Меню

Как из постоянного тока сделать переменный трехфазный ток



Как из 220 Вольт сделать 380 В?

Почти все бытовые электроприборы рассчитаны на напряжение 220 В. Мы, не задумываясь, включаем их в розетку и наслаждаемся работой устройств. Но иногда требуется подключить асинхронный двигатель, рассчитанный на 380 В. Для его запуска можно использовать специальную схему, которая позволяет подключать электромотор к однофазной сети, но при этом придётся смириться с потерей мощности. Можно ли однофазную сеть превратить в трехфазную и как из 220 Вольт сделать 380?

Оказывается, такая возможность есть. Существует несколько способов получить 380 В из однофазной сети. Ниже мы покажем, как это сделать, но для начала разберёмся в том, чем отличается однофазная сеть от трёхфазной.

Теория

На промышленных электростанциях генераторы вырабатывают трёхфазный ток, и повышают его напряжение до десятков и даже сотен киловольт. По линиям электропередач электричество поставляется потребителям. Но перед этим ток поступает на силовой трансформатор, который понижает напряжение до 380 В. Из распределительной подстанции электроэнергия поступает в потребительскую сеть.

В трёхфазной сети ток подаётся таким образом, что все три сдвинуты относительно друг друга на 120 градусов. Напряжение между фазами составляет 380 В, а между фазой и нейтралью 220 В (см.рис. 1). Именно это напряжение подаётся в каждую квартиру.

Структура трёхфазного тока

Рис. 1. Структура трёхфазного тока

Так как нашей целью является получение 380 В именно из однофазной сети, то перейдём к способам преобразования 220 В на 380.

Способы получения 380 Вольт из 220

Рассмотрим основные способы преобразования 220 вольт в полноценный трёхфазный ток, напряжением 380 В:

  • с помощью электронного преобразователя напряжения;
  • путём применения трансформатора;
  • использованием трёх фаз;
  • используя трёхфазный двигатель в качестве генератора;
  • пользуясь конденсаторной схемой.

Преобразователь напряжения

Самый простой и надёжный способ преобразовать 220 В в 380 – купить электронный преобразователь напряжения. (см. рис. 2). Этот прибор часто называют инвертором. Гаджет прост в управлении и генерирует качественный трёхфазный ток. Правда, мощность инверторов не слишком большая, но её, как правило, хватает для большинства трёхфазных бытовых приборов.

Преобразователь напряжения

Рис. 2. Преобразователь напряжения

Преобразователь хорош ещё и тем, что у него есть встроенная функция защиты от перегрузок и КЗ. А это значит, что электромотор не перегреется и не выйдет из строя в результате КЗ.

Высокое качество тока достигается благодаря принципу работы устройства. Инвертор сначала выпрямляет переменный однофазный ток, а затем генерирует трёхфазное напряжение с заданной частотой и со стандартным сдвигом фаз. При этом количество фаз может быть и больше чем 3 (с соответствующим углом сдвига).

Используя трансформатор

С помощью повышающего трансформатора можно получить какое угодно напряжение, в том числе и 380 В. Однако, если вас интересует трёхфазное напряжение, то необходим специальный трёхфазный трансформатор. преобразующий однофазный ток в трёхфазный. Такие трансформаторы есть в продаже.

Обмотки трансформатора соединены звездой или треугольником. Напряжение однофазной сети подаётся на две первичные обмотки напрямую, а на третью – через конденсатор. При этом ёмкость конденсатора подбирается из расчёта 7 мкФ на каждые 100 Вт мощности.

Обратите внимание на то, что номинальное напряжение конденсатора не должно быть ниже 400 В. Такое устройство нельзя включать без нагрузки.

Хоть мы и получим таким способом необходимые 380 В, всё равно будет наблюдаться снижение мощности электромотора (если вы планируете подключать его к трансформатору). Соответственно КПД двигателя тоже упадёт.

Использование 3-х фаз

Если вы проживаете в многоквартирном доме, то к нему уже подведено 3 фазы, которые с целью оптимального распределения нагрузок разведены по отдельным квартирам. На каждом этаже стоят распределительные щиты, откуда можно завести в квартиру недостающие две фазы. Но для этого потребуется разрешение.

При желании вы можете получить разрешение у энергоснабжающей компании или согласовать с Энергонадзором обустройство трёхфазного питания в вашей квартире. При этом потребуется установить трёхфазный счётчик электроэнергии.

Использование электродвигателя

Вы наверно знаете, что ротор обычного трёхфазного двигателя после запуска продолжает вращаться после отключения одной фазы. Оказывается, что между выводом отключенной обмотки и задействованными выводами имеется ЭДС.

Сдвиг фаз между обмотками статора зависит только от их расположения. В трёхфазном двигателе эти катушки расположены под углом 120º, а значит они обеспечивают такой же угол сдвига фаз. Это обстоятельство наталкивает на мысль, что асинхронный трёхфазный двигатель можно использовать для получения 380 вольт от обычной однофазной сети. Простая схема подключения электромотора изображена на рисунке 3. Конденсатор на схеме нужен только для запуска двигателя. После запуска его можно отключить. Конденсатор берём типа МБГО, МБГП, МБГТ или К42-4, рабочее напряжение которого должно быть не менее 600 В. Можно применить конденсатор К42-19, с рабочим напряжением минимум 250 В.

Пример подключения фазосдвигающего конденсатора см. на рис. 3.

Подключение пускового конденсатора

Рис. 3. Подключение пускового конденсатора

Параметры конденсатора подбираем в зависимости от мощности мотора. Заметим, что параметры фазосдвигающего конденсатора на качество генерируемого тока не влияют. Нагрузку подключаем к обмоткам статора, согласно схеме, показанной на рис. 4.

Трёхфазный ток от электромотора

Рис. 4. Трёхфазный ток от электромотора

Скорость вращения ротора почти не зависит от напряжения однофазной сети, так что её можно считать постоянной. Это значит, что частота трёхфазного тока при номинальных нагрузках изменяться не будет.

Следует иметь в виду то, что мощность трёхфазного двигателя, работающего от однофазной сети, падает. Соответственно, номинальная мощность трёхфазной нагрузки будет, примерно, на треть ниже, от той, которая заявлена в паспорте электромотора.

Электродвигатель в качестве генератора

Ещё один способ, позволяющий из 220 В получить 380, это создание системы двигатель-генератор. В качестве двигателя можно взять любой электромотор, работающий от сети 220 В, а в качестве генератора – доработанный трёхфазный асинхронный двигатель (схему установки смотрите на рис. 5).

Сразу заметим, что эффективность такой установки под вопросом, но получить таким способом требуемое напряжение 380 В можно. В данной схеме требуется обеспечить такую частоту вращения ротора, чтобы генератор выдавал ток с частотой, равной 50 Гц. Для этого необходимо вращать вал с угловой скоростью 1500 об/мин.

Трёхфазный двигатель в качестве генератора

Рис. 5. Трёхфазный двигатель в качестве генератора

В домашних условиях в качестве привода можно использовать однофазный мотор от стиральной машины или другой бытовой техники. Важно только обеспечить требуемую угловую скорость вращения ротора.

Поскольку вращение вала электродвигателей работающих, например, в стиральной машине составляет около 12 – 20 тыс. об./мин., то необходимо использовать шкивы, диаметры которых соотносятся как 1 к 10. То есть, чтобы обеспечить вращение ротора генератора со скоростью 1500 об/мин. можно взять шкив, который уже смонтирован на электромоторе от пралки, а на вал трёхфазного двигателя надеть шкив, диаметром в 10 раз больше.

Выводы

Получить 380 вольт от сети 220 В возможно несколькими способами. Самым эффективным является способ применения электронного инвертора:

  • стабильные параметры тока;
  • безопасная эксплуатация;
  • обеспечение заявленной выходной мощности;
  • компактность установки.

Все выше перечисленные способы преобразования 220 Вольт в 380 работают, поэтому имеют право на существование. Но надо быть готовым к потере мощности и к трудностям по достижению других параметров тока, включая его частотные характеристики.

Читайте также:  Магнитная система машины постоянного тока состоит из

Источник

Преобразователь постоянного тока в трехфазный переменный ток

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в качестве преобразователя постоянного тока в трехфазный переменный ток систем электроснабжения различного назначения. Преобразователь содержит клеммы постоянного тока, однофазный инвертор и расщепитель фаз, состоящий из трансформатора, содержащего первичную обмотку, выполненную из двух секций с равным числом витков, размещенных в пазах тороидальной внешней обоймы под углом 90° по отношению к друг другу, вторичную трехфазную обмотку, размещенную в пазах сосной внешней, внутренней обоймы и фазосдвигающий конденсатор, включенный в разрыв второй секции первичной обмотки, и клеммы для подключения трехфазной нагрузки. Применение трансформатора, принцип действия которого основан на эффекте кругового вращающегося магнитного поля, позволяет получить на зажимах потребителей трехфазное напряжение повышенного качества.

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в качестве преобразователя постоянного тока в трехфазный переменный ток систем электроснабжения различного назначения.

Известен преобразователь постоянного тока в трехфазный переменный ток, содержащий три симметричных инвертора с самовозбуждением и задающего генератора с шестью выходными обмотками, сигналы которых управляют очередностью переключения транзисторов в инверторах [1]. Данный преобразователь нашел широкое применение в системах электроснабжения из-за простоты схемы, ее высокой унификации, однако ее стоимость сравнительно высока. Кроме того, при увеличении мощности преобразования постоянного тока в схеме могут наблюдаться срывы синхронизации.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой модели является преобразователь постоянного тока в трехфазный переменный ток, содержащий клеммы постоянного тока, однофазный инвертор, индуктивно-емкостной расщепитель фаз и клеммы для подключения трехфазной нагрузки, причем вход инвертора соединен с шинами постоянного тока, а выход расщепителя фаз соединен с клеммами для подключения нагрузки [2]. Данный преобразователь нашел широкое применение в устройствах питания потребителей, не предъявляющих высоких требований к качеству напряжения трехфазной системы, однако он может работать только на активно-индуктивную нагрузку с неизменным коэффициентом мощности из-за того, что фазовый сдвиг между напряжениями второй и третьей клемм для подключения трехфазной нагрузки составляет только 90°.

Технический результат полезной модели заключается в повышении качества напряжения трехфазной системы.

Требуемый технический результат достигается тем, что в преобразователе постоянного тока в трехфазный переменный ток, содержащим клеммы постоянного тока, однофазный инвертор, расщепитель фаз, содержащий фазосдвигающий конденсатор и клеммы для подключения трехфазной нагрузки, причем вход указанного инвертора соединен с клеммами постоянного тока, расщепитель фаз дополнительно содержит трансформатор, первичная обмотка которого выполнена в виде первой и второй секций с равным числом витков, вторичная обмотка указанного трансформатора выполнена трехфазной, сердечник упомянутого трансформатора выполнен в виде полого цилиндра, содержащего внешнюю обойму с пазами, в которых размещены первая и вторая секции первичной обмотки, сдвинутые в пространстве относительно друг друга на угол 90° и соосную ей внутреннюю обойму с пазами, в которых размещена вторичная трехфазная обмотка, при этом первая секция первичной обмотки трансформатора соединена с выходом однофазного инвертора непосредственно, вторая секция первичной обмотки трансформатора соединена с входом однофазного инвертора через фазосдвигающий конденсатор, а клеммы для подключения трехфазной нагрузки соединены с вторичной трехфазной обмоткой.

На чертеже представлена функциональная схема преобразователя постоянного тока в трехфазный переменный ток.

Преобразователь содержит клеммы постоянного тока 1, однофазный инвертор 3, расщепитель фаз 2, содержащий трансформатор 2-2, содержащий первичную обмотку 2-3, состоящую из первой секции 2-4 и второй секции 2-5, вторичную трехфазную обмотку 2-6, сердечник 2-7, выполненный в виде полого цилиндра, на внутренней и внешней поверхностях которого размещены внутренняя 2-8 и внешняя 2-7 обоймы, соответственно, с расположенными на них параллельно оси цилиндра пазами. В пазах внешней обоймы 2-7 размещены секции 2-4 и 2-5 первичной обмотки 2-3. В пазах сосной внешней, внутренней обойме 2-8 размещена вторичная трехфазная

обмотка 2-6, причем первая секция 2-4 и вторая секция 2-5 первичной обмотки 2-3 сдвинуты в пространстве относительно друг друга на угол 90°; фазосдвигающий конденсатор 2-1 и клеммы для подключения трехфазной нагрузки 4. Вход однофазного инвертора 3 соединен с клеммами постоянного тока 1, первая секция 2-4 первичной обмотки 2-3 подключена к выходу инвертора 3 непосредственно, а вторая секция 2-5 первичной обмотки 2-3 подключена к выходу инвертора 3 через фазосдвигающий конденсатор 2-1, вторичная трехфазная обмотка 2-6 подключена к клеммам для подключения трехфазной нагрузки 4. Все элементы схемы серийно выпускаются отечественной промышленностью, при этом числа витков w А1 первой секции 2-4 и w B1 второй секции 2-5 первичной обмотки 2-3 равны и размещены в пространстве под углом 90° по отношению друг к другу на внешней обойме 2-7 подобно расположению обмотки возбуждения и обмотки управления асинхронного управляемого двигателя, а витки фаз вторичной трехфазной обмотки 2-6 размещены в пазах внутренней обоймы 2-8 равномерно подобно обмотке статора трехфазного асинхронного двигателя. Включение фазосдвигающего конденсатора 3 последовательно второй секции 2-5 первичной обмотки 2-3 трансформатора 2-2 обеспечивает сдвиг фаз токов указанных секций на 90°. Равенство чисел витков секций 2-4 и 2-5 первичной обмотки 2-3, пространственный сдвиг секций на внешней обойме и фазовый сдвиг токов в секциях первичной обмотки 2-3 являются условиями образования кругового вращающегося магнитного поля в трансформаторе 2-2, создание которого является условием получения системы трехфазных напряжений требуемого качества.

Преобразователь работает следующим образом. При наличии напряжения на шинах постоянного тока 1 оно поступает на вход инвертора 3, где преобразуется в переменное. При появлении указанного напряжения на секциях 2-4 и 2-5 первичной обмотки 2-3 трансформатора 2-2, по указанным секциям начинают протекать соответствующие токи с фазовым сдвигом 90°, благодаря включению конденсатора 2-1, а их результирующий ток создает в

сердечнике круговое вращающееся магнитное поле. Результирующий магнитный поток, созданный указанным током, пересекает витки вторичной обмотки 2-6 и наводит в ее фазах симметричную трехфазную систему напряжений, поступающих на клеммы для подключения трехфазной нагрузки 4.

Таким образом, применение трансформатора с двумя цилиндрическими соосными пазовыми обоймами позволяет получить на зажимах трехфазных потребителей напряжение высокого качества.

Источники принятые во внимание

1. Хасаев О.И. Трансформаторные преобразователи напряжения и частоты. М., Наука, 1966, стр.127, рис.83.

2. Моин B.C., Лаптев Н.М. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М., Энергия, 1972, стр.159, рис.5.20а.

Преобразователь постоянного тока в трехфазный переменный ток, содержащий клеммы постоянного тока, однофазный инвертор, расщепитель фаз, содержащий фазосдвигающий конденсатор и клеммы для подключения трехфазной нагрузки, причем вход указанного инвертора соединен с клеммами постоянного тока, отличающийся тем, что расщепитель фаз дополнительно содержит трансформатор, первичная обмотка которого выполнена в виде первой и второй секций с равным числом витков, вторичная обмотка указанного трансформатора выполнена трехфазной, сердечник упомянутого трансформатора выполнен в виде полого цилиндра, содержащего внешнюю обойму с пазами, в которых размещены первая и вторая секции первичной обмотки, сдвинутые в пространстве относительно друг друга на угол 90° и соосную ей внутреннюю обойму с пазами, в которых размещена вторичная трехфазная обмотка, при этом первая секция первичной обмотки трансформатора соединена с выходом однофазного инвертора непосредственно, вторая секция первичной обмотки трансформатора соединена с входом однофазного инвертора через фазосдвигающий конденсатор, а клеммы для подключения трехфазной нагрузки соединены с вторичной трехфазной обмоткой.

Читайте также:  Виды ожогов при ударе тока

Источник

Как из постоянного тока сделать переменный? Какой ток опаснее — постоянный или переменный?

Использование в повседневной жизни различных электрических приборов и устройств, работающих благодаря электроэнергии, обязывает нас иметь минимальные познания в области электротехники. Это знания, которые сохраняют нам жизнь. Ответы на вопросы о том, как из постоянного тока сделать переменный, какое напряжение должно быть в квартире и какой ток опасен, современный человек должен знать, чтобы избежать поражения и гибели от него.

Способы получения электричества

Сегодня невозможно представить свою жизнь без электроэнергии. Ежедневно все население нашей планеты использует миллионы ватт электричества для обеспечения нормальной жизнедеятельности. Но очередной раз, включая электрочайник, человек не задумывается о том, какой путь пришлось проделать электричеству, чтобы он смог заварить себе утреннюю чашку ароматного кофе.

как из постоянного тока сделать переменный

Существует несколько способов получения электричества:

  • из тепловой энергии;
  • из энергии воды;
  • из атомной (ядерной) энергии;
  • из ветровой энергии;
  • из солнечной энергии и др.

Для того чтобы понять природу возникновения электрической энергии, рассмотрим несколько примеров.

Электричество из энергии ветра

Электрический ток — это направленное движение заряженных частиц. Самый простой способ его получения — энергия природных сил.

В данном примере от энергии ветра. Природный феномен дующего с различной силой ветра люди научились использовать давно. Укрощает ветер простой ветряк, оборудованный приводом и соединённый с генератором. Генератор и вырабатывает электрическую энергию.

преобразователь dc ac

Излишки тока при постоянном использовании ветряка можно накапливать в аккумуляторных батареях. Выработанный постоянный экологически чистый ток в быту и производстве не применяется.

Полученный и преобразованный в переменный ток, он идет для бытового использования. Накопленные излишки электричества хранятся в аккумуляторных батареях. При отсутствии ветра запасы электричества, хранящиеся в аккумуляторах, преобразуются и поступают на нужды человека.

Электроэнергия из воды

К большому сожалению, этот вид природной энергии, дающий возможность получать электричество, не везде имеется. Рассмотрим способ получения электричества там, где воды много.

Простейшая ГЭС, сделанная из дерева по принципу мельницы, размер которой порядка 1,5 метров, способна обеспечить электричеством, используемым и на отопление, частное подсобное хозяйство. Такую бесплотинную ГЭС сделал русский изобретатель, уроженец Алтая — Николай Ленев. Он создал ГЭС, перенести которую могут два взрослых мужчины. Все дальнейшие действия аналогичны получению электричества от ветряка.

Вырабатывают электричество и крупные электростанции и гидростанции. Для промышленного получения электричества применяют огромные котлы, дающие пар. Температура пара достигает 800 градусов, а давление в трубопроводе поднимается до 200 атмосфер. Этот перегретый пар с высокой температурой и огромным давлением поступает на турбину, которая начинает вращаться и вырабатывать ток.

То же самое происходит и на гидроэлектростанциях. Только здесь вращение происходит за счёт больших скорости и объема воды, падающей с огромной высоты.

схема преобразователя

Обозначение тока и применение его в быту

Постоянный ток обозначается DC. На английском языке пишется как Direct Current. Он в процессе работы со временем не меняет своих свойств и направления. Частота постоянного тока равна нулю. Обозначают его на чертежах и оборудовании прямой короткой горизонтальной черточкой или двумя параллельными черточками, одна из которых пунктирная.

Используется постоянный ток в привычных нам аккумуляторах и батарейках, используемых в огромном числе различного типа устройств, таких как:

  • счетные машинки;
  • детские игрушки;
  • слуховые аппараты;
  • прочие механизмы.

Все ежедневно пользуются мобильным телефоном. Зарядка его происходит через блок питания, компактный преобразователь DC/AC, включаемый в бытовую розетку.

Электрические приборы потребляют переменный однофазный ток. Электроприборы заработают только с подключением трансформатора и выпрямителя тока. Многие производители устанавливают преобразователь DC/AC непосредственно в сам агрегат. Это намного упрощает эксплуатацию электрооборудования.

Как из постоянного тока сделать переменный?

Выше говорилось, что все аккумуляторы, батарейки для фонариков, пультов телевизоров имеют постоянный ток. Чтобы преобразовать ток, существует современное устройство под названием инвертор, он с легкостью из постоянного тока сделает переменный. Рассмотрим, как это применимо в повседневности.

однофазный переменный ток

Бывает, что во время нахождения в автомашине человеку необходимо срочно распечатать на ксероксе документ. Ксерокс имеется, машина работает и, включив в прикуриватель переходник на инвертор, он может подключить к нему ксерокс и распечатать документы. Схема преобразователя достаточно сложна, особенно для людей, которые имеют отдаленное понятие о работе электричества. Поэтому в целях безопасности лучше не пытаться самостоятельно соорудить инвертор.

Переменный ток и его свойства

Протекая, переменный ток в течение одной секунды меняет направление и величину 50 раз. Изменение движения тока — это его частота. Обозначается частота в герцах.

У нас частота тока 50 герц. Во многих странах, например США, частота равна 60 герц. Также бывает трёхфазный и однофазный переменный ток.

Для бытовых нужд приходит электричество, равное 220 вольтам. Это действующее значение переменного тока. Но амплитуда тока максимального значения будет больше на корень из двух. Что в итоге даст 311 вольт. То есть фактическое напряжение бытовой сети составляет 311 вольт. Для изменения постоянного тока на переменный применяются трансформаторы, в которых используются различные схемы преобразователей.

преобразователь переменного тока

Передача тока по высоковольтным линиям

Все электрические наружные сети несут по своим проводам переменный ток различного напряжения. Оно может колебаться от 330000 вольт до 380 вольт. Передача осуществляется только переменным током. Данный способ транспортировки — самый простой и дешёвый. Как из переменного тока сделать постоянный, давно известно. Поставив трансформатор в нужном месте, получим необходимое напряжение и силу тока.

Схемы преобразователей

Самая простая схема решения вопроса о том, как из постоянного тока сделать переменный 220 В, не существует. Это может сделать диодный мост. Схема преобразователя DC/AC имеет в своём составе четыре мощных диода. Мост, собранный из них, создает движение тока в одном направлении. Мостик срезает верхние границы переменных синусоид. Диоды собираются последовательно.

как из переменного тока сделать постоянный 220

Вторая схема преобразователя переменного тока — это параллельное подключение на выход с моста, собранного из диодов, конденсатора или фильтра, который сгладит и исправит провалы между пиками синусоид.

Отлично преобразует постоянный ток в переменный инвертор. Схема его сложна. Используемые детали не из дешевого порядка. Потому и цена на инвертор немаленькая.

Какой электрический ток опаснее – постоянный или переменный?

В повседневной жизни мы постоянно сталкиваемся на работе и в быту с электроприборами, подключенными в розетки. Ток, бегущий от электрического щита до розетки, однофазный переменный. Происходят случаи поражения электрическим током. Меры безопасности и знания о поражении током необходимы.

какой электрический ток опаснее постоянный или переменный

В чем принципиальная разница между попаданием под напряжение переменным током и постоянным? Имеется статистика, что переменный DC однофазный ток в пять раз опаснее постоянного AC тока. Поражение током, вне зависимости от его типа, само по себе отрицательный факт.

Последствия от поражения током

Небрежность в обращении с электроприборами может, мягко говоря, негативно сказаться на здоровье человека. Поэтому не стоит экспериментировать с электричеством, если на то нет специальных навыков.

как из постоянного тока сделать переменный

Действие тока на человека зависит от нескольких факторов:

  • сопротивления тела самого потерпевшего;
  • напряжения, под которое попал человек.
  • от силы тока на момент контакта человека с электричеством.
Читайте также:  Вектор тока вектор магнитного потока

С учетом всего перечисленного можно сказать, что действие переменного тока намного опаснее, чем постоянного. Имеются данные экспериментов, подтверждающие факт, что для получения равного результата при поражении сила постоянного тока должна быть в четыре — пять раз выше, чем переменного.

Сама природа переменного тока отрицательно сказывается на работе сердца. При поражении током происходит непроизвольное сокращение сердечных желудочков. Это может привести к его остановке. Особенно опасно соприкосновение с оголенными жилами людям, имеющим сердечный стимулятор.

У постоянного тока частота отсутствует. Но высокие напряжение и сила тока могут привести также к летальному исходу. Выйти из под контакта с постоянным электрическим током проще, чем из-под контакта с переменным.

как из постоянного тока сделать переменный

Этот небольшой обзор природы электрического тока, его преобразования должен быть полезен людям, далеким от электричества. Минимальные познания в области происхождения и работы электроэнергии помогут понять суть работы обычных бытовых приборов, которые так необходимы для комфортной и спокойной жизни.

Источник

Переход систем электроснабжения на трехфазный переменный ток

В конце XIX столетия в энергетике промышленно развитых стран произошел переход от электроснабжения с использованием генераторов и двигателей постоянного тока на электроснабжение с использованием генераторов и двигателей переменного синусоидального тока с трехфазной системой напряжений. Трехфазная система напряжений позволяет создавать в расточке статора электрических машин вращающееся магнитное поле, что открывает широкие возможности создания исполнительных двигателей переменного тока: асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, асинхронных двигателей с фазным ротором и синхронных двигателей.

Переменный ток достаточно удобно получать с помощью вращающихся машин – генераторов переменного тока. Потребители такой электроэнергии – двигатели переменного тока – также более удобны в исполнении и проще в эксплуатации, чем двигатели постоянного тока. Объясняется это тем, что машина постоянного тока (генератор и двигатель) имеет коллектор с щётками, через который происходит токосъём электроэнергии с неподвижной части на подвижную и обратно. В машине переменного тока такой элемент принципиально отсутствует – обмен электроэнергии с сетью происходит через обмотку неподвижного статора.

Важным достоинством перехода с постоянного тока на переменный является кроме того наличие так называемых «бестоковых» пауз при изменении токов по синусоидальному закону (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Изменение тока в одной из фаз при трёхфазном коротком замыкании

Известно, что размыкание цепи в момент протекания тока сопровождается образованием электрической дуги. Пока дуга не погашена, ток продолжает протекать по цепи, несмотря на разомкнутое состояние контактов. Электрическая дуга оказывает существенное тепловое воздействие на детали электроустановок – вплоть до термического разрушения. Кроме того, дуга может перейти в короткое замыкание. И, самое главное, дуга чрезвычайно опасна для человека, находящегося вблизи электроустановки. Возникает задача быстрого и эффективного гашения дуги, особенно при внезапных коротких замыканиях, когда токи увеличиваются многократно по отношению к нормальному режиму.

В России и большинстве стран используется частота переменного тока f = 50 Гц (В США, частично в Японии и на Кубе частота составляет f = 60 Гц). Период, соответствующий частоте 50 Гц, вычисляется по формуле:

Т = 1/f = 1/50 = 0,02 с = 20 мс.

«Бестоковая» пауза с приближением тока к нулю существует дважды за период, то есть каждые 10 мс. Наличие «бестоковых» пауз существенно упрощает конструкцию выключателей на переменном токе с использованием дугогасительных камер на сжатом воздухе, выключателей масляного типа, электромагнитного типа, вакуумных и элегазовых выключателей на основе шестифтористой серы SF6.

На рис. 1.1 показано изменение токов и напряжений при трехфазном коротком замыкании (КЗ) для одной из фаз трехфазного переменного тока с выделением нормального режима, неустановившегося процесса КЗ в сети, подключенной к генератору переменного тока с автоматическим регулятором возбуждения и установившегося режима КЗ [5]. На рисунке обозначены «бестоковые» паузы в токе нормального режима и в процессе КЗ.

В неустановившемся процессе КЗ переходный ток обычно можно представить в виде двух составляющих: периодической iп и апериодической iа. Периодическая составляющая обусловлена тем, что генераторы и электродвигатели, продолжая вращаться, подпитывают точку короткого замыкания синусоидальным током. Апериодическая составляющая обусловлена следующим. До короткого замыкания в индуктивных элементах сети была запасена электромагнитная энергия, которая начиная с момента КЗ необратимо выделяется в виде тепла на активных сопротивлениях. Поэтому, как видно из рис. 1.1, апериодическая составляющая, является затухающей и однополярной.

Мгновенное значение полного тока в момент t переходного процесса будет равен:

Наибольшее мгновенное значение полного тока КЗ – ударный ток iуд – наступает приблизительно через полпериода (0,01 с) после возникновения КЗ. Апериодическая составляющая проявляется лишь в течение первых моментов переходного процесса. Установившийся режим КЗ наступает через (3. 5) с после начала КЗ. Современные защиты отключают КЗ значительно раньше, до наступления установившегося режима. Тем не менее, «бестоковые» паузы имеются как в нормальном режиме, так и при КЗ, что способствует быстрому отключению коротких замыканий: tоткл = 0,02 – 0,07 с. В момент перехода тока через ноль, в дугогасительной камере складываются наиболее благоприятные условия для гашения дуги. Постоянный ток в отличие от переменного не имеет естественного перехода через нулевое значение. Поэтому коммутировать цепи постоянного тока при прочих равных условиях гораздо сложнее.

Другим значимым достоинством системы переменного тока по сравнению с постоянным является возможность изменения (трансформации) напряжений и токов с помощью трансформаторов. При этом можно выполнять линии электропередачи на разные классы напряжений. При одной и той же передаваемой мощности напряжение и ток связаны обратно пропорционально. Чем выше напряжение, тем меньше ток и, следовательно, меньше потери электроэнергии при передаче на большие расстояния. Напомним, что на постоянном токе трансформатор работать не может, т. к. для создания электродвижущей силы нет главного условия – изменения магнитного потока.

Ещё до начала Великой Отечественной Войны, в СССР было освоено напряжение 220 кВ переменного тока и на этом напряжении в 1933 г. от построенной на реке Свирь Нижне-Свирской ГЭС по линии протяженностью 240 км была подана электроэнергия в г. Ленинград. В дальнейшем был большой перерыв по повышению напряжений до окончания Великой Отечественной Войны. В 1957 году было освоено сначала напряжение 400 кВ, а затем и 500 кВ – для передачи в центр и на Урал энергии электростанций Волжского каскада ГЭС.

На электростанциях электроэнергия вырабатывается генераторами, как правило, на напряжениях (6,3. 24) кВ. Данный диапазон соответствует наивыгоднейшему сочетанию технико-экономических характеристик генератора. Для передачи электроэнергии на большие расстояния используются напряжения (110. 750) кВ. Поэтому перед выдачей электроэнергии в сеть, её параметры преобразуются с помощью блочных повышающих трансформаторов. Ранее также существовала система напряжения 1150 кВ, но после распада СССР линии электропередач данного напряжения были переоборудованы на напряжение 500 кВ.

Потребляется электроэнергия на напряжении 0,4 кВ при малых мощностях электроприёмников и на напряжении 6,3 (10,5) кВ при относительно больших мощностях. Соответственно, перед подачей электроэнергии потребителю напряжение преобразуется в понижающем трансформаторе. На пути от генератора к потребителю напряжение может преобразовываться многократно. Это происходит на трансформаторных подстанциях, находящихся на стыке сетей с разными классами напряжений.

Источник