Hệ thống cung cấp điện ba pha

Một trong những lựa chọn cho hệ thống cung cấp điện đa pha là hệ thống AC ba pha. Nó vận hành ba EMF hài có cùng tần số, được tạo bởi một nguồn điện áp chung. Dữ liệu EMF được dịch chuyển tương đối với nhau theo thời gian (cùng pha) bởi cùng một góc pha bằng 120 độ hoặc 2 * pi / 3 radian.

Các nhà phát minh đầu tiên của hệ thống ba pha sáu dây là Nikola TeslaTuy nhiên, một đóng góp đáng kể cho sự phát triển của nó được thực hiện bởi nhà vật lý và nhà phát minh người Nga Mikhail Osipovich Dolivo-Dobrovolsky, người đã đề xuất chỉ sử dụng ba hoặc bốn dây, mang lại lợi thế đáng kể, và đã được chứng minh rõ ràng trong các thí nghiệm với động cơ cảm ứng.

Trong hệ thống AC ba pha, mỗi EMF hình sin nằm trong pha riêng của nó, tham gia vào quá trình điện khí hóa định kỳ liên tục của mạng, do đó, dữ liệu EMF đôi khi được gọi đơn giản là các pha Pha, cũng như các dây dẫn truyền dữ liệu EMF: pha thứ nhất, pha thứ hai, pha thứ ba. Các pha được dịch chuyển tương đối với nhau 120 độ và các dây dẫn tương ứng thường được ký hiệu bằng các chữ cái Latinh L1, L2, L3 hoặc A, B, C.

Một hệ thống như vậy là rất kinh tế khi truyền năng lượng điện bằng dây trên khoảng cách xa. Máy biến áp ba pha ít vật liệu chuyên sâu.

Cáp điện yêu cầu ít kim loại dẫn điện (thường được sử dụng đồng), vì dòng điện trong dây dẫn pha, so với dây dẫn một pha, có giá trị hiệu quả thấp hơn khi so sánh với mạch một pha có công suất truyền tương tự.

Hệ thống ba pha rất cân bằng và tạo ra một tải cơ học đồng nhất cho việc lắp đặt máy phát điện (máy phát của nhà máy điện), do đó kéo dài tuổi thọ của nó.

Với sự trợ giúp của dòng điện ba pha truyền qua cuộn dây của người tiêu dùng điện - lắp đặt và động cơ khác nhau, thật dễ dàng để có được một từ trường xoáy xoay cần thiết cho hoạt động của động cơ và các thiết bị điện khác.

Động cơ điện xoay chiều ba pha đồng bộ và không đồng bộ có một thiết bị đơn giản và kinh tế hơn nhiều so với động cơ một pha và hai pha, và thậm chí còn hơn cả - động cơ DC cổ điển.

Với mạng ba pha trong một lần cài đặt, bạn có thể nhận được hai điện áp hoạt động cùng một lúc - tuyến tính và pha, cho phép bạn có hai mức công suất tùy thuộc vào sơ đồ kết nối quanh co - một "tam giác" (phiên bản tiếng Anh là "delta") hoặc "sao".

Đối với việc cung cấp năng lượng cho hệ thống chiếu sáng, bằng cách kết nối ba nhóm đèn - mỗi nhóm với các giai đoạn khác nhau của mạng - bạn có thể giảm đáng kể nhấp nháy và thoát khỏi hiệu ứng stroboscopic có hại.

Những lợi thế này chỉ xác định việc sử dụng rộng rãi hệ thống cung cấp điện ba pha trong ngành công nghiệp điện lớn toàn cầu ngày nay.

Ngôi sao

Kết nối theo sơ đồ "sao" bao gồm kết nối các đầu của cuộn dây pha của máy phát với một điểm "trung tính" chung (trung tính - N), cũng như các đầu ra pha của người tiêu dùng.

Các dây kết nối các pha của người tiêu dùng với các pha tương ứng của máy phát được gọi là dây tuyến tính trong mạng ba pha. Và dây kết nối các trung tính của máy phát điện và người tiêu dùng với nhau là một dây trung tính (được đánh dấu là Niết).

Với sự hiện diện của trung tính, một mạng ba pha hóa ra là bốn dây và nếu không có dây trung tính - ba dây. Trong điều kiện khi các điện trở trong ba pha của người tiêu dùng bằng nhau, nghĩa là với điều kiện Za = Zb = Zc, tải sẽ đối xứng. Đây là một chế độ hoạt động lý tưởng cho mạng ba pha.

Nếu có trung tính, điện áp pha được gọi là điện áp giữa bất kỳ dây pha và dây trung tính. Và điện áp giữa bất kỳ hai dây pha được gọi là điện áp tuyến tính.

Nếu mạng có kết nối sao, thì dưới tải đối xứng mối quan hệ giữa dòng pha và dòng điện và điện áp có thể được mô tả bằng các mối quan hệ sau:

Có thể thấy rằng các điện áp tuyến tính được dịch chuyển so với điện áp pha tương ứng với một góc 30 độ (pi / 6 radian):

Công suất tại kết nối của "ngôi sao" trong điều kiện của tải đối xứng, có tính đến các điện áp pha đã biết, có thể được xác định theo công thức:

Về tầm quan trọng của sự mất cân bằng trung tính và pha

Mặc dù với tải hoàn toàn đối xứng, cung cấp năng lượng cho người tiêu dùng có thể thông qua ba dây có điện áp tuyến tính ngay cả khi không có trung tính, tuy nhiên, nếu tải trên các pha không đối xứng nghiêm ngặt, luôn luôn cần có trung tính.

Nếu, với một tải không đối xứng, dây trung tính bị đứt hoặc điện trở của nó tăng lên vì một lý do nào đó, xảy ra sự mất cân bằng pha Pha, và sau đó tải trên ba pha có thể dưới các điện áp khác nhau - từ 0 đến tuyến tính - tùy thuộc vào sự phân bố của điện trở tải giai đoạn tại thời điểm phá vỡ trung lập.

Nhưng tải được thiết kế nghiêm ngặt cho điện áp pha, có nghĩa là một cái gì đó có thể thất bại. Sự mất cân bằng pha đặc biệt nguy hiểm đối với các thiết bị gia dụng và điện tử, bởi vì điều này, không chỉ một số thiết bị có thể bị cháy mà còn có thể xảy ra hỏa hoạn.

Bài toán bội số thứ ba

Thông thường, các hộ gia đình và các thiết bị khác ngày nay được trang bị bộ nguồn chuyển đổi và không có mạch điều chỉnh hệ số công suất tích hợp. Điều này có nghĩa là các khoảnh khắc tiêu thụ bị giới hạn bởi các đỉnh dòng xung mỏng gần đỉnh của hình sin chính, khi tụ lọc đầu ra được lắp đặt sau khi chỉnh lưu nhanh chóng và được sạc lại nhanh chóng.

Khi có nhiều người tiêu dùng như vậy kết nối với mạng, một dòng điện cao của sóng hài thứ ba của tần số chính của điện áp cung cấp xảy ra. Những dòng điện hài này (bội số của phần ba) được tổng hợp trong dây dẫn trung tính và có thể làm quá tải nó, mặc dù thực tế là mức tiêu thụ điện ở mỗi pha không vượt quá mức cho phép.

Vấn đề đặc biệt có liên quan trong các tòa nhà văn phòng, nơi có nhiều thiết bị văn phòng khác nhau được đặt trong một không gian nhỏ. Nếu tất cả các bộ nguồn chuyển mạch tích hợp có mạch điều chỉnh hệ số công suất, điều này sẽ giải quyết được vấn đề.

Tam giác

Kết nối theo sơ đồ "tam giác" giả định từ phía máy phát, kết nối của đầu dây dẫn pha thứ nhất với đầu dây dẫn pha thứ hai, đầu dây dẫn pha thứ hai với đầu dây dẫn pha thứ ba, đầu dây dẫn pha thứ ba với đầu dây dẫn pha thứ ba.

Điện áp và dòng điện tuyến tính và pha với tải trọng đối xứng, liên quan đến "tam giác" kết nối, được tương quan như sau:

Công suất trong mạch ba pha khi được nối bởi một tam giác, trong điều kiện tải đối xứng, được xác định như sau:

Bảng dưới đây cho thấy các tiêu chuẩn điện áp pha và đường dây cho các quốc gia khác nhau:

Các dây dẫn của các pha khác nhau của mạng ba pha, cũng như các dây dẫn trung tính và bảo vệ, theo truyền thống được đánh dấu bằng màu sắc riêng của chúng.

Điều này được thực hiện để ngăn ngừa điện giật và đảm bảo sự thuận tiện cho việc bảo trì mạng, để thuận tiện cho việc lắp đặt và sửa chữa của chúng, cũng như để chuẩn hóa pha của thiết bị: ví dụ, trình tự pha rất quan trọng, để xác định hướng quay của động cơ cảm ứng, chế độ vận hành của bộ chỉnh lưu ba pha được điều khiển vv Ở các quốc gia khác nhau, việc đánh dấu màu là khác nhau, ở một số nước là như nhau.

Xem: Mã màu