Περιεχόμενο
- Προειδοποιήσεις
- Τριφασική ισχύς: Μια οπτική αναλογία
- Ισχύς και τάση σε κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος
- Μονοφασική ισχύς: Επέκταση της αναλογίας
- Μετατροπή μονοφασικής σε τριφασική
Στις Ηνωμένες Πολιτείες, οι περισσότερες δυνάμεις που εισέρχονται στα σπίτια των λαών είναι μια μονοφασική ισχύς. Ωστόσο, η ισχύς που παράγεται στον σταθμό παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας είναι τριφασική. Αυτή είναι η ιδέα πίσω από εκείνες τις μεγάλες γραμμές μεταφοράς που βλέπετε συνημμένες σε ψηλούς πύργους - αυτές οι γραμμές υποτίθεται ότι μεταδίδουν τόση τάση όσο είναι εφικτή σε μεγάλες αποστάσεις προτού αυτή η ισχύς "βυθιστεί" και παραδοθεί στις γειτονιές σε πολύ μειωμένη τάση.
Η μονοφασική ισχύς επαρκεί για όλες σχεδόν τις συσκευές οικιακής χρήσης, ενώ οι βιομηχανικές ρυθμίσεις με βαρύ εξοπλισμό απαιτούν τροφοδοσία τριών φάσεων. Αλλά τι εάν χρειάζεστε τροφοδοσία τριών φάσεων και το μόνο που έχετε είναι η μονοφασική ισχύς που εισέρχεται στο σπίτι σας;
Προειδοποιήσεις
Τριφασική ισχύς: Μια οπτική αναλογία
Φανταστείτε τον εαυτό σας και τους δύο φίλους σας (προφανώς βαριεμένους) που περπατούν μπρος και πίσω με γρήγορη ταχύτητα 2 μέτρων ανά δευτερόλεπτο (περίπου 4,5 μίλια ανά ώρα) κατά μήκος ενός μονοπατιού που εκτείνεται από βορρά προς νότο και μετρά 60 μέτρα από άκρο σε άκρο. Καθένας από σας ξεκινά από το μέσο του μονοπατιού αυτού, περπατά στο βόρειο άκρο, επιστρέφει στην αρχή, συνεχίζει το περπάτημα στο αντίθετο άκρο και επιστρέφει ξανά στη μέση, ολοκληρώνοντας έτσι έναν γύρο 120 μέτρων ή έναν κύκλο. Επειδή κάθε ένας από εσάς περπατά στα 2 μέτρα ανά δευτερόλεπτο, ένα ταξίδι μετ 'επιστροφής παίρνει κάθε άτομο ακριβώς 60 δευτερόλεπτα.
Ας υποθέσουμε περαιτέρω ότι στο σημείο εκκίνησης, το "status" καθεμιάς από σας είναι μηδέν. Κερδίζετε μια μονάδα κατάστασης για κάθε μέτρο που περνάτε βόρεια και χάνετε μια μονάδα κατάστασης για κάθε μέτρο που περνάτε νότια. Έτσι κάθε φορά που ένας από εσάς φτάνει στο βόρειο άκρο του μονοπατιού, το άτομο αυτό έχει την κατάσταση των 30, ενώ ο καθένας που κάνει τη στροφή στο νότιο άκρο έχει ένα καθεστώς -30. Αναγνωρίζετε ότι οι τρεις από εσάς μπορείτε να διαχωρίσετε το μέγιστο από το ένα το άλλο ξεκινώντας 20 δευτερόλεπτα μεταξύ τους, διότι κάθε κύκλωμα διαρκεί 60 δευτερόλεπτα και υπάρχουν τρεις από εσάς και 60 διαιρούμενος με 3 είναι 20. Εάν κάνετε την άλγεβρα, όταν ένας από εσάς έχει μεγιστοποιήσει την "κατάστασή σας" σε μια τιμή 30 φτάνοντας στο βόρειο άκρο, οι άλλοι δύο περνούν ο ένας τον άλλο κατά το ήμισυ του δρόμου κατά μήκος του νότιου τμήματος, ο ένας επικεφαλής βόρεια και ο άλλος επικεφαλής νότος, όπου κάθε περιπατητής έχει καθεστώς -15. Εάν προσθέσετε τις τιμές κατάστασης σε μια τέτοια χρονική στιγμή, αυτές ανέρχονται σε 30 + (-15) + (-15) = 0. Είναι δυνατόν να δείξουμε ότι στην πραγματικότητα το άθροισμα όλων των τιμών κατάστασης σας ανά πάσα στιγμή είναι 0 όσο οι τρεις από σας είναι τέλεια κλιμακωτές όπως περιγράφεται.
Ισχύς και τάση σε κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος
Αυτό προσφέρει ένα μοντέλο της εμφάνισης της τριφασικής ηλεκτρικής ισχύος, εκτός από το ότι η "τάση" αντικαθιστά την "κατάσταση" και αντί για έναν κύκλο που εμφανίζεται κάθε 60 δευτερόλεπτα, εμφανίζονται 60 κύκλοι τάσης κάθε δευτερόλεπτο. Επιπλέον, αντί για κάθε άτομο που διέρχεται το σημείο εκκίνησης δύο φορές ανά λεπτό, η τάση περνά από το μηδενικό σημείο 120 φορές ανά δευτερόλεπτο.
Λόγω του τρόπου με τον οποίο η ισχύς, το ρεύμα και η τάση σχετίζονται μαθηματικά, η τριφασική ισχύς παραμένει σε σταθερό μη μηδενικό επίπεδο, παρόλο που οι τρεις μεμονωμένες τάσεις προστίθενται στο μηδέν ανά πάσα στιγμή. Αυτή η σχέση είναι:
P = V2/ R
Εδώ P είναι ισχύς σε watts, V είναι τάση σε volts και R είναι ηλεκτρική αντίσταση σε μονάδες που ονομάζονται ohms. Μπορείτε να δείτε ότι οι αρνητικές τάσεις συμβάλλουν στην τροφοδοσία γιατί η τετραγωνισμένη αρνητική τιμή δίνει μια θετική τιμή. Η συνολική ισχύς σε ένα τριφασικό σύστημα είναι ακριβώς το άθροισμα της ισχύος των τριών επιμέρους τιμών ισχύος κάθε φάσης.
Επίσης, εάν βρεθήκατε ποτέ να αναρωτιέστε πώς το εναλλασσόμενο ρεύμα (AC) πήρε το όνομά του, έχετε τώρα την απάντησή σας. Η τάση δεν είναι ποτέ σταθερή είτε σε μονοφασικά είτε σε τριφασικά συστήματα, και ως εκ τούτου, ούτε είναι τρέχουσα. αυτά συνδέονται με το νόμο Ohms, το οποίο είναι V = IR, όπου στέλνω το ρεύμα σε amperes ("ενισχυτές").
Μονοφασική ισχύς: Επέκταση της αναλογίας
Προκειμένου να επεκτείνετε την αναλογία των φιλαράκων προς την μονοφασική ισχύ, φανταστείτε ότι δύο από τους φίλους σας καλούνται στο δείπνο ενώ συνεχίζετε το περπάτημα και εκεί το έχετε. Δηλαδή, η τριφασική ισχύς είναι κυριολεκτικά μόνο τρεις μονοφασικές πηγές ενέργειας αντισταθμίζονται αμοιβαία κατά το ένα τρίτο του κύκλου (ή σε τριγωνομετρικούς όρους, κατά 120 μοίρες). Σε ένα μονοφασικό τροφοδοτικό, κάθε φορά που η απλή τάση γίνεται για λίγο μηδέν, το ίδιο ισχύει για την έξοδο ισχύος. Μπορείτε ίσως να καταλάβετε τώρα γιατί οι μικρές συσκευές, οι οποίες δεν επηρεάζονται πολύ από πολύ σύντομες απώλειες ισχύος, μπορούν να λειτουργούν με μονοφασική ισχύ, ενώ οι μεγάλες μηχανές που λειτουργούν σε επίπεδα ισχύος υψηλής ισχύος δεν μπορούν. απαιτούν μεγάλη και σταθερή παροχή ρεύματος.
Όλα τα προαναφερθέντα είναι ευκολότερα κατανοητά με τη βοήθεια μιας γραφικής παράστασης της τάσης έναντι του χρόνου για τροφοδοσία τριών φάσεων (βλ. Πόροι). Σε αυτό το γράφημα, οι μεμονωμένες φάσεις παρουσιάζονται σε κόκκινες, μοβ και μπλε γραμμές. Αυτά πάντα αθροίζονται στο μηδέν, αλλά το άθροισμα των τετραγώνων τους είναι θετικό και σταθερό. Έτσι δίδοντας μια αμετάβλητη τιμή του R, η ισχύς Ρ σε αυτές τις ρυθμίσεις είναι επίσης σταθερή λόγω της σχέσης Ρ = ν2/ R.
Για μια μονοφασική τροφοδοσία, δεν υπάρχουν τάσεις για να συνοψίσουμε και η τάση της μονοφασικής φάσης περνάει μέσα από το μηδενικό σημείο 120 φορές ανά δευτερόλεπτο. Σε αυτές τις στιγμές, η ισχύς πέφτει στο μηδέν, αλλά ανακτάται αρκετά γρήγορα ώστε τα μικρότερα φώτα, οι συσκευές και τα λοιπά να μην βιώνουν αισθητές διακοπές.
Μετατροπή μονοφασικής σε τριφασική
Εάν διαθέτετε τριφασικό κινητήρα σε μεγαλύτερη συσκευή όπως συμπιεστή αέρα βιομηχανικού μεγέθους και δεν έχετε εύκολη πρόσβαση σε τροφοδοσία λόγω του τρόπου με τον οποίο έχει ρυθμιστεί το τοπικό σας δίκτυο, υπάρχουν εναλλακτικές λύσεις που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε για να λάβετε τη συσκευή σας. (Ένα από αυτά είναι να αντικαταστήσει απλά τον τριφασικό κινητήρα με μονοφασικό κινητήρα, αλλά αυτό δεν είναι τόσο έξυπνο όσο άλλες λύσεις.)
Υπάρχουν πολλοί τύποι τριφασικών μετατροπέων. Ένα από αυτά, α Στατικός μετατροπέας, εκμεταλλεύεται το γεγονός ότι ενώ ένας τριφασικός κινητήρας δεν μπορεί να ξεκινήσει με μονοφασική ισχύ, μπορεί να παραμείνει ενεργός σε μονοφασική ισχύ μόλις ξεκινήσει. Ένας στατικός μετατροπέας το κάνει με τη βοήθεια πυκνωτών (συσκευές που μπορούν να αποθηκεύσουν τη φόρτιση), η οποία επιτρέπει στον στατικό μετατροπέα να παραμείνει σε μία από τις φάσεις, αν και με έναν αναποτελεσματικό τρόπο που εξασφαλίζει τη μείωση της αποτελεσματικής διάρκειας ζωής των κινητήρων. ΕΝΑ περιστροφικό μετατροπέα φάσης, από την άλλη πλευρά, ενεργεί ως ένα είδος συνδυασμού υποκατάστατου τριφασικού κινητήρα και ανεξάρτητης γεννήτριας. Αυτή η συσκευή περιλαμβάνει ένα μοτέρ αδράνειας, ο οποίος, μόλις τεθεί σε κίνηση, δεν μετατρέπει κανένα κινούμενο μέρος στις μητρικές μηχανές, αλλά παράγει ενέργεια, έτσι ώστε ολόκληρη η διάταξη να μιμείται αρκετά καλά ένα τροφοδοτικό σύστημα τροφοδοσίας. Τέλος, α μεταβλητής συχνότητας (VFD) κάνει χρήση συστατικών που ονομάζονται μετατροπείς, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία εναλλασσόμενου ρεύματος σχεδόν σε οποιαδήποτε επιθυμητή συχνότητα και να αναπαράγουν τις περισσότερες από τις συνθήκες εντός ενός τυπικού τριφασικού κινητήρα.
Κανένας από αυτούς τους μετατροπείς δεν είναι τέλειος, μπορεί να χρησιμοποιηθεί περισσότερο από ένα μαχαίρι ψωμιού για να κόψει το κρέας με ευκολία. Αλλά ένα μαχαίρι ψωμιού είναι καλύτερο από τα γυμνά χέρια σας και έτσι αυτοί οι μετατροπείς είναι πραγματικά καλός για να έχετε στο χέρι εάν εργάζεστε συχνά με μηχανήματα και εργαλεία που πεινούν με ενέργεια.