องใช้ไฟฟ้าอื่น ๆ

มอเตอร์ AC แบบสามเฟสแบบซิงโครนัสและแบบอะซิงโครนัสมีอุปกรณ์อย่างง่ายและประหยัดกว่ามอเตอร์แบบเฟสเดียวและสองเฟสและประหยัดยิ่งกว่าด้วยมอเตอร์กระแสตรงแบบคลาสสิก

ด้วยเครือข่ายสามเฟสในการติดตั้งครั้งเดียวคุณสามารถรับแรงดันไฟฟ้าสองตัวได้ในคราวเดียว - แบบเชิงเส้นและแบบเฟสซึ่งช่วยให้คุณมีระดับพลังงานสองระดับขึ้นอยู่กับรูปแบบการเชื่อมต่อที่คดเคี้ยว - "สามเหลี่ยม" (เวอร์ชั่นภาษาอังกฤษคือ "เดลต้า") หรือ "ดาว"

สำหรับแหล่งจ่ายไฟของระบบไฟส่องสว่างโดยการเชื่อมต่อหลอดไฟสามกลุ่ม - แต่ละขั้นตอนเข้ากับเครือข่ายที่แตกต่างกัน - คุณสามารถลดการสั่นไหวและกำจัด Stroboscopic effect ที่เป็นอันตรายได้

ข้อได้เปรียบเหล่านี้เป็นตัวกำหนดการใช้งานระบบจ่ายไฟสามเฟสในอุตสาหกรรมพลังงานไฟฟ้าขนาดใหญ่ทั่วโลกในปัจจุบัน

ดาว

การเชื่อมต่อตามโครงการ "ดาว" เกี่ยวข้องกับการเชื่อมต่อของจุดสิ้นสุดของขดลวดเฟสของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไปยังจุดหนึ่ง "เป็นกลาง" (เป็นกลาง - N) ทั่วไปหนึ่งจุดรวมทั้งจุดสิ้นสุดของเฟสเอาต์พุตของผู้บริโภค

สายเชื่อมต่อเฟสของคอนซูเมอร์ด้วยเฟสที่สอดคล้องกันของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเรียกว่าสายไฟเชิงเส้นในเครือข่ายสามเฟส และสายเชื่อมต่อนิวตรอนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและผู้บริโภคด้วยกันคือลวดที่เป็นกลาง (ทำเครื่องหมายว่า "N")

ในสถานะที่เป็นกลางเครือข่ายสามเฟสจะกลายเป็นสี่สายและหากไม่มีความเป็นกลาง - สามสาย ภายใต้เงื่อนไขเมื่อความต้านทานในสามเฟสของผู้บริโภคมีค่าเท่ากันนั่นคือหาก Za = Zb = Zc โหลดจะมีความสมมาตร นี่เป็นโหมดปฏิบัติการที่เหมาะสำหรับเครือข่ายสามเฟส

หากมีความเป็นกลางแรงดันไฟฟ้าเฟสจะเรียกว่าแรงดันไฟฟ้าระหว่างลวดเฟสใด ๆ และลวดเป็นกลาง และแรงดันไฟฟ้าระหว่างสายสองเฟสใด ๆ เรียกว่าแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้น

หากเครือข่ายมีการเชื่อมต่อดาวแสดงว่าอยู่ภายใต้ โหลดสมมาตร ความสัมพันธ์ระหว่างเฟสและกระแสเชิงเส้นและแรงดันไฟฟ้าสามารถอธิบายได้ด้วยความสัมพันธ์ต่อไปนี้:

จะเห็นได้ว่าแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้นจะเปลี่ยนไปเมื่อเทียบกับแรงดันไฟฟ้าเฟสที่สอดคล้องกันโดยมุม 30 องศา (pi / 6 เรเดียน):

พลังงานที่เชื่อมต่อกับ "ดาว" ในเงื่อนไขของการโหลดแบบสมมาตรโดยคำนึงถึงแรงดันไฟฟ้าเฟสที่รู้จักสามารถคำนวณได้จากสูตร:

เกี่ยวกับความสำคัญของความเป็นกลางและความไม่สมดุลของเฟส

แม้ว่าจะมีโหลดสมมาตรอย่างแน่นอนแหล่งจ่ายไฟให้กับผู้บริโภคสามารถทำได้โดยใช้สายไฟสามเส้นที่มีแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้นแม้ว่าจะไม่มีความเป็นกลางก็ตาม แต่หากการโหลดในเฟสไม่สมดุลอย่างสมมาตร

หากมีการโหลดแบบอสมมาตรการแบ่งลวดเป็นกลางหรือความต้านทานเพิ่มขึ้นด้วยเหตุผลบางอย่าง“ ความไม่สมดุลของเฟส” เกิดขึ้นจากนั้นการโหลดของสามเฟสสามารถอยู่ภายใต้แรงดันไฟฟ้าต่างกัน - จากศูนย์ถึงเส้นตรง - ขึ้นอยู่กับการกระจายตัวต้านทานโหลด ขั้นตอน ในเวลาที่เป็นกลาง.

แต่โหลดได้รับการออกแบบในนามอย่างเคร่งครัดสำหรับแรงดันไฟฟ้าเฟสซึ่งหมายความว่าสิ่งที่สามารถล้มเหลว ความไม่สมดุลของเฟสเป็นอันตรายอย่างยิ่งสำหรับเครื่องใช้ในครัวเรือนและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เพราะเหตุนี้ไม่เพียง แต่อุปกรณ์บางอย่างเท่านั้นที่สามารถเผาไหม้ได้ แต่ยังสามารถเกิดเพลิงไหม้ได้อีกด้วย

ปัญหาของฮาร์โมนิกหลายครั้งในสาม

บ่อยครั้งที่เครื่องใช้ไฟฟ้าในครัวเรือนและอื่น ๆ ได้รับการติดตั้งอุปกรณ์จ่ายไฟแบบสวิตช์และไม่มีวงจรการแก้ไขตัวประกอบกำลัง ซึ่งหมายความว่าช่วงเวลาของการบริโภคจะถูก จำกัด โดยยอดกระแสพัลส์บาง ๆ ใกล้กับด้านบนสุดของไซนัสหลักเมื่อตัวเก็บประจุตัวกรองเอาท์พุทที่ติดตั้งหลังจาก rectifier ถูกชาร์จอย่างรวดเร็วและรวดเร็ว

เมื่อมีผู้บริโภคจำนวนมากที่เชื่อมต่อกับเครือข่ายกระแสฮาร์มอนิกที่สามของความถี่หลักของแรงดันไฟฟ้าจะเกิดขึ้น กระแสฮาร์มอนิกเหล่านี้ (ทวีคูณของสาม) นั้นรวมอยู่ในตัวนำที่เป็นกลางและสามารถโอเวอร์โหลดได้แม้ว่าข้อเท็จจริงที่ว่าการใช้พลังงานในแต่ละเฟสไม่เกินหนึ่งที่อนุญาต

ปัญหานี้มีความเกี่ยวข้องอย่างยิ่งในอาคารสำนักงานที่อุปกรณ์สำนักงานต่างๆตั้งอยู่ในพื้นที่ขนาดเล็ก หากแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตช์ภายในมีวงจรแก้ไขตัวประกอบกำลังซึ่งจะช่วยแก้ปัญหาได้

สามเหลี่ยม

การเชื่อมต่อตามรูปแบบ "สามเหลี่ยม" ถือว่ามาจากด้านเครื่องกำเนิดไฟฟ้าการเชื่อมต่อของจุดจบของตัวนำเฟสแรกกับจุดเริ่มต้นของตัวนำเฟสที่สองจุดสิ้นสุดของตัวนำเฟสที่สองที่มีจุดเริ่มต้นของตัวนำเฟสที่สามกับจุดเริ่มต้นของตัวนำเฟสที่สาม

แรงดันไฟฟ้าเชิงเส้นและเฟสและกระแสที่มีโหลดสมมาตรซึ่งเกี่ยวข้องกับการเชื่อมต่อ "สามเหลี่ยม" มีความสัมพันธ์ดังนี้:

กำลังไฟฟ้าในวงจรสามเฟสเมื่อเชื่อมต่อโดยรูปสามเหลี่ยมภายใต้เงื่อนไขของการโหลดแบบสมมาตรจะถูกกำหนดดังนี้:

ตารางด้านล่างแสดงให้เห็นถึงเฟสและแรงดันไฟฟ้ามาตรฐานของประเทศต่างๆ:

ตัวนำที่มีเฟสแตกต่างกันของเครือข่ายสามเฟสรวมถึงตัวนำที่เป็นกลางและตัวนำจะถูกทำเครื่องหมายด้วยสีของตัวเองตามธรรมเนียม

นี้จะทำเพื่อป้องกันไฟฟ้าช็อตและให้ความสะดวกสบายของการบำรุงรักษาเครือข่ายเพื่ออำนวยความสะดวกในการติดตั้งและซ่อมแซมเช่นเดียวกับมาตรฐานการวางขั้นตอนของอุปกรณ์: บางครั้งลำดับขั้นตอนมีความสำคัญมากเช่นการกำหนดทิศทางการหมุนของมอเตอร์เหนี่ยวนำ ฯลฯ ในประเทศที่แตกต่างกันการทำเครื่องหมายสีนั้นแตกต่างกันในบางประเทศจะเหมือนกัน

ดู: การเข้ารหัสสีลวด