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Dreiphasen-Stromversorgungssystem

 

Eine der Optionen für ein mehrphasiges Stromversorgungssystem ist ein dreiphasiges Wechselstromsystem. Es hat drei harmonische EMFs derselben Frequenz, die von einer gemeinsamen Spannungsquelle erzeugt werden. Die EMF-Daten werden zeitlich (in Phase) um denselben Phasenwinkel von 120 Grad oder 2 * pi / 3 Bogenmaß relativ zueinander verschoben.

Der erste Erfinder eines Sechs-Draht-Dreiphasensystems war Nikola TeslaEinen wesentlichen Beitrag zu seiner Entwicklung leistete jedoch der russische Physiker und Erfinder Mikhail Osipovich Dolivo-Dobrovolsky, der vorschlug, nur drei oder vier Drähte zu verwenden, was erhebliche Vorteile brachte und in Experimenten mit Induktionsmotoren deutlich gezeigt wurde.

Dreiphasen-Stromversorgungssystem

In einem dreiphasigen Wechselstromsystem befindet sich jede sinusförmige EMF in einer eigenen Phase und nimmt an einem kontinuierlichen periodischen Prozess der Elektrifizierung des Netzwerks teil. Daher werden EMF-Daten manchmal einfach als „Phasen“ bezeichnet, ebenso wie die Leiter, die EMF-Daten übertragen: erste Phase, zweite Phase, dritte Phase. Die Phasen sind relativ zueinander um 120 Grad verschoben, und die entsprechenden Leiter werden üblicherweise mit den lateinischen Buchstaben L1, L2, L3 oder A, B, C bezeichnet.

Phasenbezeichnung in einem dreiphasigen Stromversorgungssystem

Ein solches System ist sehr wirtschaftlich, wenn es um die Übertragung elektrischer Energie per Draht über große Entfernungen geht. Dreiphasentransformatoren sind weniger materialintensiv.

Stromkabel benötigen weniger leitfähiges Metall (normalerweise wird Kupfer verwendet), da Ströme in Phasenleitern im Vergleich zu einphasigen Leitern im Vergleich zu einphasigen Schaltkreisen mit ähnlicher Sendeleistung niedrigere effektive Werte aufweisen.

Das Dreiphasensystem ist sehr ausgewogen und übt eine gleichmäßige mechanische Belastung auf die Stromerzeugungsanlage (Generator des Kraftwerks) aus, wodurch deren Lebensdauer verlängert wird.

Dreiphasen-Sinus-Stromversorgungssystem

Mit Hilfe von dreiphasigen Strömen, die durch die Wicklungen der elektrischen Verbraucher fließen - verschiedene Installationen und Motoren - ist es einfach, ein rotierendes Wirbelmagnetfeld zu erhalten, das für den Betrieb von Motoren und anderen elektrischen Geräten erforderlich ist.

Synchrone und asynchrone Drehstrommotoren haben eine einfache Vorrichtung und sind viel wirtschaftlicher als Einphasen- und Zweiphasenmotoren, und noch mehr - klassische Gleichstrommotoren.

Mit einem dreiphasigen Netzwerk in einer Installation können Sie zwei Betriebsspannungen gleichzeitig erhalten - linear und phasig, wodurch Sie je nach Wicklungsverbindungsschema zwei Leistungsstufen haben können - ein "Dreieck" (die englische Version ist "Delta") oder "Stern".

Bei der Stromversorgung von Beleuchtungssystemen können Sie durch Anschließen von drei Lampengruppen - jeweils an verschiedene Phasen des Netzwerks - das Flimmern erheblich reduzieren und den schädlichen stroboskopischen Effekt beseitigen.

Diese Vorteile bestimmen nur die weit verbreitete Verwendung eines dreiphasigen Stromversorgungssystems in der heutigen großen globalen Stromindustrie.


Stern

Sternverbindung

Die Verbindung gemäß dem "Stern" -Schema beinhaltet die Verbindung der Enden der Phasenwicklungen des Generators mit einem gemeinsamen "neutralen" Punkt (Neutral - N) sowie den Enden der Phasenausgänge des Verbrauchers.

Die Drähte, die die Phasen des Verbrauchers mit den entsprechenden Phasen des Generators verbinden, werden in einem dreiphasigen Netzwerk als lineare Drähte bezeichnet. Das Kabel, das die Neutralleiter des Generators und des Verbrauchers miteinander verbindet, ist ein Neutralleiter (mit „N“ gekennzeichnet).

Bei Vorhandensein eines Neutralleiters stellt sich heraus, dass ein dreiphasiges Netzwerk vieradrig ist, und wenn kein Neutralleiter vorhanden ist, dreidrahtig. Unter Bedingungen, bei denen die Widerstände in den drei Phasen des Verbrauchers gleich sind, dh vorausgesetzt, Za = Zb = Zc, ist die Last symmetrisch. Dies ist eine ideale Betriebsart für ein dreiphasiges Netzwerk.

Wenn ein Neutralleiter vorhanden ist, wird die Phasenspannung als Spannung zwischen einem Phasendraht und einem Neutralleiter bezeichnet. Und die Spannungen zwischen zwei beliebigen Phasendrähten werden als lineare Spannungen bezeichnet.

Wenn das Netzwerk eine Sternverbindung hat, dann unter symmetrische Last Die Beziehung zwischen Phasen- und linearen Strömen und Spannungen kann durch die folgenden Beziehungen beschrieben werden:

Netzspannungen und -ströme

Es ist ersichtlich, dass die linearen Spannungen relativ zu den entsprechenden Phasenspannungen um einen Winkel von 30 Grad (pi / 6 Bogenmaß) verschoben sind:

Lineare Spannungen werden relativ zur entsprechenden Phase um einen Winkel von 30 Grad verschoben

Die Leistung am Anschluss des "Sterns" unter den Bedingungen einer symmetrischen Last unter Berücksichtigung der bekannten Phasenspannungen kann durch die Formel bestimmt werden:

Stromanschlussstern

Über die Bedeutung von Neutral- und Phasenungleichgewicht

Obwohl bei einer absolut symmetrischen Last die Stromversorgung der Verbraucher auch ohne Neutralleiter über drei Drähte mit linearen Spannungen möglich ist, ist immer ein Neutralleiter erforderlich, wenn die Lasten an den Phasen nicht streng symmetrisch sind.

Wenn bei einer asymmetrischen Last der Neutralleiter bricht oder sein Widerstand aus irgendeinem Grund zunimmt, tritt ein „Phasenungleichgewicht“ auf, und dann können die Lasten an den drei Phasen abhängig von der Verteilung der Lastwiderstände unter unterschiedlichen Spannungen - von Null bis linear - liegen Phasen zum Zeitpunkt der neutralen Pause.

Die Lasten sind jedoch nominell ausschließlich für Phasenspannungen ausgelegt, was bedeutet, dass etwas ausfallen kann. Das Phasenungleichgewicht ist besonders gefährlich für Haushaltsgeräte und Elektronik, da dadurch nicht nur einige Geräte durchbrennen können, sondern auch ein Brand entstehen kann.


Problem der Harmonischen Vielfaches der dritten

In den meisten Fällen sind Haushalts- und andere Geräte heute mit Schaltnetzteilen und ohne integrierte Leistungsfaktorkorrekturschaltung ausgestattet. Dies bedeutet, dass die Verbrauchsmomente durch dünne gepulste Stromspitzen nahe der Oberseite der Netzsinuskurve begrenzt werden, wenn der nach dem Gleichrichter installierte Ausgangsfilterkondensator schnell und schnell wieder aufgeladen wird.

Wenn viele solcher Verbraucher an das Netzwerk angeschlossen sind, tritt ein hoher Strom der dritten Harmonischen der Hauptfrequenz der Versorgungsspannung auf. Diese Oberschwingungsströme (Vielfache des Dritten) werden im Neutralleiter summiert und können ihn überlasten, obwohl der Stromverbrauch in jeder Phase den zulässigen nicht überschreitet.

Das Problem ist besonders relevant in Bürogebäuden, in denen sich viele verschiedene Bürogeräte auf kleinem Raum befinden. Wenn alle eingebauten Schaltnetzteile Leistungsfaktorkorrekturschaltungen hätten, würde dies das Problem lösen.


Dreieck

Dreiecksverbindung

Die Verbindung nach dem "Dreieck" -Schema setzt von der Generatorseite aus die Verbindung des Endes des ersten Phasenleiters mit dem Anfang des zweiten Phasenleiters, des Endes des zweiten Phasenleiters mit dem Beginn des dritten Phasenleiters, des Endes des dritten Phasenleiters mit dem Beginn des ersten Phasenleiters voraus - es ergibt sich eine geschlossene Figur - ein Dreieck.

Lineare und Phasenspannungen und Ströme mit symmetrischer Last in Bezug auf das Verbindungsdreieck sind wie folgt korreliert:

Lineare und Phasenspannungen und -ströme

Die Leistung in einem Dreiphasenstromkreis, wenn sie durch ein Dreieck unter symmetrischen Lastbedingungen verbunden ist, wird wie folgt bestimmt:

Stromversorgung in einem dreiphasigen Stromkreis bei Anschluss durch ein Dreieck

Die folgende Tabelle zeigt die Phasen- und Netzspannungsstandards für verschiedene Länder:

Phasen- und Netzspannungsstandards für verschiedene Länder

Leiter verschiedener Phasen eines Dreiphasennetzes sowie Neutral- und Schutzleiter sind traditionell mit ihren eigenen Farben gekennzeichnet.

Dies geschieht, um einen Stromschlag zu vermeiden und die Wartung des Netzwerks zu vereinfachen, deren Installation und Reparatur zu erleichtern sowie die Phaseneinstellung der Geräte zu standardisieren: Die Phasenfolge ist manchmal sehr wichtig, um beispielsweise die Drehrichtung eines Induktionsmotors und den Betriebsmodus eines gesteuerten Dreiphasengleichrichters festzulegen usw. In verschiedenen Ländern ist die Farbmarkierung unterschiedlich, in einigen ist sie gleich.

Siehe: Drahtfarbcodierung

Siehe auch auf i.electricianexp.com:

  • Was ist symmetrische und asymmetrische Last?
  • Warum wird der Neutralleiter erhitzt?
  • Die Wahl einer Maschine nach der Anzahl der Pole
  • Null Zeilenumbruchschutz
  • Drahtfarbcodierung

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