Sisältö
- varoitukset
- Kolmivaiheinen teho: visuaalinen analogia
- Teho ja jännite vaihtovirtapiireissä
- Yksivaiheinen teho: analogian laajentaminen
- Yhden vaiheen muuntaminen kolmivaiheiseksi
Yhdysvalloissa suurin osa ihmisten kodeihin tulevasta voimasta on yksivaiheista. Sähkövoimalaitoksessa tuotettu energia on kuitenkin kolmivaiheista. Tämä on idea suurten siirtojohtojen takana, jotka näet kiinnittyneinä korkeisiin torneihin - näiden johtojen oletetaan lähettävän niin paljon jännitettä kuin on mahdollista pitkiä matkoja ennen kuin tätä virtaa "käytetään" ja toimitetaan lähiöihin huomattavasti pienemmällä jännitteellä.
Yhden vaiheen teho riittää käytännöllisesti katsoen kaikille kodinkoneille, kun taas raskaita laitteita sisältävät teollisuusasetukset vaativat kolmivaiheisen virran. Mutta entä jos tarvitset kolmivaiheista virtaa ja kaikki mitä sinulla on, on yksivaiheinen teho menossa kotiisi?
varoitukset
Kolmivaiheinen teho: visuaalinen analogia
Kuvittele itseäsi ja kahta ystävääsi (ilmeisesti tylsistyneitä), jotka kävelevät edestakaisin nopealla nopeudella 2 metriä sekunnissa (noin 4,5 mailia tunnissa) pohjois-etelä-suuntaan kulkevalle polulle, joka mittaa 60 metriä päästä päähän. Jokainen teistä alkaa tämän polun keskikohdasta, kävelee pohjoiseen päähän, palaa alkuun, jatkaa kävelyä vastakkaiseen päähän ja palaa taas takaisin keskelle suorittaen siten yhden 120 metrin "kierroksen" tai pyöräilyn. Koska jokainen teistä kävelee nopeudella 2 metriä sekunnissa, yksi edestakainen matka vie jokaiselle henkilölle tarkalleen 60 sekuntia.
Oletetaan lisäksi, että lähtökohdassa jokaisen teistä "tila" on nolla. Saat yhden tilayksikön jokaisesta pohjoiseen kävelemästäsi mittarista ja menetät tilayksikön jokaisesta etelään kävelemästäsi mittarista. Näin ollen aina kun joku teistä saavuttaa polun pohjoisen pään, kyseisellä henkilöllä on tila 30, kun taas kaikilla, jotka tekevät käännöksen eteläpäästä, on tila -30. Ymmärrät, että kolme teistä voi erota itsesi maksimaalisesti aloittamalla 20 sekunnin välein, koska jokainen piiri vie 60 sekuntia ja teitä on kolme, ja 60 jaettuna 3: lla on 20. Jos teet algebra, huomaat, että kun toinen teistä on maksimoinut "tila" arvoon 30 saavuttamalla pohjoisen pään, muut kaksi kulkevat toistensa puolivälissä eteläistä osaa pitkin, toinen suuntaa pohjoiseen ja toinen etelään, missä jokaisella kävelijällä on tila -15. Jos lisäät tila-arvot yhteen sellaisenaan, ne ovat 30 + (-15) + (-15) = 0. On mahdollista osoittaa, että itse asiassa kaikkien tila-arvojesi summa on milloin tahansa on 0 niin kauan kuin kolme teistä ovat täysin porrastettu kuvatulla tavalla.
Teho ja jännite vaihtovirtapiireissä
Tämä tarjoaa mallin siitä, miltä kolmivaiheinen sähköteho näyttää, paitsi että "jännite" korvataan "tilalla" ja 60 sekunnin välein tapahtuvan yhden jakson sijaan tapahtuu 60 jännitesykliä sekunnissa. Lisäksi sen sijaan, että jokainen henkilö, joka ohittaa lähtöpisteen kahdesti minuutissa, jännite kulkee nollapisteen läpi 120 kertaa sekunnissa.
Koska teho, virta ja jännite liittyvät matemaattisesti, kolmivaiheteho pysyy vakiona, nolla-tasolla, vaikka kolme erillistä jännitettä lisäisivät nollaa milloin tahansa. Tämä suhde on:
P = V2/ R
Tässä P on teho watteina, V on jännite volteissa ja R on sähköinen resistanssi yksiköissä, joita kutsutaan ohmiksi. Voit nähdä, että negatiiviset jännitteet vaikuttavat voimaan, koska negatiivisen luvun neliöiminen antaa positiivisen arvon. Kolmivaiheisen järjestelmän kokonaisteho on vain kunkin vaiheen kolmen yksittäisen tehon arvon summa.
Lisäksi, jos olet jo miettinyt ihmetteleväsi, kuinka vaihtovirta (AC) sai nimensä, sinulla on nyt vastauksesi. Jännite ei ole koskaan tasainen joko yksivaiheisessa tai kolmivaiheisessa järjestelmässä, ja sen seurauksena kumpikaan ei ole virta; nämä liittyvät Ohmin lakiin, joka on V = IR, missä minä tarkoitan virtaa ampeereina ("ampeereina").
Yksivaiheinen teho: analogian laajentaminen
Laajentaaksesi kaverien-kävely-edestakaisin -menetelmää yksivaiheiseen voimaan - kuvittele yksinkertaisesti, että kahta ystävääsi kutsutaan kotona illalliselle, kun jatkat kävelyä, ja siellä se onkin. Toisin sanoen kolmivaiheinen teho on kirjaimellisesti vain kolme yksivaiheista virtalähdettä, joiden keskinäinen ero on kolmannella jaksolla (tai trigonometrisesti ilmaistuna 120 astetta). Yksivaiheisessa virtalähteessä joka kerta yksittäisestä jännitteestä tulee hetkeksi nolla, samoin tehon lähtö. Voit ehkä ymmärtää nyt, miksi pienet laitteet, joihin pienet virrankatkaisut eivät vaikuta, voivat toimia yksivaiheisella voimalla, kun taas suurella koneella (teho) toimivat suuret koneet eivät voi; ne vaativat suuren ja tasaisen virtalähteen.
Kaikki edellä oleva on ymmärrettävissä helpommin käyrällä graafista jännite / aika -asetusta kolmivaiheiselle teholähteelle (katso Resurssit). Tässä kaaviossa yksittäiset vaiheet on piirretty punaisilla, violetti- ja sinisillä viivoilla. Ne ovat aina nolla, mutta niiden neliöiden summa on positiivinen ja vakio. Näin ollen, kun R: lle annetaan muuttumaton arvo, teho P näissä kokoonpanoissa on myös vakio suhteesta P = V johtuen2/ R.
Yhden vaiheen syöttöä varten ei ole jännitteitä, jotka voidaan summata, ja yhden vaiheen jännite kulkee nollapisteen läpi 120 kertaa sekunnissa. Näissä hetkissä virta laskee nollaan, mutta palautuu riittävän nopeasti, jotta pienemmissä valoissa, laitteissa ja niin edelleen ei tapahdu huomattavia keskeytyksiä.
Yhden vaiheen muuntaminen kolmivaiheiseksi
Jos sinulla on kolmivaihemoottori suuremmassa laitteessa, kuten teollisuuskokoinen ilmakompressori, ja sinulla ei ole helppoa pääsyä kolmivaihevirtaan paikallisen verkon asennustavan takia, on kiertotapoja, joita voit käyttää saadaksesi laitteesi oikein virta. (Yksi näistä on korvata kolmivaiheinen moottori yksivaiheisella moottorilla, mutta tämä ei ole läheskään yhtä fiksu kuin muut ratkaisut.)
Saatavana on lukuisia tyyppejä kolmivaihemuuntajia. Yksi näistä, a staattinen muunnin, hyödyntää sitä tosiasiaa, että vaikka kolmivaiheinen moottori ei voi käynnistyä yksivaiheisella teholla, se voi jatkaa toimintaansa yksivaiheisella virralla käynnistyksen jälkeen. Staattinen muunnin tekee tämän kondensaattorien avulla (laitteet, jotka voivat varastoida varausta), joiden avulla staattinen muunnin voi seisoa yhden vaiheen kohdalla, tosin tehottomalla tavalla, jolla varmistetaan pienentävän moottorin tehokasta käyttöikää. pyörivä vaihemuunnintoisaalta toimii eräänlaisena korvaavan kolmivaihemoottorin ja itsenäisen generaattorin yhdistelmänä. Tämä laite sisältää joutokäynnin moottorin, joka sen jälkeen kun se on liikkeessä, ei käännä mitään kantokoneissa liikkuvia osia, vaan tuottaa sen sijaan virtaa niin, että koko kokoonpano voi jäljitellä kolmivaiheista sähköjärjestelmää kohtuullisen hyvin. Lopuksi a taajuusmuuttaja (VFD) hyödyntää komponentteja, joita kutsutaan inverttereiksi, joita voidaan käyttää muodostamaan vaihtovirta melkein millä tahansa halutulla taajuudella ja toistamaan suurin osa olosuhteista tavanomaisen kolmivaihemoottorin sisällä.
Mikään näistä muuntajista ei ole täydellinen, enempää kuin leipäveistä voidaan käyttää leikkaamaan liha helposti. Mutta leipäveitsi on parempi kuin paljaat käteni, ja niin nämä muuntimet ovat todella hyviä olla käsillä, jos työskentelet usein voima-nälkäisten koneiden ja työkalujen kanssa.