System wielofazowy - Polyphase system

Jeden cykl napięciowy układu trójfazowego

System wielofazowy to sposób dystrybucji energii elektrycznej prądu przemiennego (AC), w którym przenoszenie mocy jest stałe podczas każdego cyklu elektrycznego. Faza AC odnosi się do wartości przesunięcia fazy (w stopniach) między AC w ​​wielu przewodach przewodzących; fazy mogą również odnosić się do odpowiednich zacisków i przewodów, jak w kodach kolorów . Systemy wielofazowe mają trzy lub więcej przewodów elektrycznych pod napięciem, przenoszących prądy przemienne o określonej fazie między falami napięcia w każdym przewodzie; dla napięcia trójfazowego kąt fazowy wynosi 120 ° lub 2π/3 radianów (chociaż wczesne systemy wykorzystywały 4-przewodowy dwufazowy ). Systemy wielofazowe są szczególnie przydatne do przesyłania mocy do silników elektrycznych, które obracają się za pomocą prądu przemiennego. Najczęstszym przykładem jest trójfazowy system elektroenergetyczny wykorzystywany do zastosowań przemysłowych i do przesyłu energii . W porównaniu z jednofazowym systemem dwuprzewodowym, trójfazowy system trójprzewodowy przesyła trzy razy więcej mocy przy tym samym rozmiarze przewodu i napięciu.

Systemy z więcej niż trzema fazami są często używane w prostownikach i systemach konwersji mocy i zostały przebadane pod kątem transmisji mocy.

Liczba faz

W bardzo początkach komercyjnej energii elektrycznej niektóre instalacje wykorzystywały dwufazowe czteroprzewodowe systemy do silników. Główną ich zaletą było to, że konfiguracja uzwojeń była taka sama jak w przypadku jednofazowego silnika rozruchowego z kondensatorem, a dzięki zastosowaniu układu czteroprzewodowego koncepcyjnie fazy były niezależne i łatwe do analizy za pomocą dostępnych wówczas narzędzi matematycznych.

Układy dwufazowe mogą być również realizowane przy użyciu trzech przewodów (dwa „gorące” plus wspólny neutralny). Wprowadza to jednak asymetrię; spadek napięcia w przewodzie neutralnym powoduje, że fazy nie są od siebie oddalone dokładnie o 90 stopni.

Systemy dwufazowe zostały zastąpione systemami trójfazowymi. Zasilanie dwufazowe z 90 stopniami między fazami można uzyskać z systemu trójfazowego przy użyciu transformatora podłączonego do Scotta .

System wielofazowy musi zapewniać określony kierunek rotacji faz, tak aby napięcia odbicia lustrzanego nie były wliczane do kolejności faz. System 3-przewodowy z dwoma przewodami fazowymi oddalonymi o 180 stopni jest nadal tylko jednofazowy. Takie systemy są czasami określane jako split-phase .

Motoryzacja

Trójfazowa maszyna elektryczna z wirującymi polami magnetycznymi

Moc wielofazowa jest szczególnie przydatna w silnikach prądu przemiennego , takich jak silnik indukcyjny , gdzie generuje wirujące pole magnetyczne . Kiedy zasilanie trójfazowe lub więcej faz kończy jeden pełny cykl, pole magnetyczne silnika z dwoma biegunami na fazę obraca się o 360 ° w przestrzeni fizycznej; silniki z więcej niż dwoma biegunami na fazę wymagają więcej cykli zasilania, aby wykonać jeden fizyczny obrót pola magnetycznego, a zatem silniki te działają wolniej. Silniki indukcyjne wykorzystujące wirujące pole magnetyczne zostały niezależnie wynalezione przez Galileo Ferrarisa i Nikolę Teslę i opracowane w formie trójfazowej przez Michaiła Dolivo-Dobrovolsky'ego w 1889 roku. Wcześniej wszystkie silniki komercyjne były zasilane prądem stałym, z drogimi komutatorami , szczotkami wymagającymi dużej konserwacji i nieodpowiednimi charakterystykami do pracy w sieci prądu przemiennego. Silniki wielofazowe są proste w budowie, samoczynnie się uruchamiają i charakteryzują się niewielkimi wibracjami w porównaniu z silnikami jednofazowymi.

Wyższa kolejność faz

Gdy dostępna jest moc wielofazowa, można ją przekształcić na dowolną liczbę faz z odpowiednim rozmieszczeniem transformatorów. Tak więc potrzeba więcej niż trzech faz jest niezwykła, ale zastosowano wyższe liczby faz niż trzy.

W latach 1992-1995 firma New York State Electric & Gas eksploatowała 1,5 mili przebudowaną z dwutorowej 3-fazowej linii przesyłowej 115KV na 6-fazową linię przesyłową 93KV. Głównym rezultatem było to, że ekonomicznie korzystne jest eksploatowanie istniejącej dwutorowej linii 3-fazowej 115 kV jako linii 6-fazowej dla odległości większych niż 23-28 mil.

Zaproponowano projekty energetyki wielofazowej z 5, 7, 9, 12 i 15 fazami w połączeniu z wielofazowymi generatorami indukcyjnymi (MPIG) napędzanymi przez turbiny wiatrowe. Generator indukcyjny wytwarza energię elektryczną, gdy jego wirnik obraca się szybciej niż prędkość synchroniczna . Wielofazowy generator indukcyjny ma więcej biegunów, a co za tym idzie niższą prędkość synchroniczną. Ponieważ prędkość obrotowa turbiny wiatrowej może być zbyt mała, aby znaczna część jej pracy mogła generować jednofazową lub nawet trójfazową moc prądu przemiennego, wyższe rzędy faz pozwalają systemowi na przechwycenie większej części energii obrotowej jako energii elektrycznej .

Przesył mocy wysokiego rzędu (HPO) był często proponowany jako sposób na zwiększenie zdolności przesyłowych w ramach ograniczonej szerokości pierwszeństwa przejazdu . Wymagany odstęp między przewodnikami jest określony przez napięcia międzyfazowe, a moc sześciofazowa ma takie samo napięcie między sąsiednimi fazami, jak między fazą a przewodem neutralnym. Jednak napięcia między niesąsiadującymi przewodami fazowymi rosną wraz ze wzrostem różnicy między kątami fazowymi przewodów. Przewody można ułożyć w taki sposób, aby niesąsiadujące fazy były oddalone od siebie dalej niż sąsiednie fazy.

Dzięki temu istniejąca dwutorowa linia przesyłowa może przenosić więcej mocy przy minimalnych zmianach w istniejącej instalacji kablowej. Jest to szczególnie ekonomiczne, gdy alternatywą jest modernizacja istniejącej linii przesyłowej bardzo wysokiego napięcia (EHV, ponad 345 kV faza-faza) do standardów ultra wysokiego napięcia (UHV, ponad 800 kV).

Natomiast moc trójfazowa ma napięcia międzyfazowe równe 3 = 1,732 razy napięcie międzyfazowe.

Zobacz też

Bibliografia

  1. ^ Pierwszy system wielofazowy: spojrzenie wstecz na dwufazowe zasilanie do dystrybucji prądu przemiennego, IEEE Power and Energy Magazine (tom: 2, wydanie: 2, marzec-kwiecień 2004) [1]
  2. ^ Terrell Croft, Podręcznik amerykańskich elektryków, wydanie szóste , McGraw Hill, 1948, s. 54-57
  3. ^ Ion Boldea, Syed Abu Nasar, Podręcznik maszyny indukcyjnej - CRC Press, 2002, strona 2
  4. ^ „Demonstracja transmisji wysokiej fazy kolejności” (PDF) . CERC-Reaktory.pl . NY State Electric & Gas.
  5. ^ Longo, Vito (1 lipca 2011). "Co w wysokiej fazie?" . Świat przesyłu i dystrybucji .

Dalsza lektura