Как определить фазы в трехфазной сети: Как определить чередование фаз трехфазного электродвигателя

Основные понятия и определения | Фазировка оборудования

Страница 2 из 13

Трехфазная система.

Под трехфазной системой ЭДС (напряжений) понимают совокупность трех симметричных ДС, амплитуды, которых равны по значению и сдвинуты (амплитуда каждой ЭДС относительно предшествующей ей амплитуды другой ЭДС) на один и тот же фазный угол. На рис. 1,д приведена схема простейшего синхронного генератора трехфазного тока. Обмотки, в. которых наводятся переменные ЭДС, помещены в пазы статора, смещенные по окружности на 120°. Выводам обмоток присвоены обозначения «начал» АБСа «концов» X, Y, Z соответственно. По обмотке ротора проходит постоянный ток, создавая магнитное поле. При пересечении обмоток статора магнитным полем вращающегося ротора в них наводится симметричная система трех синусоидальных ЭДС одинаковой частоты и амплитуды, сдвинутых по фазе на 120° (рис. 1,6). За один оборот ротора, что соответствует периоду времени Т, в каждой из обмоток происходит полный цикл изменения ЭДС.

Когда ось ротора/— / пересекает витки обмотки статора, в них наводится максимальная ЭДС. Но так как для трех обмоток статора это происходит в разные моменты времени, то и максимумы наведенных ЭДС не совпадают по фазе, т. е. их амплитуды Ед, Eg, Ее оказываются сдвинутыми одна относительно другой на 1/3 периода, или на 120°.
Фаза. Угол, характеризующий определенную стадию периодически изменяющегося параметра (в данном случае ЭДС), называют фазовым углом или простой фазой. При совместном рассмотрении двух (и более) синусоидально изменяющихся ЭДС одной частоты, если их нулевые (или амплитудные) значения наступают не одновременно, говорят, что они сдвинуты по фазе. Сдвиг всегда определяют между одинаковыми фазами, например между началами синусоид, как это показано на рис. 1,6, или между амплитудами. При сдвиге двух синусоид по фазе одна из них будет отставать от другой по времени. Чтобы определить, какая из синусоид отстает, находят их начала, т. е. нулевые значения ЭДС при переходе от отрицательных 6 значений к положительным.

Рис. 1. Получение трехфазной симметричной системы ЭДС: 1 — статор; 2 — обмотка статора; 3 — ротор; 4 — обмотка ротора

На рис. 1,6 начала обозначены буквами а, Ь, с. Из рисунка видно, что начало одной синусоиды (например, синусоиды, проходящей через точку Ь) расположено правее начала другой (синусоиды, проходящей через точку а ). Это свидетельствует о том, что синусоида с началом в точке b отстает по времени от синусоиды с началом в точке а Еще более отстает синусоида, проходящая через точку с, так как ее начало сдвинуто на (2/3) Т или на 240° от начала координат (момента, когда / = 0). В равной мере можно говорить, что синусоида с началом в точке а опережает синусоиды с началом в точке b на (1/3) Tvi с началом в точке с — на (2/3) Т.
На практике под фазой трехфазной системы понимают также отдельный участок трехфазной цепи, по которому проходит один и тот же ток, сдвинутый относительно двух других по фазе. Исходя из этого, фазой называют обмотку генератора, трансформатора, двигателя, провод трехфазной линии, чтобы подчеркнуть принадлежность их к определенному участку трехфазной цепи.

Фазы обозначают прописными буквами А, В, С. Но навешивать надписи букв на оборудование станций и подстанций не всегда удобно. Поэтому при окраске оборудования (например, сборных и соединительных шин в закрытых РУ), которая применяется с целью защиты от коррозии, используют красители различного цвета. Краску наносят по всей длине шин.
Шины фазы А окрашивают в желтый цвет, фазы В — в зеленый и фазы С — в красный. Поэтому фазы часто называют Ж, 3, К. Для распознавания фаз оборудования на кожухах, арматуре изоляторов, конструкциях и опорах наносят соответствующие цветные метки в виде кружков или полос.
Таким образом, в зависимости от рассматриваемого вопроса фаза — это либо угол, характеризующий состояние синусоидально изменяющейся величины в каждый момент времени, либо участок трехфазной цепи, т. е. однофазная цепь, входящая в состав трехфазной.
Порядок следования фаз. Порядок, в котором ЭДС в фазных обмотках генератора проходят через одни и те же значения (например, через положительные амплитудные значения), называют порядком следования фаз. Трехфазные системы ЭДС могут отличаться друг от друга порядком следования фаз. Если вращение ротора генератора происходит в направлении, изображенном на рис. 1,с, то фазы будут следовать в порядке А, В, С — это так называемый прямой порядок следования фаз. Если направление вращения ротора изменить на противоположное, то изменится и порядок следования фаз. Фазы будут проходить через максимальные значения в порядке А, С, В — это обратный порядок следования фаз.
Иногда вместо термина «порядок следования фаз» говорят «порядок чередования фаз». Во избежание путаницы условимся применять термин «Чередование фаз» только в том случае, когда это связано с понятием фазы как участка трехфазной цепи.

Чередование фаз.

Итак, под чередованием фаз понимают очередность, в которой фазы трехфазной цепи (отдельные провода линии, обмотки и выводы электрической машины и т. д.) расположены в пространстве, если обход их каждый раз начинать из одного и того же пункта (точки) и производить в одном и том же направлении, например сверху вниз, по часовой стрелке и т. д. На основании такого определения говорят о чередовании обозначений выводов электрических машин и трансформаторов, расцветки проводов и сборных шин. В ряде случаев порядок чередования фаз строго регламентирован. Так, порядок чередования обозначений выводов синхронных машин принимается соответствующим порядку следования фаз для установленного направления вращения ротора. Правила устройства электроустановок (ПУЭ) предусматривают для закрытых РУ следующий порядок чередования окрашенных сборных шин при расположении их в вертикальной плоскости: верхняя шина — желтая, средняя — зеленая, нижняя — красная. При расположении шин в горизонтальной плоскости наиболее удаленная шина окрашивается в желтый цвет, а ближайшая к коридору обслуживания — в красный. Ответвления от сборных шин выполняются так, чтобы слева располагалась фаза Ж, 8 справа — фаза К, если смотреть на шины из коридора обслуживания (при трех коридорах в РУ — из центрального).

На открытых подстанциях чередование окраски сборных и обходных шин ориентируют по силовым трансформаторам.

Ближайшая к ним фаза шин окрашивается в желтый цвет, средняя — в зеленый, отдаленная — в красный. Ответвления от сборных шин выполняют таким образом, чтобы слева располагалась шина фазы Ж, справа — фазы К, если смотреть со стороны шин на трансформатор.
Отступление от указанных выше требований порядка чередования окраски шин РУ ПУЭ допускают в виде исключения в тех отдельных случаях, когда соблюдение этих требований связано с усложнением монтажа или необходимостью установки специальных опор для транспозиции проводов BЛ.
Совпадение фаз. При фазировке трехфазных цепей могут быть различные варианты чередования обозначений (расцветки) вводов на включающем аппарате и подачи на эти вводы напряжения разных фаз. Для простоты дальнейших рассуждений допустим, что фазируемые напряжения двух систем шин электроустановки имеют одинаковые порядки следования фаз А, В, С и Ах, Bi, С|. При этом условии фазы одноименных напряжений могут совпасть, а порядок чередования обозначений вводов у выключателя может не совпасть (рис- 2, а) или, наоборот, при одном и том же порядке чередования обозначений вводов фазируемые напряжения могут оказаться сдвинутыми по фазе (рис. 2, б). Поворот одноименных векторов напряжений относительно друг друга может быть не только на угол 120°, как это показано на рис. 2,6, но на любой угол, кратный 30е, что Характерно для трансформаторов, имеющих разные группы соединения обмоток. В обоих приведенных случаях включение выключателя неизбежно приводит к КЗ.
В то же время возможен вариант, когда совпадает и то, и другое (рис. 2, в) — Короткое замыкание между соединяемыми частями установки здесь исключено.
Под совпадением фаз при фазировке как раз и понимают именно этот случай, когда на вводах выключателя, расположенных друг против друга и принадлежащих одной фазе, одноименные напряжения двух частей установки совпадают по фазе, а обозначения (расцветка) вводов выключателя согласованы с соответствующими фазами напряжения и имеют один и тот же порядок чередования.
Векторное изображение синусоидально изменяющихся ЭДС (напряжений, токов). Периодически изменяющиеся синусоидальные величины изображают в виде синусоид (рис. 1,6) и вращающимися векторами — направленными отрезками прямой линии (рис. 1,в).

Рис. 2. Варианты несовпадения (е. б) и совпадения (в) фаз двух частей электроустановки
Для векторов фазных ЭДС Ej4, Eg. Eq> изображенных на этом рисунке, условно приняты направления от начал обмоток к их концам. Связь между синусоидальной кривой и вращающимися векторами показана на рис. 3. Синусоида получается проектированием вращающегося вектора (равного в заданном масштабе амплитуде изменяющейся ЭДС) на вертикальную ось /-/, перемещаемую по оси абсцисс со скоростью, пропорциональной частоте вращения вектора. Сдвиг фаз между двумя векторами, начала которых совмещены в одной точке, определяется углом V (рис.4). Отставание вектора Eg от вектора Ед показано направлением стрелки угла (против направления вращения векторов).
Следует сказать, что понятие вращающегося вектора ЭДС (напряжения, тока и т.д.) в электротехнике несколько отличается от понятия вектора, скажем, силы или скорости в механике.

Рис. 3. Получение синусоидального графика при вращении вектора

Рис. 4. Изображение двух ЭДС синусоидами и векторами при различных углах сдвига

Если в механике векторы не могут быть определены полностью только по их значениям без указания направления их действия в пространстве, то в электротехнике вращающиеся векторы не определяют действительного направления изображаемых ими величин в пространстве. Однако совокупное расположение вращающихся с одной частотой векторов (например, ЭДС трех фаз) на диаграмме дает представление о происходящем в электрической цепи процессе во времени и позволяет сделать количественную оценку явлений путем проведения элементарных операций над векторами.

Основные Схемы соединений трехфазных цепей.

Обмотки электрических машин (генераторов, синхронных компенсаторов, двигателей) и трансформаторов соединяют в звезду или треугольник.
При соединении трех обмоток генератора в звезду концы их объединяют в одну точку (рис. 5, в), которую называют нулевой (или нейтральной). Электродвижущие силы между началами и нулевой точкой обмоток называют фазными ЭДС и обозначают Ед, Eg, Ее, или просто £ф. Электродвижущие силы между выводами фаз называют линейными tn. Они получаются как разность векторов соответствующих фазных ЭДС генератора, например Ед — Eg = Едд (рис. 5,в).

Рис. 5. Соединение обмоток генератора в звезду (о), векторная диаграмма ЭДС (б), вычитание векторов фазных ЭДС (в)

Рис. 6. Соединение обмоток генератора треугольником (д) и векторная диаграмма ЭДС (б)
Порядок индексов в обозначении линейных ЭДС не произволен — индексы ставятся в порядке
вычитания векторов: Ев-Ес= Евс\ Ес-Ёл = ЕСА- С учетом заданного направления вращения векторов такой расстановке индексов соответствует вычитание вектора ЭДС отстающей фазы из вектора ЭДС опережающей. В результате векторы линейных ЭДС всегда опережают уменьшаемые фазные векторы на 30°. Значения линейных ЭДС в \Д или в 1,73, раз больше фазных, в чем легко убедиться измерением векторов на диаграмме.
Соединение обмоток генератора треугольником показано на рис. 6,о. Точки А, В, С являются общими для каждой пары фазных обмоток. Если к зажимам генератора не подсоединена нагрузка, то в обмотках, образующих замкнутый контур, отсутствует ток, обусловленный синусоидальными ЭДС промышленной частоты, сдвинутыми относительно друг друга на (1/3) Т, так как в каждый момент времени геометрическая сумма ЭДС, действующих в контуре треугольника, равна нулю. Убедиться в этом можно, рассматривая векторную диаграмму рис.»6, б и синусоиды мгновенных значений ЭДС трехфазного генератора (рис. 1, б).

Рис. 7. Изменение на 180° фазы наведенной ЭДС при перемене обозначений зажимов:
а — фазы ЭДС Ед и Еа совпадают; б — ЭДС Ед и Eg находятся в противофазе

Из рис. 6, а видно, что при соединении треугольником линейные провода отходят непосредственно от начала и конца обмотки каждой фазы, поэтому фазные ЭДС равны линейным и совпадают с ними по фазе. Заметим, что на станциях обмотки генераторов, как правило, соединяют в звезду. Соединение треугольником встречается крайне редко и только у турбогенераторов одного типа (ТВС-30).
Обмотки трансформаторов, так же как и генераторов, соединяют в звезду и треугольник (схема зигзага встречается редко). Схема звезды часто выполняется с выведенной нулевой точкой. Схемы соединений в звезду, в звезду с выведенной нулевой точкой и в треугольник в тексте обычно обозначают буквами У, Ун и Д соответственно. Обмотки высшего напряжения (ВН) трансформаторов соединяют в У или Д независимо от схемы соединения источников питания. Вторичные обмотки среднего (СН) и низшего (НН) напряжений также соединяют в У или Д.
В отличие от генераторов у мощных трансформаторов соединение треугольником по крайней мере одной из его обмоток является обычным [lj.
Группы соединений обмоток трансформаторов. Между первичной я вторичной ЭДС трансформатора, включенного под напряжение, может быть угол сдвига, который в общем случае зависит от схемы соединения и направления намотки обмоток, а также от обозначения (маркировки) зажимов.
Число сочетаний схем соединений У и Д может быть не более четырех: У/У, У/Д, Д/Д и Д/У, но, принимая во внимание возможность намотки обмоток на магнитопроводе в разных направлениях, случайное и преднамеренное изменение маркировки зажимов, а также соединение фазных обмоток в треугольник в ином чередовании, число схем включений трансформатора значительно возрастает. Приведем примеры. У каждой обмотки есть начало и конец. Начала обмоток обозначают буквами А, В, С, а, Ь, с, а концы X, ¥, Z, х, у, г соответственно. И хотя эти понятия условны, они имеют прямое отношение к действующей в обмотке ЭДС.

Рис. 8. Два варианта схем соединения фазных обмоток НН треугольником

Если у одной из обмоток поменять обозначения начала а и конца * (рис. 7), то, принимая ориентацию ЭДС по отношению к новому началу прежней (от * к в ), необходимо считать вектор ЭДС Еа повернутым на 180°. К такому же результату приводит и изменение направления намотки обмоток. В обмотках с односторонней намоткой (витки обеих обмоток идут от начал в правую или левую сторону) ЭДС совпадают по направлению, при разносторонней намотке они сдвинуты на 180°.  

Рис. 9. Схемы и группы соединения обмоток трансформаторов и автотрансформаторов :
а — трехфазных двухобмоточных трансформаторов; б — трехфазных трехобмоточнмх трансформаторов; в — трехфазных трехобмоточных автотрансформаторов

Рис. 10. Циклическая перемаркировка фаз обмотки в стандартной схеме. У/У-0
На рис. 8, а показано соединение фазных обмоток треугольником в стандартном порядке: а — у; Ь— z; с — х. Если обмотки соединить в порядке Oi — zt; сх — уЬг — xt (рис. 8,6), то векторы линейных ЭДС НН смещаются по отношению друг к другу на 60° (рис. 8, в) *
Чтобы упорядочить все многообразие схем соединений обмоток трансформаторов, введено понятие о группе соединений, характеризующее угловое смещение векторов линейных ЭДС вторичных обмоток относительно одноименных векторов линейных ЭДС обмотки ВН независимо от того, является трансформатор понижающим или повышающим.

Рис. 11. Циклическая перемаркировка фаз при ошибочном монтаже ошиновки. Обозначение фаз НН, соответствующее группе У/У-О, показано в скобках

Группа соединений обозначается числом, которое при умножении на 30° дает угол отставания вектора ЭДС вторичной обмотки от ЭДС Вектора первичной обмотки. Если, например, схема и группа соединений трансформатора обозначены У/Д-11, то смещение векторов линейных ЭДС равно 330°.
В ГОСТ 11677-75* предусмотрены две группы соединения обмоток трехфазных двухобмоточных трансформаторов: 0 и 11 (рис.9). Практически могут встретиться 12 групп и, кроме того, такие соединения, которые вообще не могут быть отнесены к какой-либо определенной группе. Заметим, что нестандартные группы могут быть получены ошибочно при монтаже и ремонте оборудования без вскрытия трансформатора и пересоединения его обмоток. Для этого достаточно, например, перекрасить шины фаз или перемаркировать обозначения выводов и потом ориентироваться на эти обозначения. Типичными являются следующие случаи. При перемещении обозначений выводов фаз (циклическая перемаркировка фаз), когда по кругу меняются местами надписи на выводах трех фаз на стороне ВН или НН (рис. 10), группа соединений каждый раз изменяется на 4 или 8 угловых единиц. Так, при подсоединении трансформатора зажим фазы b может ошибочно оказаться подсоединенным к сборной шине фазы а, зажим с — к шине фазы Л и т. д. Такое подсоединение равносильно перемаркировке фаз и влечет за собой изменение исходной группы трансформатора на 4 единицы. Действительно, построение и совмещение векторных диаграмм (рис.11) показывает, что векторы повернуты на 120°, или на 4 единицы.

*В построениях векторных диаграмм на рнс. 8 и далее принято направление векторов линейных ЭДС (напряжений) обмоток ВН от В к А и обмоток НН — от Ь к а .

Рис. 12. Двойная перемаркировка фаз при ошибочном монтаже ошиновки на стороне ВН и НН: а — исходная группа У/Д-11; б — перемаркировка одноименных фаз А и С, а и с; в — перемаркировка разноименных фаз А и С.  

Рис. 13. Ошибочное обозначение выводов двух фаз b и с на стороне низшего напряжения
Перестановка обозначений двух фаз на стороне ВН и одновременно НН (двойная перемаркировка) у трансформатора, имеющего нечетную группу соединений, вызывает угловое смещение векторов ЭДС вторичной обмотки относительно их первоначального положения на 60 или 300°. Значение угла зависит от того, какие две фазы на стороне ВН, а также на стороне НН перемещаются — одноименные или разноименные. На рис. 12 показано, что достаточно поменять местами соединительные шины двух фаз А и С на стороне ВН и тех же фаз на стороне НН, как группа 11 перейдет в группу 1, а при перемене мест фаз А и С и. одновременно Ь и с группа 11 превращается в 9.
Наиболее вероятен в эксплуатационной практике случай перекрещивания шин только двух фаз на какой-нибудь одной стороне (ВН или НН), например фаз b и с. При этом изменяется порядок чередования фаз. Вместо а — b -с порядок чередования будете — с — Ь (рис. 13), и углы сдвига фаз одноименных ЭДС обмоток ВН и НН будут неодинаковы: = 0°; ifpb = 120°; \fCc — 240°. Это обстоятельство не позволяет отнести трансформатор к определенной группе соединений.
Одним из основных условий параллельной работы трансформаторов является тождественность групп соединений их обмоток, что устанавливается по паспортным данным или специальными измерениями. Но даже при одинаковых группах перед первым включением в работу (после монтажа или капитального ремонта со сменой обмоток, отсоединением кабелей и пр.) трансформатор фазируют с сетью, так как на зажимах включающего аппарата (выключателя, отделителя, рубильника) может появиться сдвиг фаз в результате неправильного присоединения токоведущих частей к аппаратам и выводам трансформатора, о чем было сказано выше. Здесь следует особо подчеркнуть, что цель фазировки заключается не в определении группы, к которой принадлежит включаемый трансформатор, а в проверке согласованности соединяемых фаз всех элементов трехфазной цепи со стороны как высшего, так и низшего напряжения.

Как определить фазы в трехфазной сети: фазировка uvw

Часто на объектах электроснабжения приходится решать задачу проверки чередования фаз, а также производить фазировку. Обычно эти задачи входят в комплекс работ по согласованию параллельной работы трансформаторов. Хочется поделиться небольшой историей, в которой будут затронуты темы чередования фаз в трехфазной сети и правильной фазировки, а также приборы и методы, использующиеся при этом.

Небольшое вступление

Попалась на глаза история о монтаже электрооборудования, а именно двух масляных трансформаторов. Работы были завершены успешно. В итоге имелась следующая схема электроснабжения. Собственно сами трансформаторы, вводные выключатели, секционные разъединители, две секции шин. Успешно, как считали монтажники, прошли пусконаладочные работы. Стали включать оба трансформатора на параллельную работу и получили короткое замыкание. Естественно, монтажники утверждали, что произвели проверку чередования фаз с обоих источников и все совпадало. Но, о фазировке не было сказано ни слова. А зря! Теперь давайте разберемся подробно, что же пошло не так.

Что собой представляет чередование фаз?

Как известно, в трехфазной сети присутствует три разноименные фазы. Условно они обозначаются как А, В и С. Вспоминая теорию, можно говорить что синусоиды фаз смещены относительно друг друга на 120 градусов. Так вот всего может быть шесть разных порядков чередования, и все они делятся на два вида – прямое и обратное. Прямым чередованием считается следующий порядок – АВС, ВСА и САВ. Обратный порядок будет соответственно СВА, ВАС и АСВ.

Чтобы проверить порядок чередования фаз можно воспользоваться таким прибором, как фазоуказатель. О том, как пользоваться фазоуказателем, мы уже рассказывали. Конкретно рассмотрим последовательность проверки прибором ФУ 2.

Как выполнить проверку?

Сам прибор (предоставлен на фото ниже) представляет собой три обмотки и диск, который вращается при проверке. На нем нанесены черные метки, которые чередуются с белыми. Это сделано для удобства считывания результата. Работает прибор по принципу асинхронного двигателя.

Итак, подключаем на выводы прибора три провода от источника трехфазного напряжения. Нажимаем кнопку на приборе, которая расположена на боковой стенке. Увидим, что диск начал вращаться. Если он крутится по направлению нарисованной на приборе стрелки, значит, чередование фаз прямое и соответствует одному из вариантов порядка АВС, ВСА или САВ. Когда диск будет вращаться в противоположную стрелке сторону, можно говорить об обратном чередовании. В таком случае возможен один из таких трех вариантов – СВА, ВАС или АСВ.

Если возвращаться к истории с монтажниками, то все что они сделали – это лишь определение чередования фаз. Да, в обоих случаях порядок совпал. Однако нужно было еще проверить фазировку. А ее невозможно выполнить с помощью фазоуказателя. При включении были соединены разноименные фазы. Чтобы узнать где условно А, В и С, нужно было применить мультиметр или осциллограф.

Мультиметром измеряется напряжение между фазами разных источников питания и если оно равно нулю, то фазы одноименные. Если же напряжение будет соответствовать линейному напряжению, то они разноименные. Это самый простой и действенный способ. Более подробно о том, как пользоваться мультиметром, вы можете узнать в нашей статье. Можно, конечно, воспользоваться осциллографом и смотреть по осциллограмме какая фаза от какой отстает на 120 градусов, но это нецелесообразно. Во-первых, так на порядок усложняется методика, и во-вторых такой прибор стоит немалых денег.

На видео ниже наглядно показывается, как проверить чередование фаз:

Когда нужно учитывать порядок?

Проверить чередование фаз нужно при эксплуатации трехфазных электродвигателей переменного тока. От порядка фаз будет меняться направление вращения двигателя, что иногда бывает очень важно, особенно если на участке находится много механизмов, использующих двигатели.

Также важно учитывать порядок следования фаз при подключении электросчетчика индукционного типа СА4. Если порядок будет обратный возможно такое явление как самопроизвольное движение диска на счетчике. Новые электронные счетчики, конечно, нечувствительны к чередованию фаз, но на их индикаторе появится соответствующее изображение.

Если имеется электрический силовой кабель, с помощью которого необходимо выполнить подключение трехфазной сети питания, и нужен контроль фазировки, выполнить его можно и без специальных приборов. Зачастую жилы внутри кабеля отличаются по цвету изоляции, что сильно упрощает процесс «прозвонки». Так, чтобы узнать где условно находится фаза А, В или С понадобится лишь снять наружную изоляцию кабеля. На двух концах мы увидим жилы одинакового цвета. Их мы и примем за одинаковые. Подробнее о цветовой маркировке проводов вы можете узнать из нашей статьи.

Но все же слепо доверяться такой маркировке нельзя. Так, на практике бывают случаи, что производители кабеля не могут гарантировать что в начале и в конце кабеля цвет жил будет один и тот же. Поэтому нужно все равно прозвонить жилы прозвонкой.

Теперь вы знаете, что такое чередование фаз в трехфазной сети и как его проверить с помощью приборов. Надеемся, информация была для вас полезной и интересной!

Советуем также прочитать:

• Методика измерения петли фаза-ноль
• Что такое реле контроля напряжения
• Как выбрать тепловое реле для защиты двигателя

Большинство трехфазных электродвигателей и других устройств учитывают такой параметр, как чередование фаз. На практике, несоответствие данного параметра изначальным настройкам может привести к различным аварийным ситуациям, некорректной работе электрических приборов и к травмированию персонала.

Что такое чередование фаз?

Под чередованием фаз следует понимать последовательность, в которой напряжение нарастает в каждой из них. Во всех трехфазных цепях напряжение представляет собой синусоидальную кривую. В каждой линии напряжение отличается на 120º от остальных.

Рис. 1. Напряжение в трехфазной сети

Как видите, на рисунке 1, там где а) — показаны кривые напряжения во всех фазных проводах, смещенные на 120º. На соседнем рисунке б) изображена векторная диаграмма этих напряжений, На обоих рисунках показана разница между фазным и линейным напряжением.

Если взять за основу, что из нулевой точки на рисунке а) выходит U­A, то эта фаза является первой, на диаграмме б) наглядно стрелками показано, что очередность нарастания напряжения переходит от U­A к U­B, а за ним к U­C. Это означает, что фазы чередуются в порядке A, B, C. Такой порядок чередования считается прямым.

В трехфазной сети порядок чередования фаз может отличаться в зависимости от способов подключения к силовым трансформаторам на подстанциях, от последовательности включения обмоток генератора, из-за несоответствия выводов кабеля и по прочим причинам.

Рисунок 2: Прямая и обратная последовательность

Обратите внимание, цветовая маркировка определяет последовательность в соответствии их очередностью в алфавите по первым буквам цвета:

• Желтый – первый;
• Зеленый – второй;
• Красный – третий.

На рисунке 2 изображен классический вариант прямой последовательности A – B – C (где A имеет желтый цвет и является первой, B – зеленый и является второй, а C – красный и является третей) и классический вариант обратной последовательности C – B – A. Но, помимо них на практике могут встречаться и другие варианты, прямого: B – C – A, C – A – B, и обратного чередования: A – C – B, B – A – C. Соответственно, в каждом из приведенных примеров чередование фаз будет начинаться с первой.

Зачем нужно учитывать порядок фаз?

Последовательность чередования играет значительную роль в таких ситуациях:

• При параллельном включении в работу – ряд устройств (трансформаторы, генераторы и прочие электрические машины), могут соединяться в параллельную работу для повышения надежности системы или для обеспечения большего резерва мощности. Но, в случае неправильного подключения из-за соединения разноименных фаз произойдет короткое замыкание.
• При подключении трехфазного счетчика – так как его работа основана на совпадении фаз с соответствующими выводами прибора, то при нарушении правильности подключения может произойти сбой и самопроизвольное движение в отсутствии какой-либо нагрузки. Из-за чего такое подключение электросчетчика приведет к необходимости оплаты потребителем киловатт, которые он не расходовал.
• При включении двигателя – следование фаз в сети определяет для электрической машины и направление вращения двигателя. В случае отсутствия правильной фазировки изменится и направление движения элементов, механически соединенных с ротором. Из-за чего может произойти нарушение технологического процесса или возникнуть угроза жизни персонала.

С целью предотвращения негативных последствий от перекоса фаз и других несовпадений, на практике выполняют проверку чередования и устанавливают защиту.

Проверка может производиться несколькими способами. Целесообразность выбора того или другого варианта осуществляется в зависимости от параметров электрической сети и задач, которые необходимо решить. Так чередование можно узнать при помощи фазоуказателя, мегаомметра, мультиметра или по расцветке изоляции кабеля. Рассмотрите каждый из вариантов более подробно.

С помощью фазоуказателя

По принципу действия, фазоуказатель можно сравнить с обычным асинхронным двигателем. Рассмотрим в качестве примера наиболее распространенную модель фазоуказателя — ФУ-2 .

Рисунок 3: Принципиальная схема работы ФУ-2

Как видите на рисунке 3, у указателя последовательности фаз присутствуют три обмотки, которые подсоединяются к одноименным фазам в сети или устройстве. Между обмотками находится вращающийся ротор Р, который приводит в движение диск фазоуказателя Д.

На практике, после подсоединения к зажимам фазоуказателя соответствующих проводов, работник нажимает кнопку К, которая замыкает цепь обмоток. В зависимости от порядка чередования фаз, диск Д начнет вращаться по часовой или против часовой стрелки.

На самом приборе имеется стрелка, показывающая прямое чередование. Если при нажатии кнопки диск вращается в том же направлении, что и показано стрелкой, то эта трехфазная нагрузка имеет прямое чередование. Если диск начнет крутиться в противоположную от стрелки сторону, то чередование фаз обратное. Следует отметить, что этот прибор не способен определить, какая фаза на каком проводе находится, он может определить лишь порядок их чередования.

С помощью мегаомметра

Как один из способов прозвонки жил широко используется прибор для измерения сопротивления – мегаомметр.

Рис. 4: Прозвонка кабеля мегаомметром

Посмотрите на рисунок 4, для реализации такой схемы, вам понадобится отключить кабель от сети и от потребителя. При этом, с одного конца кабеля фазы поочередно соединяются с землей З, как и металлическая оболочка у бронированных кабелей. С другой стороны присоединяется мегаомметр М, один из зажимов которого заземляется, а второй поочередно подводится к каждой из фаз. На той, где мегаомметр покажет нулевое сопротивление, и будет одним проводом.

На концах одноименного провода устанавливается соответствующая маркировка. Недостатком такого способа прозвонки является большой объем трудозатрат. Так как каждая жила заземляется поочередно, после чего выполняется проверка. При этом на обоих концах кабеля должны устанавливаться ответственные сотрудники. Между ними должна обеспечиваться связь, для согласования действий и предупреждения подачи напряжения на работников.

По расцветке изоляции жил

Если в каком-либо устройстве имеется подключение разноцветными жилами, то фазировку оборудования можно выполнять по цветам. Для определения нахождения одноименных напряжений тех или иных фаз необходимо добраться до каждой жилы кабеля. Если на каждом проводе присутствует изоляция разных цветов, то сравнив их с местом присоединения к трансформатору или распедустройству, можно определить, где какая фаза находится.

Недостатком такого метода следует отметить ложную цветовую маркировку, так как производитель кабеля не всегда обеспечивает один и тот же цвет для каждой жилы на всей протяженности провода. Поэтому предварительно его все равно рекомендуется прозванивать и маркировать.

При помощи мультиметра

Для этого метода используется обычный мультиметр. Он наиболее актуален в тех ситуациях, когда необходимо включить в параллельную работу два смежных устройства и их шины расположены поблизости.

Рис. 5: фазировка мультиметром

Необходимо выполнить сравнение фазных напряжений в соседних линиях, на рисунке 5 приведен пример для фаз А и А1. Коммутационная аппаратура при этом должна быть разомкнута. Перед тем как пользоваться мультиметром, на нем выставляется класс напряжения, для линии, на которой будет производиться замер. Щупы подводятся к выводам фаз, при этом их изоляция должна обеспечивать защиту от напряжения, а на руки надеваются диэлектрические перчатки.

Если при подключении щупов к выводам A — A1 стрелка останется на нулевой отметке, то это значит, что фазы одинаковые. Если стрелка отклонится на величину линейного напряжения, вы меряете разноименные фазы.

Защита от нарушения порядка чередования

Для защиты электрического оборудования от неправильного чередования на практике применяется реле контроля фаз. Это реле настроено на работу двигателя или другого устройства в его прямом включении. Если из-за каких-то неполадок или неправильного подключения чередование нарушается, то трехфазное реле сразу отключит устройство. Его работа основана на анализе трехфазных токов и напряжений и последующем контроле этих параметров.

Подключение может выполняться через трансформаторы тока или напрямую, в зависимости от модели и класса напряжения в сети. Такая защита нашла широкое применение при подключении счетчиков индукционного типа, электрических машин и другого высокоточного оборудования.

Способ определения последовательности чередования фаз многофазных сетей, отличается от существующих способов измерения последовательности фаз, тем, что позволяет подключаться одним щупом, тем самым позволяет создать мобильные приборы, без дополнительных подключений. Блочная схема прибора, изображена на рис. 1.

Рис. 1. Блочная схема прибора определения последовательности чередования фаз

Принцип работы прибора следующий:

1. Подача питания на прибор переводит микроконтроллер 5 в режим низкого потребления (спящий).
2. Прикосновение руки к сенсорной площадке 8 уменьшает ёмкостное сопротивление прибора и становится проводником переменного тока.
3. Щупом прибора касаются одой из фаз, произвольно выбранной.
4. Ёмкостное сопротивление сенсорной площадки 8 создаёт разность потенциалов на входе микроконтроллера 5 и выводит его из спящего режима.
5. Ток, проходящий через высокоомный делитель 1, уменьшается до безопасной величины.
6. Компаратор 2, может быть как отдельно собранная схема, так и в составе микроконтроллера, он преобразует синусоидальный сигнал в прямоугольный, с логическими уровнями достаточными для работы микроконтроллера 5.
7. Кварцевый генератор 3 запускается совместно с микроконтроллером, может быть собран как отдельная схема, так и находится в составе микроконтроллера, вырабатывает прямоугольный сигнал (генерирует опорную частоту).
8. Устройство сравнения 4 (цифровой компаратор) выполняет логическую операцию сравнения, позволяет заполнить высокостабильными импульсами от кварцевого генератора 3 низкочастотные импульсы, пришедшие от компаратора 2.
9. На контроллер 5 приходят импульсы с блока сравнения 4, пропорциональные фазной частоте и модулированные кварцевым генератором.
10. В контроллере 5 происходит обработка сигнала по программе и вывод результата на индикатор 6.
11. Любая фаза, после первого цикла измерения, индицируется как фаза А, а микроконтроллер запоминает значение фазы, продолжая отсчитывать импульсы кварцевого генератора.
12. В случае нестабильного измерения, микроконтроллер формирует сигнал ошибки и проводит повторное измерение. Если несколько измерений нестабильны, сигнал о нестабильности передаётся на индикацию.
13. После индикации фазы переставляется щуп на другую фазу.
14. Повторяются пп 5-10, с отличием, что микроконтроллер 5 рассчитывает время смещения импульсов относительно запомненного предыдущего значения и на основании времени сдвига выдаёт сигнал на индикацию соответствующей фазы.
15. Если измерения прекращаются, микроконтроллер устанавливает все необходимые регистры памяти и переводится в спящий режим низкого потребления до следующего использования.

Прибор может быть выполнен на дискретных, цифровых электронных элементах. В качестве микроконтроллера может быть использован любой подходящий микроконтроллер, а так же возможна программная эмуляция данного способа измерения.

Прибор может быть дополнен разнообразными дополнительными средствами измерений, при применении соответствующего контроллера. Возможная реализация подключения прибора к вычислительной технике и другим цифровым устройствам, как коммутационным способом, так и дистанционным, позволяя обмениваться данными, а так же для обновления прошивки прибора, позволяя ему эволюционно совершенствоваться.

Рис. 2. Диаграмма сигналов прибора

Интервалы времени Δtn1 – Δtnk+1 модулированы генератором и по сути являются периодом колебаний заполненным импульсами кварцевого генератора. Микроконтроллер запоминает константы времени в количестве колебаний кварцевого генератора, начиная с t1, относительно t0(начала измерений). Далее происходит сравнение интервалов, если они вкладываются в приемлемый диапазон, то происходит команда на индикацию фазы А. Если диапазон частот отличен, либо константы интервалов выходят за рамки допустимых пределов, обрабатывается программа ошибки. В случае положительного определения, фазы, запоминается усреднённая частота, даётся сигнал на перестановку щупа. При перестановке фазы, повторяются измерения, и происходит сравнение усреднённых констант, расчёт угла фазы. Если фаза отстаёт на 120°, включая интервал допуска по нестабильности, то выводится команда на индикацию фазы С, если опережает, то фазы В. Пока прибор в работе, то индицируется фаза, относительно последней измеренной. Если сигнал отсутствует более установленного для таймера времени, то контроллер переводится в спящий режим, предварительно установив ячейки памяти в исходное состояние. Выводится прибор из спящего режима подачей сигнала и приступает к измерению.

Этот способ измерения угла сдвига фазы может быть использован в приборах различного назначения, в качестве индикатора фазы, но в отличии от существующих не имеет подключения к разным фазам одновременно, что позволяет использовать в переносных индикаторах, а так же измерительных штангах. Так же данный способ позволяет встраивать режим измерения в др. приборы.

Как и чем определить порядок чередования фаз в трехфазной сети?

 

При подключении различного оборудования к электросети часто возникает проблема в том, что провода и обозначения фаз могут быть ошибочными, а маркировка фаз утерянной или стертой.  

Если подключить оборудование неправильно — возникнет риск серьезных аварий и поломок, поскольку неверный порядок последовательности фаз приводит к тому, что двигатели вращаются в обратную сторону. Чем это чревато на транспорте, на стройках или в крупном промышленном производстве объяснять не стоит.

Для определения последовательности фаз можно применять осциллограф, но это не совсем удобно и не всегда применимо к производственным условиям.

Существуют специальные приборы: индикаторы последовательности чередования фаз, которые бывают электромеханические, электронные и бесконтактные.

Данные приборы имеют множество названий: индикаторы фазовращения, указатели последовательности фаз, индикаторы очередности фаз, индикаторы порядка следования фаз и т.д.., однако суть от этого не изменяется. 

Электромеханические индикаторы

Это самые распространенные и простые приборы, которые уже давно применяются и отличаются простотой и наглядностью. Они представляют из себя небольшой трехфазный двигатель с вращающимся диском, по направлению вращения которого можно определить порядок чередования фаз. Самые известные приборы : ЭИ5001 или И517М.

 

 

Прибор следует подключить к 3-м фазам и кратковременно нажать на кнопку. Вращение диска покажет правильно ли определен порядок чередования фаз.

Есть одна тонкость — нажатие на кнопку должно быть кратковременным, достаточно 1-2 секунды, чтобы диск начал вращение. Если держать кнопку нажатой слишком долго, то
прибор может выйти из строя за счет перегрева.

Более современный электромеханический прибор — 8PK-ST850. 

 

Устроен по принципу предыдущего, однако снабжен штатным проводами, мягким чехлом и неоновыми индикаторами фаз. Если контакта с какой-либо фазой нет — то это будет сразу понятно по отсутствию свечения индикатора данной фазы.

К недостаткам таких приборов следует отнести относительно большие габариты и массу, а также наличие подвижных частей.
К достоинствам — высокая помехоустойчивость и практически нулевая вероятность ошибки измерений.

Электронные контактные индикаторы

UT261A — удобный малогабаритный прибор на ЖК индикаторах, позволяющий отслеживать наличие каждой фазы и порядок их чередования.

 

 

Прибор не требует внутреннего источника питания, т к питается исследуемым напряжением.

UT261B — электронный прибор , который показывает так же как и предыдущий наличие фаз неоновыми индикаторами и порядок чередования фаз светодиодами. Питание прибора — 9 вольт от батареи Крона.

 

 

Особенность прибора — не только определение порядка чередования фаз напряжения, но и порядка чередования обмоток двигателя. Это работает так: прибор подключается к отключенному от сети двигателю. Вал двигателя вращают вручную и при этом светодиоды покажут порядок чередования фаз обмоток — L (левый)  или R (правый).

К достоинствам приборов следует отнести простоту использования, малые габариты и массу, отсутствие подвижных частей и вследствие этого большую надежность.  

К недостаткам — более высокую чувствительность к помехам и искажениям в сети по сравнению с электромеханическими приборами. В случае очень сильных помех прибор может давать неопределенные показания, однако уровень помех или искажений должен быть очень большим.

Бесконтактные электронные индикаторы

Довольно новые приборы UT262A и UT262C, которые позволяют определить порядок чередования фаз без разрыва цепи и гальванического контакта с сетью.

 

 

Для измерений клипсы с датчиками тока крепятся на проводах и светодиодные индикаторы показывают направление вращения фаз.  Естественно, при этом, по проводам должен течь ток.

К достоинствам прибора относится простота и безопасность использования.

К недостаткам — слишком высокая чувствительность к электромагнитным помехам и нелинейным искажениям. В производственных условиях избежать такого рода помех сложно, т к в наше время к сети подключены частотные приводы, инверторы и т. д., использующие технологии ШИМ и синтеза частоты.

Однако, для первичных вводов приборы вполне подходят, то есть там, где уровень помех и несинусоидальности относительно невелик.

В кратком обзоре мы рассмотрели 3 основных типа индикаторов последовательности чередования фаз, которые поставляются ТОО Test instruments, являющегося официальным дистрибьютором заводов производителей.

Заказы на приборы принимаются на интернет портале Pribor.kz 
 

Основные понятия и определения (фазировка)

Трехфазная система.

Под трехфазной системой э. д. с. (напряжений) понимают совокупность трех электрических цепей переменного тока одной частоты, э. д. с. которых не совпадают по фазе. На рис. 1,а приведена схема простейшего синхронного генератора трехфазного тока. Обмотки, в которых получается переменная э. д. с, помещены в пазы статора, смещенные по окружности на 120°. По обмотке ротора проходит постоянный ток, создавая магнитное поле. При пересечении обмоток статора магнитным полем вращающегося ротора в них наводится симметричная система трех синусоидальных э. д. с. одинаковой частоты и амплитуды, сдвинутых по фазе на 120° (рис. 1,б). За один оборот ротора, что соответствует периоду времени Т, в каждой из обмоток происходит полный цикл изменения э. д. с. Когда ось ротора I—I пересекает витки обмотки статора, в них наводится максимальная э.д. с. Но так как для трех обмоток статора это происходит в разные моменты времени, то

Рис 1 Получение трехфазной симметричной системы э. д. с.
а-синхронный генератор; б-график э.д.с.; в-векторная дивграмма э.д.с.; 1-статор; 2-обмотка статора; 3-ротор; 4-обмотка ротора

и максимумы наведенных э. д. с. не совпадают по фазе, т. е. их амплитуды Еа, Ев, Ес оказываются сдвинутыми одна относительно другой на 1/3 периода, или на 120°.

Фаза.
Угол, характеризующий определенную стадию периодически изменяющегося параметра (в данном случае э. д. с), называют фазовым углом или просто фазой. При совместном рассмотрении двух (и более) синусоидально изменяющихся э. д. с. одной частоты, если их нулевые (или амплитудные) значения наступают не одновременно, говорят, что они сдвинуты по фазе. Сдвиг всегда определяют между одинаковыми фазами, например между началами синусоид, как это показано на рис. 1,6, или между фазами амплитуд. При сдвиге двух синусоид по фазе одна из них будет отставать от другой по времени. Чтобы определить, какая из синусоид отстает, находят их начала, т. е. нулевые значения э. д. с. при переходе от отрицательных к положительным значениям. На рис. 1,6 начала обозначены буквами а, Ь, с. Из рисунка видно, что начало одной синусоиды (например, синусоиды, проходящей через точку Ь) расположено правее начала другой (синусоиды, проходящей через точку а). Это свидетельствует о том, что синусоида с началом в точке b отстает во времени от синусоиды с началом в точке а. Еще более отстает синусоида, проходящая через точку с, так как ее начало сдвинуто на 2/3 Т или на 240° от начала координат (момента, когда t = 0).
На практике под фазой трехфазной системы понимают также отдельный участок трехфазной цепи, по которому проходит один и тот же ток, сдвинутый относительно двух других по фазе. Исходя из этого, фазой называют обмотку генератора, трансформатора, двигателя, провод трехфазной линии, чтобы подчеркнуть принадлежность их к определенному участку трехфазной цепи.
Фазы именуют прописными буквами А, В, С. Но навешивать надписи букв на оборудование станций и подстанций не всегда удобно. Поэтому при окраске оборудования (например, сборных и соединительных шин в закрытых РУ), которая применяется с целью защиты от коррозии, используют красители различного цвета. В соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) шины фазы А окрашивают в желтый цвет, фазы В -в зеленый и фазы С -в красный. Поэтому фазы часто называют Ж, 3, К. Для распознания фаз оборудования на кожухах, арматуре изоляторов, конструкциях и опорах наносят соответствующие цветные метки в виде кружков или полос.
Таким образом, в зависимости от рассматриваемого вопроса фаза — это либо угол, характеризующий состояние синусоидально изменяющейся величины в каждый момент времени, либо участок трехфазной цепи, т. е. однофазная цепь, входящая в состав трехфазной.

Порядок следования фаз.

Порядок, в котором э. д. с. трех фаз непрерывно проходит через одни и те же значения (например, через положительные амплитудные значения), называют порядком следования фаз. Трехфазные системы э. д. с. могут отличаться друг от друга порядком следования фаз. Если вращение ротора генератора происходит в направлении, изображенном на рис. 1,а, то порядок следования фаз будет А, В, С — это так называемый прямой порядок следования фаз. Если направление вращения ротора изменить, то изменится и порядок следования фаз. Фазы будут проходить через максимальные значения в порядке А, С, В,- это обратный порядок следования фаз.
Иногда вместо термина «порядок следования фаз» говорят «порядок чередования фаз». Во избежание путаницы условимся применять термин «чередование фаз» только в том случае, когда это связано с понятием фазы как участка трехфазной цепи.

Чередование фаз.
Итак, под чередованием фаз понимают очередность, в которой фазы трехфазной цепи (отдельные провода линии, обмотки и выводы электрической машины ит. д.) расположены в пространстве, если обход «их каждый раз начинать из одного и того же пункта (точки) и производить в одном и том же направлении, например сверху вниз, по часовой стрелке и т. д. На основании такого определения говорят о чередовании обозначений выводов электрических машин и трансформаторов, расцветки проводов и сборных шин. В ряде случаев порядок чередования фаз строго регламентирован. Так, согласно ГОСТ порядок чередования обозначений выводов синхронных машин принимается соответствующим порядку следования фаз для установленного направления вращения ротора. Правила устройства электроустановок предусматривают для закрытых РУ следующий порядок чередования окрашенных сборных шин при их вертикальном расположении: верхняя шина — желтая, средняя — зеленая, нижняя — красная. При расположении шин горизонтально наиболее удаленная шина окрашивается в желтый цвет, а ближайшая — в красный. Ответвления от сборных шин выполняются так, чтобы слева располагалась фаза А, справа — фаза С, если смотреть на шины из коридора обслуживания (при трех коридорах в РУ — из центрального).
На открытых подстанциях чередование окраски сборных и обходных шин ориентируют по силовым трансформаторам. Ближайшая к ним фаза шин окрашивается в желтый цвет, средняя — в зеленый, отдаленная — в красный. Ответвления от сборных шин выполняют таким образом, чтобы слева располагалась шина фазы А, справа — фазы С, если смотреть из ОРУ на вводы трансформаторов.
Отступление от указанных выше требований порядка чередования окраски крайних шин РУ ПУЭ допускает в виде исключения в тех отдельных случаях, когда соблюдение этих требований связано с усложнением монтажа или необходимостью установки специальных опор для транспозиции проводов воздушных линий.

Совпадение фаз.

При фазировке трехфазных цепей могут быть различные варианты чередования обозначений (расцветки) зажимов на включающем аппарате и подачи на них напряжения разных фаз. Для простоты дальнейших рассуждений допустим, что фазируемые напряжения двух трехфазных цепей имеют одинаковые порядки следования фаз. При этом условии фазы одноименных напряжений могут совпадать, а порядок чередования обозначений зажимов у выключателя — нет (рис. 2,а) или, наоборот, при одном и том же порядке чередования обозначений зажимов физируемые напряжения могут оказаться сдвинутыми по фазе (рис. 2,6). Поворот одноименных векторов напряжений относительно друг друга может быть не только на угол 120°, как это показано на рис. 2,6, но на любой угол, кратный 30°, что характерно для трансформаторов, имеющих разные группы соединения обмоток. В обоих приведенных случаях включение выключателя неизбежно приводит к к. з.

Рис. 2. Варианты несовпадения (а, б) и совпадения (в) фаз двух частей установки.

Однако возможен вариант, когда совпадает и то, и другое (рис. 2, в). Короткое замыкание между соединяемыми частями установки здесь исключено.
Под совпадением фаз при фазировке как раз и понимают именно этот случай, когда одноименные напряжения фазируемых трехфазных цепей совпадают по фазе, а чередование обозначений у выключателя зажимов (или их расцветка) согласовано с соответствующими фазами напряжений и между собой.

Векторное изображение синусоидально изменяющихся э. д. с. (напряжений, токов).

Периодически изменяющиеся синусоидальные величины изображают в виде синусоид (рис. 1,6) и вращающимися векторами — направленными отрезками прямой линии (рис. 1,в). Связь между синусоидальной кривой и вращающимися векторами показана на рис. 3. Синусоида получается проектированием вращающегося вектора (равного в заданном масштабе амплитуде изменяющейся э. д. с.) на вертикальную ось I—I, перемещаемую по оси абсцисс со скоростью, пропор-циональной частоте вращения вектора. Сдвиг фаз между двумя векторами, начала которых совмещены в одной точке, определяется углом j (рис. 4). Отставание вектора Ев от вектора Еа показано направлением стрелки угла j (против направления вращения векторов).
Следует сказать, что понятие вектора з. д. с. (напряжения, тока и т. д.) в электротехнике несколько отличается от понятия вектора, скажем, силы или скорости в механике. Если в механике векторы не могут быть определены полностью только по их значениям без указания направления их действия, то в электротехнике вращающиеся векторы не определяют действительного направления изображаемых ими величин в пространстве. Однако совокупное расположение вращающихся с одной частотой векторов (например, э. д. с. трех фаз) на диаграмме дает представление о происходящем в электрической цепи процессе во времени и позволяет сделать количественную оценку явлений путем проведения элементарных операций над векторами.

Puc. 3. Получение синусоидального графика при вращении вектора.

Рис. 4. Изображение двух з. д. с. синусоидами и векторами при различных углах сдвига, а — j = 0°; б — j = 90°, в — j = 180°.

Основные схемы соединений трехфазных цепей.
Обмотки электрических машин (генераторов, синхронных компенсаторов, двигателей) и трансформаторов соединяют в звезду или треугольник.

При соединении трех обмоток генератора в звезду концы их объединяют в одну точку (рис. 5, а), которую называют нулевой (или нейтральной). Электродвижущие силы между началами и нулевой точкой обмоток называют фазными э.д. с. и обозначают Еа, Ев, Ес, или просто Еф. Электродвижущие силы между выводами фаз называют линейными Ел. Они получаются как разности векторов соответствующих, фазных э. д. с. генератора, например, Еа — Ев = Еав (рис. 5,6). Порядок индексов в обозначении линейных э. д. с. не произволен — индексы ставятся в порядке вычитания векторов: Ев — Ес = Евс; Ес — Еа = Еса. С учетом заданного направления вращения векторов такой расстановке индексов соответствует вычитание вектора э. д. с. отстающей фазы из э. д. с. опережающей. В результате векторы линейных э. д. с. всегда опережают уменьшаемые фазные векторы на 30° Значения линейных э. д. с. в корень из трех, или в 1,73 раза больше фазных, в чем легко убедиться измерением векторов на диаграмме.

Рис. 5. Соединение обмоток генератора в звезду (а) и векторная диаграмма э. д. с. (б).

Соединение обмоток генератора треугольником показано на рис. 6,а.

Точки А, В, С являются общими для каждой пары фазных обмоток. Если к зажимам генератора не подсоединена нагрузка, то в обмотках, образующих замкнутый контур, отсутствует ток, обусловленный синусоидальными э. д. с. промышленной частоты, сдвинутыми относительно друг друга на 1/3 Т, так как в каждый момент времени геометрическая сумма этих э. д. с. равна нулю (рис. 6,6).
Из рис. 6 следует, что при соединении в треугольник фазная э. д. с. равна линейной и совпадает с ней по фазе. Заметим, что на станциях обмотки генераторов, как правило, соединяют в звезду. Соединение треугольником встречается крайне редко.
Обмотки трансформаторов, так же как и у генераторов, соединяют в звезду и треугольник (схема зигзаг встречается редко). Схема звезды часто выполняется с выведенной нулевой точкой. Схемы соединений в звезду, в звезду с выведенной нулевой точкой и в треугольник в тексте обычно обозначают буквами У, Ун и Д соответственно. Обмотки высшего напряжения (ВН) трансформаторов соединяют в У или Д независимо от схемы соединения источников питания. Вторичные обмотки низшего напряжений (НН) также соединяют в У или Д. 12
В отличие от генераторов у трансформаторов соединение треугольником по крайней мере одной из его обмоток является обычным.

Рис. 6. Соединение обмоток генератора в треугольник (а) и векторная диаграмма э. д. с. (б).

методы и инструкции, правила, советы и предостережения

Проще работать, когда электрический контур снабжения дома заземлен правильно, покажем, что выход найдется всегда. Поясним, как понять, где фаза, и как узнать, где ноль. Хватайте любимый М890С! Посмотрим, как определить фазу и ноль мультиметром.

Простейшие методики нахождения фазы, нуля мультиметром

Организованный правильно контур заземления дома устраняет проблемы. Во-первых, изоляция PEN желто-зеленого цвета. Спутать с коричневой (красной) фазой, синей нейтралью невозможно. Случается, проводка проложена, нарушая требования, цвета перепутаны, отсутствуют вовсе (алюминиевый кабель). Поиск фазы мультиметром осуществляем простым алгоритмом:

1. Допустим, квартира располагает тремя проводами: фаза, нуль, земля.
2. Ставим мультиметр на диапазон переменного напряжения 750 вольт, начинаем попарно тестировать проводку.
3. Между фазой и любым другим проводом будет 230 вольт (действующее значение), перемычка земля-нейтраль дает приближено 0.

Мультиметр

Подъездный щиток располагает минимум пятью проводами, фаз три. Дальнейший процесс определяется фантазией местных электриков. Хорошие мастера вешают стикеры А, В, С, указывающие местоположение фаз. Заземление желто-зеленое, нейтраль чаще синяя.

Меж соседними фазами напряжение 380 (400) вольт. Квартиры высоток иногда снабжают двумя фазами. Электрические плиты мощностью выше 10 кВт стараются разделить потребление. Уменьшаются требования к проводке. Советуем немедленно взять маркер, пометить изоляцию нужными цветами. Дом, лишенный заземления, обычно получает два провода: фазу, нейтраль. Трансформатор подстанции гонит три фазы. Сколько окажется в квартире, следует выяснить.

Проблемы начнутся, когда отсутствует маркировка проводов, фаза приходит одна. Между опасными проводами напряжение составит… нуль!

• Два провода несут фазу, нейтраль одна, заземление забыли проложить. Между питающими жилами круглый нуль, при оценке нулевого провода получаем 230 вольт. Ситуация выглядит, будто фазные жилы стали нейтралью и нулем. Напутали при прокладке – что поделаешь? Требуется искать дополнительный источник опоры. Подойдет отвертка-индикатор.
• Два провода одной фазы, вторая пара – заземление, нейтраль. Попарно покажут нуль, перекрестно – 230 В. Воспользуйтесь опорным ориентиром.

Отсутствует щуп-отвертка, заручившись помощью тестера как ни звони проводку, проблема останется. Требуется опорный источник, гарантированно заземленный. Подходят:

1. Контур заземления громоотвода часто ведут по наружной стене здания, полоса стали задевает торец балкона. Идет вертикально вниз. Заземлена, годится избранной цели с двумя оговорками: слой ржавчины сточите напильником, работы выполняйте, когда небо безоблачное (опасайтесь молнии).
2. Простейшим выходом станет водопроводный кран ванной. Трубы сейчас пластиковые. Но внутри находится отличный электролит – вода с растворенными солями жесткости. Коснитесь черным щупом тестера рукава крана, выполняйте измерения относительно точки опоры. Применяйте боковины фитингов медных, латунных, алюминиевых. Была бы вода.

   Индикаторная отвертка

3. На площадке стальной корпус щитка если не заземлен, посажен (закорочен) на нулевой (нейтральный) провод. Выполняйте измерения относительно выбранного ориентира.
4. Газовая труба – табу желающим заводить заземление, находится под нулевым потенциалом, соприкасается с землей. Найдете сколы краски, аксессуар используйте в целях (спиливать краску самостоятельно запрещено) идентификации фаз, нейтрали, заземления.
5. По вышеописанным причинам батареи из чугуна, алюминия, стали признаны неплохим ориентиром. Главное, обеспечить тесный контакт. Как проверить? Вызвонить две точки корпуса. Сопротивление составляет единицы ома – норма. При условии, что отопление включено. Согласно нормативам, корпус насоса заземляется, вероятность ошибки низкая.
6. Трубы канализации опорным источником заземления применять не рекомендуется. Условия проводимости определены количеством… стоков.

Ввиду разнообразия методик, ненадежности рекомендуется до начала серьезных работ провести тесты. Измерить потенциал между указанными ориентирами, фазой розетки. Расстояние между ориентиром, точкой назначения велико? Берем удлинитель. Особенно хорош фильтр питания персонального компьютера, снабженный характерной подсвечивающейся кнопкой. Фаза слева, левый штырь штекера (смотря какой стороной повернуть) помечаем маркером.

Затем вызваниваем с розеткой (без питания, понятное дело), делаем отметку с нужной стороны. Поясняем, можно обойтись без этого, с электрикой лучше отставить шутки. Осталось найти фазу, пользуясь помощью М890С. Ставим диапазон выше 380 вольт (между двумя фазами), начинаем измерять разность потенциалов между клеммами и щитком. Полагаем, дальнейший алгоритм понятен.

Правильно измерить потребление фазы

Измерим нагрузку фаз. Чтобы поставить правильные автоматы, соблюсти равномерное потребление. По правилам трехфазной сети каждую ветвь загружают одинаково, избегая перекосов на стороне поставщика. Оценим, какие фазы входят в квартиру. Проще заглянуть в подъездный щиток. Неопытный человек обязан прекратить попытки лезть туда. Легко получить удар током.

Дом старый – на виду увидите большую стальную пластину, которая явно соединяется с корпусом. Означенное – нейтраль. Дом питается трехфазным напряжением 380 вольт. Каждую квартиру снабжают чаще одной фазой. Тройку зажимов наблюдаем помимо заземлительной клеммы. Посмотрите, куда идут провода: автоматы, рубильники (сообразно счету квартир). Типичное количество соседей по площадке количеством три упрощает задачу анализа.

Теперь знаем метод отыскания фазы мультиметром, можем смело (с осторожностью, соблюдая меры безопасности) потыкать щупами. Потрудитесь выставить правильный диапазон, не сжечь прибор. Измерениями подтвердите или опровергните предположения. Фаз две – каждую нагрузите поровну. Изучите распаячные коробки, в большинстве старых домов находящиеся под потолком (большие круглые отверстия стены). Отключив снабжение квартиры, вооружившись тестером, поймите, куда и что идет. Используйте радикальный метод – отрубите одну пробку, посмотрите, где пропало питание.

Нагрузка двух фаз неравномерная – поправьте. Лучше сделать для автоматов и пробок, что положительно скажется на уменьшении стоимости оборудования распределительного щитка. В довершение по этой теме скажем, что правила работы предусматривают выполнение подобных мероприятий числом не менее двух лиц. Один обязательно страхует и готов отрубить подачу энергии, обрезать токоведущую жилу или ногой оттолкнуть страдающего от удара электричеством с опасной территории.

Схема питания квартиры двумя фазами

Как измерить трехфазное напряжение мультиметром

В этом разделе речь скорее пойдет о специфике трехфазных сетей. Большинство мультиметров позволяет измерять напряжение до 750 вольт переменного тока, чего вполне достаточно для работы с серьезными промышленными сетями. Каждый дом снабжается от трех фаз. А то, что в промышленности называют нейтралью, мы именуем нулевым проводом.

Сети предприятий прокладывают двух типов:

1. Механизмы с изолированной нейтралью нулевым проводом не пользуются. Внутри нагрузки фаз уравнены, токи утекают через эти же провода, которых в сумме три. Устанете искать нейтраль – линия отсутствует. Три провода фазные, относительно земли покажут напряжение 230 вольт, между собой – 380.
2. Заземленная нейтраль представляет нулевой провод. Помечается буквой N на коробках. Полезно смотреть принципиальные схемы промышленных приборов, приведенные на корпусе. Поможет понять раскладку.

Освоив методики работы с трехфазным напряжением, каждый сможет лучше понять электрическую разводку многоэтажного дома. Где из-под щитка поднимаются четыре жилы: три фазы и нейтраль.

Фазы автомобиля

Электрические сети помогают многим объектам. Автомобиль считается относительно простым устройством. Основу снабжения составляют аккумулятор 12 вольт (реально – 14,5 В), генератор, уровень выходного напряжения которого регулируется сообразно вариациям оборотов. Напряжение после выпрямления пригодно подпитывать аккумулятор бортовой сети. Активация вала генератора ведется аккумулятором через специальное регулирующее устройство.

Трехфазная схема Ларионова

Выпрямляемые диодным мостом схемы Ларионова фазы питают авто. Популярная сегодня методика. Диодов присутствует шесть штук. Фазы сливаются механическим объединением после выпрямления единой магистралью. Обеспечивает максимальную мощность. Чувствительные компоненты авто (бортовой компьютер), дополнительно выпрямляют нестабильный ток. Чтобы продлить срок службы устройства.

Далее напряжение идет потребителям. Дворники, система индикации, освещение, зажигание. Бортовой компьютер может выдать закодированное сообщение: пора проверить датчик фаз. Элемент, работа которого использует эффект Холла, определяет положение распределительного вала двигателя. Подобными оснащают стиральные машины, оценивая скорость вращения. Авто определяет угловое положение вала. Датчик выдает импульсы, оценивая параметры которых компьютер получит нужную информацию.

Сенсорами авто напичкан. На две клеммы подается питание, третья формирует сигнал. Для проверки посмотрим схему: местонахождение узлов. Затем вплотную займемся прозвонкой. Имитируя условия формирования импульсов, пользуйтесь постоянным магнитом.

Вопрос, как определить фазу и ноль мультиметром на авто, отпадает. Опорой служит корпус автомобиля – масса. Понятное дело, генератор работает только при запущенном двигателе. Внутри квартиры ищем фазу и нуль, здесь масса задана априори. Можно вызванивать пробитую изоляцию (например, диодов выпрямительного моста). На авто проще простого измерить три фазы мультиметром. Действующее значение косвенно сказали. Порядка 20 вольт (учитывая потери неидеального моста).

Ошибки пользователей мультиметра

Китайские мультиметры настроены работать, даже если неправильно поставлены щупы. Сломать прибор случайно остерегайтесь. Избегайте способа: воткнуть черный провод в разъем измерения высоких токов, красный – на свое место. Попытаетесь измерить переменное напряжение высоковольтной линии – ремонт обеспечен. Нельзя применять неправильные диапазоны. Зарекитесь пытаться измерить переменное напряжение, применив шкалу постоянного. Проверка фаз станет последней в жизни мультиметра.

Прибор выводится из строя большим напряжением переменной полярности. Прочее (к примеру, неправильная полярность щупов) не так страшно.

Выбор между трехфазной или однофазной электростанцией

Один из самых распространенных вопросов при выборе электростанции, какая лучше однофазная или трехфазная? Часто покупатели бывают в недоумении от того, что продавец советует им купить однофазную электростанцию, хотя в дом приходит три фазы. Именно поэтому в этом разделе мы постараемся разобраться с темой количества фаз генераторной установки отдельно.

Сеть

Итак, основная сеть электропитания может иметь 1 или 3 фазы. Двух фаз не бывает. Два провода, входящие в дом – это фаза с напряжением 220 Вольт и нейтраль (ноль), которая часто также выполняет функцию заземления. Если в дом входит четыре провода, то имеет место быть 3-фазный вход плюс нейтраль (нулевая фаза). Напряжение в цепях трехфазного тока, как правило, обозначают дробью 220/380 (230/400) Вольт: 220 (230) в числителе дроби означает напряжение фаза-ноль, а 380 (400) в знаменателе — напряжение между любыми двумя фазными проводами.

Потребители

Трехфазный ток обычно используется на производстве, а так же для бытовых приборов старого образца, либо потребителей большой мощности: электроплиты, сауны, асинхронные двигатели в насосах. В быту, в основном, используются однофазные устройства.

Электрогенераторы

Однофазный и трехфазный генератор — разные устройства. Трехфазная электростанция создана для того, чтобы обеспечивать электроэнергией трехфазные потребители, а не для того, чтобы питать однофазные устройства, разделенные на три части. Трехфазный генератор мощностью 9 кВт выдает 3 раза по 3 кВт. Он не сможет запитать однофазную нагрузку в 4 кВт. При этом генераторные электростанции большой мощности (свыше 30 кВА), не имеют проблемы с распределением нагрузки пофазно при использовании в быту. Главной особенностью эксплуатации трехфазной электростанции является обязательное равномерное распределение нагрузки между фазами. Разница в нагрузке между тремя фазами не должна превышать 25%.

Системы резервного электроснабжения

Схема №1 Однофазный ввод, однофазные потребители, однофазный генератор

Самая простая ситуация, когда у вас в доме нет трехфазных потребителей, и к дому подходит одна фаза. В этом случае для резервного электроснабжения используется однофазный электрогенератор. Резервировать электрогенератором можно как все нагрузки в доме, так и особо важные, выделенные в ЩГП (щит гарантированного питания) в соответствии с мощностью генератора.

Схема №2 Трехфазный вход, однофазные потребители, однофазный генератор

Вариант 1. К вашему дому подведены три фазы, но резервировать вы хотите только одну, на которую подключаются особо важные электроприборы. В этом случае остальные две линии просто не будут участвовать в системе резервного электроснабжения. Тем не менее, в этом случае вам также необходимо равномерно распределять все свои нагрузки по фазам, чтобы исключить перекос мощности по фазам на питающей подстанции.

Вариант 2. Самый простой и удобный вариант построения резервной системы электроснабжения.

В эту систему входит однофазный электрогенератор и трехфазный АВР (автомат ввода резерва). В этом случае, при исчезновении внешней трехфазной сети, автоматически запускается однофазный генератор и через АВР подает на всю нагрузку свою фазу. Генератор, таким образом, будет питать все три фазы по однофазному принципу работы. Такая схема позволяет полностью использовать мощность генератора, подключить к резервному питанию всю имеющуюся нагрузку и не беспокоиться за перекос фаз.

Схема №3 Трехфазный ввод, однофазные потребители, трехфазный генератор

В данной схеме устанавливается трехфазная электростанция. В этом случае трехфазная электростанция будет питать энергией однофазные потребители, но обязательно равномерное распределение нагрузки на каждую из трех фаз генератора. Группировка потребителей по фазам часто требует полную переборку электрощита или монтаж новой проводки. Самая сложная схема. При этом, генераторная установка практически всегда будет недогружена, так как невозможно распределить все нагрузки пофазно так, чтобы на 100% загрузить каждую фазу.

Почему в сети только 1 или 3 фазы, а не 2 или 4?

Взглянув в электрощиток или на опору, стоящую рядом с вашим домом, вы скорее всего увидите 2 или 4 провода, приходящие к вам, которые являются фазой и нулем или тремя фазами и нулем. Почему к нам чаще всего приходит именно такое количество фаз, а не 2, 4 или, например, 5? Ответ электрика в нашей статье.

Почему не хватает одной фазы?

На самом деле варианты и с двумя фазами тоже встречаются, но это довольно редкое явление. Как правило, это потребители, которые были подключены в конце девяностых – начале двухтысячных, когда появлялись мощные потребители и одной фазы сечением 1,5 мм² уже не хватало. Однако чаще мы все же встречаем 1 или 3 фазы. Одной фазы вполне хватает для работы большинства электроприборов (при достаточном сечении проводки). Для проведения трех фаз есть несколько причин.

Первая заключается в необходимости запитать трехфазные потребители, например, электрический котел отопления. Соответственно в этом случае ставится трехфазный счетчик (не путать с многотарифным), общий вводной автомат и несколько линейных автоматов.

Вторая причина такая же, как и в случае с двумя фазами — возможность разгрузить фазы при наличии большого количества мощных однофазных потребителей. В особенности это необходимо, когда есть сварочный аппарат. Или же нужно подключить на отдельную фазу варочную панель, водонагреватель или систему «теплый пол». Благодаря такому четкому распределению нет перекоса фаз и напряжение на каждой примерно одинаковое и в пределах нормы.

Почему не 4, 5 или больше фаз?

Тут ответ кроется в экономической целесообразности. В России подавляющее количество электроэнергии тратится на работу трехфазных двигателей. Для создания вращающегося электромагнитного поля необходимо минимум 3 фазы, каждая из которых смещается относительно другой на 120° (см. рис. ниже). При наличии трех фаз двигатель будет нормально и стабильно работать.

В теории можно подключить и 4 фазы, что кстати даст возможность двигателю работать «ровнее». Но для работы четвертой фазы необходимо будет вести дополнительный провод, что в масштабе страны составляет миллионы тонн цветного металла, дополнительные изоляторы, усиленные опоры и т.д. Все это несет колоссальные затраты, которые по факту не оправданы. Так что в этом случае три фазы — это «золотая середина».

Итак, три фазы НЕОБХОДИМЫ для работы трехфазных двигателей, а четыре, пять или больше — это лишняя трата денег.

Интересное из мира электрики:

Теги электричество

Объяснение основных измерений трехфазной мощности

Время чтения: 7 минут

Хотя однофазное электричество используется для питания обычных бытовых и офисных электроприборов, системы трехфазного переменного тока почти повсеместно используются для распределения электроэнергии и подачи электричества непосредственно на оборудование с более высокой мощностью.

В этой технической статье описываются основные принципы работы трехфазных систем и различие между различными возможными соединениями для измерения.

• Трехфазные системы
• Соединение звездой или звездой
• Соединение треугольником
• Сравнение звезды и дельты
• Измерения мощности
• Подключение однофазного ваттметра
• Однофазное трехпроводное подключение
• Трехфазное трехпроводное соединение (метод двух ваттметров)
• Трехфазное трехпроводное соединение (метод трех ваттметров)
• Теорема Блонделя: необходимое количество ваттметров
• Трехфазное, четырехпроводное подключение
• Настройка измерительного оборудования

Трехфазные системы

Трехфазное электричество состоит из трех напряжений переменного тока одинаковой частоты и одинаковой амплитуды.Каждая фаза переменного напряжения отделена от другой на 120 ° (Рисунок 1).

Рис. 1. Форма сигнала трехфазного напряжения

Эту систему можно схематически представить как осциллограммами, так и векторной диаграммой (рис. 2).

Рисунок 2. Векторы трехфазного напряжения

Зачем нужны трехфазные системы? По двум причинам:

1. Три разнесенных вектора напряжения могут использоваться для создания вращающегося поля в двигателе. Таким образом, двигатели можно запускать без дополнительных обмоток.
2. Трехфазная система может быть подключена к нагрузке таким образом, чтобы количество необходимых медных соединений (и, следовательно, потери при передаче) было вдвое меньше, чем они были бы в противном случае.

Рассмотрим три однофазные системы, каждая из которых выдает 100 Вт на нагрузку (рисунок 3). Общая нагрузка составляет 3 × 100 Вт = 300 Вт. Для подачи питания 1 ампер протекает через 6 проводов, и, таким образом, возникают 6 единиц потерь.

Рисунок 3. Три однофазных источника питания — шесть единиц потерь

В качестве альтернативы, три источника могут быть подключены к общей обратной линии, как показано на рисунке 4. Когда ток нагрузки в каждой фазе одинаков, нагрузка считается равной. сбалансированный. При сбалансированной нагрузке и трех токах, сдвинутых по фазе на 120 ° друг от друга, сумма тока в любой момент равна нулю, и ток в обратной линии отсутствует.

Рис. 4. Трехфазное питание, сбалансированная нагрузка — 3 единицы потерь

В трехфазной системе под углом 120 ° требуется только 3 провода для передачи энергии, для которой в противном случае потребовалось бы 6 проводов. Требуется половина меди, а потери при передаче по проводам уменьшатся вдвое.

Соединение звездой или звездой

Трехфазная система с общим подключением обычно изображается, как показано на Рисунке 5, и называется соединением «звезда» или «звезда».

Рисунок 5. Соединение звездой или звездой — три фазы, четыре провода

Общая точка называется нейтральной точкой.Эта точка часто заземляется на источнике питания из соображений безопасности. На практике нагрузки не сбалансированы идеально, и четвертый нейтральный провод используется для передачи результирующего тока.

Нейтральный проводник может быть значительно меньше трех основных проводов, если это разрешено местными правилами и стандартами.

Рисунок 6. Сумма мгновенных напряжений в любой момент времени равна нулю.

Соединение треугольником

Три однофазных источника питания, о которых говорилось ранее, также могут быть подключены последовательно.Сумма трех сдвинутых по фазе напряжений на 120 ° в любой момент равна нулю. Если сумма равна нулю, то обе конечные точки имеют одинаковый потенциал и могут быть соединены вместе.

Соединение обычно выполняется, как показано на рисунке 7, и известно как соединение треугольником по форме греческой буквы дельта, Δ.

Рисунок 7. Соединение треугольником — трехфазное, трехпроводное

Сравнение звездой и треугольником

Конфигурация «звезда» используется для распределения питания между однофазными бытовыми приборами в доме и офисе.Однофазные нагрузки подключаются к одной ветви звезды между линией и нейтралью. Общая нагрузка на каждую фазу распределяется в максимально возможной степени, чтобы обеспечить сбалансированную нагрузку на первичное трехфазное питание.

Конфигурация «звезда» также может подавать одно- или трехфазное питание на более мощные нагрузки при более высоком напряжении. Однофазные напряжения — это напряжения между фазой и нейтралью. Также доступно более высокое межфазное напряжение, как показано черным вектором на Рисунке 8.

Рисунок 8. Напряжение (фаза-фаза)

Конфигурация «треугольник» чаще всего используется для питания трехфазных промышленных нагрузок большей мощности.Различные комбинации напряжений могут быть получены от одного трехфазного источника питания по схеме «треугольник», однако путем подключения или «ответвлений» вдоль обмоток питающих трансформаторов.

В США, например, система с треугольником 240 В может иметь обмотку с расщепленной фазой или обмотку с центральным отводом для обеспечения двух источников питания 120 В (рисунок 9).

Рис. 9. Конфигурация треугольником с обмоткой «расщепленная фаза» или «отвод от средней точки»

Из соображений безопасности центральный отвод может быть заземлен на трансформаторе. 208 В также имеется между центральным ответвлением и третьей «верхней ветвью» соединения треугольником.

Измерения мощности

Мощность в системах переменного тока измеряется с помощью ваттметров. Современный цифровой ваттметр с выборкой, такой как любой из анализаторов мощности Tektronix, умножает мгновенные выборки напряжения и тока вместе для вычисления мгновенных ватт, а затем берет среднее значение мгновенных ватт за один цикл для отображения истинной мощности.

Ваттметр обеспечивает точные измерения истинной мощности, полной мощности, реактивной мощности вольт-ампер, коэффициента мощности, гармоник и многих других параметров в широком диапазоне форм волн, частот и коэффициента мощности.

Чтобы анализатор мощности дал хорошие результаты, вы должны уметь правильно определять конфигурацию проводки и правильно подключать ваттметры анализатора.

Подключение однофазного ваттметра

Рисунок 10. Однофазные, двухпроводные измерения и измерения постоянного тока

Требуется только один ваттметр, как показано на рисунке 10. Системное подключение к клеммам напряжения и тока ваттметра несложно. Клеммы напряжения ваттметра подключены параллельно к нагрузке, и ток проходит через клеммы тока, которые включены последовательно с нагрузкой.

Однофазное трехпроводное соединение

В этой системе, показанной на рисунке 11, напряжения вырабатываются одной обмоткой трансформатора с центральным отводом, и все напряжения синфазны. Эта система широко распространена в жилых домах Северной Америки, где доступны один источник питания 240 В и два источника питания 120 В, которые могут иметь разную нагрузку на каждую ногу.

Для измерения общей мощности и других величин подключите два ваттметра, как показано на Рисунке 11 ниже.

Рис. 11. Однофазный трехпроводной метод измерения ваттметра

Трехфазное трехпроводное соединение (метод двух ваттметров)

При наличии трех проводов требуются два ваттметра для измерения общей мощности.Подключите ваттметры, как показано на рисунке 12. Клеммы напряжения ваттметров соединены фаза с фазой.

Рис. 12. Трехфазный, трехпроводной, метод 2 ваттметра

Трехфазное трехпроводное соединение (метод трех ваттметров)

Хотя для измерения общей мощности в трехпроводной системе требуются только два ваттметра, как показано ранее, иногда удобно использовать три ваттметра. В соединении, показанном на Рисунке 13, ложная нейтраль была создана путем соединения клемм низкого напряжения всех трех ваттметров вместе.

Рисунок 13. Трехфазное, трехпроводное (метод трех ваттметров: установите анализатор в трехфазный, четырехпроводной режим).

Трехпроводное трехпроводное соединение имеет преимущества индикации мощности в каждой фазе (не возможно при подключении двух ваттметров) и фазных напряжений.

Теорема Блонделя: необходимое количество ваттметров

В однофазной системе всего два провода. Мощность измеряется одним ваттметром. В трехпроводной системе требуется два ваттметра, как показано на рисунке 14.

Рисунок 14. Доказательство для трехпроводной системы «звезда»

В общем, количество требуемых ваттметров равно количеству проводов минус один.

Проба для трехпроводной системы звездой

Мгновенная мощность, измеренная ваттметром, является произведением мгновенных значений напряжения и тока.

• Показание ваттметра 1 = i1 (v1 — v3)
• Показание ваттметра 2 = i2 (v2 — v3)
• Сумма показаний W1 + W2 = i1v1 — i1v3 + i2v2 — i2v3 = i1v1 + i2v2 — (i1 + i2) v3
• (Из закона Кирхгофа: i1 + i2 + i3 = 0, поэтому i1 + i2 = -i3)
• 2 показания W1 + W2 = i1v1 + i2v2 + i3v3 = общая мгновенная мощность в ваттах.

Трехфазное, четырехпроводное соединение

Три ваттметра необходимы для измерения общей мощности в четырехпроводной системе. Измеренные напряжения представляют собой истинные напряжения между фазой и нейтралью. Междуфазные напряжения могут быть точно рассчитаны по амплитуде и фазе межфазных напряжений с использованием векторной математики.

Современный анализатор мощности также будет использовать закон Кирхгофа для расчета тока, протекающего в нейтральной линии.

Настройка измерительного оборудования

Для заданного количества проводов требуются N, N-1 ваттметров для измерения общих величин, таких как мощность.Вы должны убедиться, что у вас достаточно количества каналов (метод 3 ваттметра), и правильно их подключить.

Современные многоканальные анализаторы мощности вычисляют общие или суммарные величины, такие как ватты, вольты, амперы, вольт-амперы и коэффициент мощности, напрямую с использованием соответствующих встроенных формул. Формулы выбираются в зависимости от конфигурации проводки, поэтому настройка проводки имеет решающее значение для получения точных измерений общей мощности. Анализатор мощности с функцией векторной математики также преобразует величины между фазой и нейтралью (или звездой) в величины фаза-фаза (или дельта).

Коэффициент √3 может использоваться только для преобразования между системами или масштабирования измерений только одного ваттметра в сбалансированных линейных системах.

Понимание конфигурации проводки и выполнение правильных соединений имеет решающее значение для выполнения измерений мощности. Знакомство с обычными системами электропроводки и запоминание теоремы Блонделя поможет вам установить правильные соединения и получить результаты, на которые вы можете положиться.

Список литературы

Основы измерения трехфазной мощности — инструкция по применению от Tektronix

Ваттметр — это прибор для измерения электрической мощности (или скорости подачи электрической энергии) в ваттах любой данной цепи.Электромагнитные ваттметры используются для измерения полезной частоты и мощности звуковой частоты; другие типы требуются для радиочастотных измерений. Источник: Википедия

Источник: Портал электротехники

Трехфазная система

— обзор

2 Многоуровневые модели: Общая разработка

Рассмотрим трехфазную систему, схематически показанную на рисунке 1, в которой межфазные поверхности между фазами сложны и могут изменяться во времени. Пусть характерные масштабы длины фаз, называемых α- β- и γ-фазами соответственно, существенно отличаются друг от друга.Тогда в отношении фаз α и β -фаза γ -фаза считается непрерывной, а β-фаза называется дисперсной, но, в свою очередь, по отношению к β- и γ-фазам, β-фаза является непрерывной, а γ-фаза считается дисперсной. Пусть ψ будет скалярной величиной, которая в фазах обозначается ψ _α , ψ _β и ψ _γ . Изменение ψ внутри фаз описывается уравнениями баланса

Рисунок 1.Трехфазная система с трехуровневой пространственной иерархией

(1) ρi∂ψi∂t + ∇∘ (ji) = πi, i = α, β, γ

, где j _i — плотность потока и π _i — объемная плотность источника ψ . Транспорт через интерфейсы αβ, — и βγ — описывается граничными условиями

(2) nij∘ (ji − ρiψiwij) + nij∘ (ji − ρjψjwij) = σij, i, j = α, βandi , j = β, γ

, где W _ij — скорость ij -интерфейса, σ _ij обозначает поверхностную плотность источника в количестве ψ на 147 ij 147 ij -интерфейс, а n _nJ — нормальный единичный вектор к интерфейсу ij .

Предположим, что можно определить такие объемы пространственного усреднения

(3) Vα = constantLα3 и Vβ = constantLβ3.

для фаз α, — и β , связанных с координатами x _α и x _β , что условия

(4) λα≪Lα≪∧αиλβ≪ Lβ≪∧β

(5) β∞λαи∧λ∞λβ

удовлетворены. Затем, следуя процедуре, представленной Lakatos (2001) для двухуровневой модели, молекулярная (одноуровневая) математическая модель системы может быть преобразована в трехуровневую с помощью модифицированной техники объемного усреднения.В этом случае среднее фазовое 〈..〉 _α интенсивного количества ψ в α -фазе определяется обычным образом (Whitaker, 1967, Slattery, 1967, Gray, 1975)

( 6) 〈ψα〉 α (xα, t) = 1Vα∫VααψαdV

, где V _α = V _αα + V _βα , V _αα и Vp _βα — частичные объемы α- и β -фаз в V _α , соответственно.Среднее по фазе 〈..〉 _α количества ψ в фазе β принимает вид

(7) 〈ψβ〉 α (xα, t) = ∫0vβmax 〈ψβ〉 pnβ (Vβ, xα , t) VβdVβ

, где 〈.〉 _P обозначает среднее значение ψ A по β-фазовому элементу (частице):

(8) 〈ψβ〉 p = 1Vβ∫VβψβdV⋅

В уравнении (7 ) функция nβ: R0 + × R3 × R0 + → R0 + называется функцией плотности заселенности β-частиц, которая в данном случае определяется следующим образом: nβ — такая функция, что равенство

(9 ) ∫0Vβmaxg (Vβ) nβ (Vβ, t, xα) dVβ = 1K∑k = 1Kg (Vβk)

выполняется для каждой непрерывной и ограниченной функции g (.), где K — количество β-частиц. С помощью этой функции V _α n _β (V _β , t, x _α ) dV _β выражает количество частиц, имеющих объем ( V _β , V _β + dV _β ) в момент времени t в объеме усреднения V _α связанный с координатой x _α . Пространственное усреднение 〈..〉 _β p относительно β- и γ- фаз выводится аналогично.

Применяя теперь по очереди операторы усреднения 〈..〉 _α и 〈..〉 _β к уравнениям (1) — (2), и учитывая, что в силу соотношений (3) — (5),

(10) 〈〈 ..〉 α〉 β = 〈..〉 α

, а также соответствующие теоремы об усреднении объема и общего переноса, мы получаем следующую иерархию уравнений модели. Движение ψ в фазе α , т.е.е. на a-уровне описывается уравнением

(11) 〈ρα〉 α∂ 〈ψα〉 α∂t + 〈ρα〉 α∇∘ 〈jα〉 α− 〈πα〉 α = −∫0vβmax 〈ψβ〉 pdVβdtnβdVβ + + ∫0Vβmaxnβ∫Aβ (Vβ) 〈jβ〉 β∘nβdAdVβ − ∫0Vβmaxnβ∫Aβ (Vβ) 〈σαβ〉 βnβ∘dAdVβ

, где члены в левой части уравнения (11) описывают изменение величины ψ в фазе α- , а члены в правой части описывают изменения I ψ из-за изменения объема β-частиц, перенос ψ через αβ -интерфейс и образование ψ плотностью поверхностного источника σ _αβ соответственно.Здесь функция плотности населения определяется уравнением баланса населения

(12) ∂nβ∂t + ∇∘ (〈vβ〉 pnβ) + ∂∂Vβ (dVβdtnβ) = 〈πβ〉 pnβ

, описывающим поведение β -частицы, представленные на уровне α в виде точечных стоков, погруженных в воду и движущихся в α-фазе. Аналогично, уравнения на β-уровне:

(13) 〈ρβ〉 β∂ 〈ψβ〉 ∂t + 〈ρβ〉 β∇∘ 〈jβ〉 β− 〈πβ〉 β = −∫0Vγmax 〈ψγ〉 PdVγdtnγdVγ ++ ∫ 0Vγmaxnγ∫Aγ (Vγ) jγ∘nγdAdVγ − ∫0Vγmaxnγ∫Aγ (Vγ) σβγnγ∘dAdVγ

и

(14) ∂nγ∂t + ∇∘ (〈vγ〉 Pnγ) + ∂∂Vγ (dV) 〉 Pnγ.

Наконец, уравнение на уровне γ

(15) ργ∂ψγ∂t + ∇∘ (vγργψγ + qγ) = πγ

описывает изменение количества ψ внутри γ -частиц. Здесь q _γ обозначает неконвективную составляющую плотности потока, которая может иметь сложную природу в зависимости от структуры частиц. Уравнения (11) — (15) дополняются соответствующими граничными и начальными условиями. Граничные условия для уравнений (13) — (14) описывают связь системы с окружающей средой, в то время как граничные условия для уравнения.(15) описывают связь между внутренним миром γ -частицы и ее непрерывным фазовым окружением.

Трехфазный источник — обзор

7.2.3 Метод модуляции прямого матричного преобразователя

В этом разделе представлена ​​матрица рабочего цикла для управления каждым переключателем трехфазного прямого матричного преобразователя и метод модуляции трехфазного преобразователя. Будет описан фазовый преобразователь с прямой матрицей, использующий матрицу рабочего цикла. Напряжение на входе и ток на выходе прямого матричного преобразователя даны как независимые переменные в формуле.(7.12).

(7.12) vi = vsavsbvsc = Vimcosωitcosωit − 2π / 3cosωit + 2π / 3, io = ioAioBioC = Iomcosωot − ϕocosωot − ϕo − 2π / 3cosωot − ϕo + 2π / 3.

В этом случае предположим, что операция генерирует выходное фазное напряжение и входной фазный ток в формуле. (7.13) контролем.

(7,13) vo = voAvoBvoC = Vomcosωotcosωot − 2π / 3cosωot + 2π / 3, ii = isaisbisc = Iimcosωit − ϕicosωit − ϕi − 2π / 3cosωit − ϕi + 2π / 3,

где cos ( oϕ ) и cos ( ϕ _i ) — коэффициенты мощности нагрузки и входного каскада, соответственно, а ω _i и ω _o — входная и выходная угловые частоты, соответственно.Опорный потенциал выходного фазного напряжения v _oA , v _oB и v _oC является нейтральной точкой трехфазного источника напряжения входного каскада, как показано на рис. 7.3 .

Входная мощность прямого матричного преобразователя должна быть равна выходной мощности. Следовательно, уравнение. (7.14) определяется из v _i ^T i _i = v _o ^T i _o .

(7.14) VimIimcosϕi = VomIomcosϕo.

Когда коэффициент усиления по напряжению прямого матричного преобразователя определяется как q = V _om / V _im , Eq. (7.15) определяется как

(7.15) Vom = qVim, Iim = qIomcosϕocosϕi.

Когда уравнения. (7.12), (7.13) подставляются в уравнение. (7.10) матрица заполнения T , которая удовлетворяет ограниченному условию продолжительности включения, как в уравнении. (7.11) рассчитывается по формуле. (7.16).

(7.16) T = dAadAbdAcdBadBbdBcdCadCbdCc = p13d1d2d3d3d1d2d2d3d1 + p23d1’d2’d3’d2’d3’d1’d3’d1’d2 ‘,

, где 9014 901 901 901 901 901 9014 901 9014 901 901 , d ₁ ′, d ₂ ′ и d ₃ ′ выражены в уравнении. (7.17).

(7.17) d1 = 1 + 2qcosω1t, d2 = 1 + 2qcosω1t + 2π3, d3 = 1 + 2qcosω1t − 2π3, d1 ′ = 1 + 2qcosω2t, d2 ′ = 1 + 2qcosω2t − 2π3, d3 ′ = 1 + 2qcosω2t + 2π3,

, где ω ₁ и ω ₂ ω _o — ω _i и ω _o + ω i, соответственно p ₁ и p ₂ — это переменные управления коэффициентом мощности в положительном и отрицательном направлении, соответственно, которые выражены в формуле.(7.18).

(7.18) p1 = 121 + p, p2 = 121 − p, p = tanϕitanϕo.

Из уравнения. (7.18), p ₁ + p ₂ = 1 и p ₁ — p ₂ = p . Кроме того, p — это коэффициент передачи фазы между входом и выходом прямого матричного преобразователя. Среди переменных, которые определяют p , ϕ _o определяется характеристиками нагрузки, а ϕ _i определяется желаемым значением команды.

Если входной каскад матричного преобразователя работает с единичным коэффициентом мощности ( ϕ _i = 0), уравнение. (7.16) можно просто переписать, как это дает Ур. (7.19).

(7,19) djk = 131 + 2vojvskVim2j = ABCk = abc.

На рис. 7.10 показан диапазон значений трехфазного входного напряжения источника и выходного фазного напряжения прямого матричного преобразователя. Трехфазное выходное фазное напряжение не может выходить за пределы диапазона входного фазного напряжения, поскольку выходное фазное напряжение прямого матричного преобразователя синтезируется из входного напряжения.Следовательно, максимальная величина выходного фазного напряжения ограничена 50% от входного фазного напряжения. Другими словами, максимальное значение управляющего параметра q составляет 0,5 в матрице заполнения уравнения. (7.16).

Рис. 7.10. Входное напряжение и выходное фазное напряжение ( q _макс. = 0,5).

На рис. 7.11 показан способ получения большего выходного фазного напряжения, чем выходное фазное напряжение на рис. 7.10, путем добавления синфазного напряжения к выходному фазному напряжению по формуле.(7.13). Как упоминалось ранее, синфазное напряжение, приложенное к выходному фазному напряжению, не влияет на линейное напряжение выходного каскада прямого матричного преобразователя, поскольку опорные потенциалы выходного фазного напряжения v _oA , v _oB и v _oC являются нейтральными точками трехфазного источника напряжения входного каскада.

Рис. 7.11. Входное напряжение и выходное фазное напряжение ( q _max = 0.866) с использованием синфазного напряжения в модуляции.

Следовательно, фазные напряжения на выходе выражаются в формуле. (7.20) как

(7.20) vo = voAvoBvoC = Vomcosωot + vcmtcosωot − 2π / 3 + vcmtcosωot + 2π / 3 + vcmt,

, где v _cm — синфазное напряжение и выражается в уравнении . (7.21) как

(7.21) vcmt = −16cos3ωot + 36cos3ωit.

В результате максимальное значение q увеличивается до √ 3/2 (= 0,866). Дополнительно q _max = 0.866 — это уникальная характеристика прямого матричного преобразователя, которая определяется независимо от метода модуляции управления прямого матричного преобразователя.

Если выходное фазное напряжение уравнения. (7.20) вместо уравнения. (7.13) окончательное решение обычно выражается комплексным уравнением, полученным с помощью оптимального метода Вентурини. Кроме того, этот метод необходим для многих расчетов в реальном приложении. Однако, если входной каскад прямого матричного преобразователя работает с единичным коэффициентом мощности ( ϕ _i = 0), окончательное решение может быть легко реализовано, как показано в уравнении.(7.22).

(7.22) djk = 131 + 2vojvskVim2 + 4q33sinωit + βksin3ωit, j = A, B, C, k = a, b, c, βa = 0, βb = −2π / 3, βc = 2π / 3.

В зависимости от оптимального анализа метода Вентурини, соотношение между передаточным отношением фазы на входе и выходе p прямого матричного преобразователя и коэффициентом усиления по напряжению q выбирается из уравнения. (7.23).

(7,23) 2qp⋅1 − signλ3 + sgnλ3≤1,

, где λ и sgn ( λ ) выражаются следующим образом в уравнении. (7.24).

(7.24) λ = 2q31 − p, signλ = 1, λ≥0−1, λ <0.

На рис. 7.12 показано изменение максимального усиления по напряжению q _max в зависимости от значения p . Если p управляется для управления коэффициентом мощности входного каскада прямого матричного преобразователя, необходимо соблюдать осторожность, поскольку максимальное усиление напряжения q _max изменяется, как показано на рис. 7.12.

Рис. 7.12. Максимальное усиление напряжения q _max в зависимости от значения p .

Если требуется, чтобы q _max было> 0,5, диапазон p должен быть ограничен в диапазоне — 1 < p <1. Кроме того, в диапазоне - 1 < p <1, диапазон регулировки угла коэффициента мощности входного каскада ограничен как - | ϕ _o | < ϕ _i <| ϕ _o | из уравнения. (7.18).

На рис. 7.13 показан пример метода, который генерирует стробирующие сигналы, которые являются функцией присутствия переключателя ( S _jk ), с использованием каждого матричного элемента ( d _jk ) матрицы заполнения . Т преобразователя матриц.Стробирующие сигналы переключателей S _Aa , S _Ab и S _Ac , подключенных к выходному каскаду фазы A, определяются путем сравнения несущего сигнала v _tri треугольного форма с d _Aa и ( d _Aa + d _Ab ) мгновенно. Кроме того, они выражаются следующим образом в формуле. (7.25):

Рис. 7.13. Формирование стробирующих сигналов из дежурного сигнала (переключение фазы А).

(7.25) sAasAbsAc = 100,0≤vtri

, где s _ij = 0 представляет состояние выключения переключателя и s _ij = 1 представляет состояние включения. Методы, которые генерируют стробирующие сигналы переключателей ( S _Ba , S _Bb и S _Bc ), подключенных к выходному каскаду фазы B и переключателям ( S _Ca , S _Cb и S _Cc ), подключенные к выходному каскаду C-фазы, аналогичны методу для переключателей, подключенных к выходному каскаду A-фазы.

Анализ цепей трехфазной системы — сбалансированное состояние

Электрическая система бывает двух типов: однофазная система и трехфазная система. Однофазная система имеет только один фазный провод и один обратный провод, поэтому она используется для передачи малой мощности.

Трехфазная система имеет три провода под напряжением и один обратный путь. Трехфазная система используется для передачи большого количества энергии. Трехфазная система делится в основном на два типа.Одна представляет собой сбалансированную трехфазную систему, а другая — несбалансированную трехфазную систему.

Состав:

Система балансировки — это система, в которой нагрузка равномерно распределяется по всем трем фазам системы. Величина напряжения остается одинаковой во всех трех фазах и разделена углом 120º.

В системе дисбаланса величина напряжения во всех трех фазах становится разной.

Анализ сбалансированной трехфазной цепи

Сбалансированные трехфазные цепи всегда лучше решать на основе каждой фазы.Когда трехфазное напряжение питания дается без привязки к линейному или фазному значению, тогда во внимание принимается линейное напряжение.

Следующие шаги приведены ниже для решения симметричных трехфазных цепей.

Шаг 1 — Прежде всего нарисуйте принципиальную схему.

Шаг 2 — Определите X _LP = X _L / фаза = 2πf _L .

Шаг 3 — Определите X _CP = X _C / фаза = 1 / 2πf _C .

Шаг 4 — Определить X _P = X / фаза = X _L — X _C

Шаг 5 — Определить Z _P = Z / фаза = √R ² _P + X ² _P

Шаг 6 — Определите cosϕ = R _P / Z _P ; коэффициент мощности отстает, когда X _LP > X _CP , и опережает, когда X _CP > X _LP .

Шаг 7 — Определите фазу V.

Для соединения звездой V _P = V _L / √3 и для соединения треугольником V _P = V _L

Шаг 8 — Определите I _P = V _P / Z _P .

Шаг 9 — Теперь определите линейный ток I _L .

Для соединения звездой I _L = I _P и для соединения треугольником I _L = √3 I _P

Шаг 10 — Определите активную, реактивную и полную мощность.

Анализ несимметричной трехфазной цепи

Анализ трехфазной несимметричной системы немного затруднен, и нагрузка подключается по схеме звезды или треугольника. Эта тема подробно обсуждается в статье «Преобразование звезды в треугольник и преобразование из дельты в звезду».

Подключение трехфазной системы

В трехфазном генераторе переменного тока три обмотки. Каждая обмотка имеет два вывода (начало и конец). Если к каждой фазной обмотке подключена отдельная нагрузка, как показано на рисунке ниже, то каждая фаза питается как независимая нагрузка через пару проводов.Таким образом, для подключения нагрузки к генератору потребуется шесть проводов. Это сделает всю систему сложной и дорогостоящей.

Следовательно, для уменьшения количества линейных проводов трехфазные обмотки генератора переменного тока соединяются между собой. Соединение обмоток трехфазной системы может быть выполнено двумя способами:

Соединение звездой или звездой (Y) См. Также: Соединение звездой в трехфазной системе

Соединение по сетке или треугольнику (Δ). См. Также : Соединение треугольником в трехфазной системе

Подключение трехфазных нагрузок в трехфазной системе

Поскольку трехфазное питание подключается по схеме звезды и треугольника. Точно так же трехфазные нагрузки также подключаются либо по схеме звезды, либо по схеме треугольника. Трехфазная нагрузка, подключенная в звезду, показана на рисунке ниже:

Подключение трехфазных нагрузок в треугольник показано на рисунке ниже:

Трехфазные нагрузки могут быть сбалансированными или несбалансированными, как описано выше.Если три нагрузки Z ₁ , Z ₂ и Z ₃ имеют одинаковую величину и фазовый угол, тогда трехфазная нагрузка называется сбалансированной. При таких подключениях все фазные или линейные токи и все фазные или линейные напряжения равны по величине.

Мониторинг только одной или двух из трех фаз

Вопросы

«Из-за нехватки места мы можем установить только два трансформатора тока (ТТ) для контроля трехфазной цепи.Есть ли поправочный коэффициент, который мы можем использовать для компенсации мониторинга только двух из трех фаз? »

«Что, если мы будем отслеживать только одну из трех фаз?»

Ответ

Для симметричных трехфазных четырехпроводных (звездообразных) цепей каждый трансформатор тока измеряет ровно одну треть общего тока. Поэтому, если вы измеряете две из трех фаз, вы должны умножить свои результаты на 1,5, чтобы масштабировать показания до правильного значения. Если вы измеряете только одну фазу, вам нужно умножить на 3, чтобы получить правильное значение.

Ограничения

Существует несколько различных способов разбалансировки трехфазной цепи, которые могут снизить точность при таком подходе:

• Возможно, нагрузка не сбалансирована. Трехфазные двигатели, как правило, хорошо сбалансированы, но другие нагрузки могут отсутствовать. Если ваша нагрузка на самом деле состоит из нескольких нагрузок (например, мониторинг трехфазного подключения к полу здания), тогда существует высокая вероятность дисбаланса.
• Напряжение от нейтрали (или земли) к каждой фазе может быть несимметричным.Всегда есть небольшой дисбаланс, но он может быть больше в зависимости от сервиса и других нагрузок. Например, если напряжение одной фазы на 1,0% выше, чем напряжение других фаз, и вы не контролируете одну фазу с высоким уровнем напряжения, ваши показания мощности будут низкими на 0,5%.
• В редких случаях однофазное напряжение может быть заземлено (это называется «заземленный треугольник» или «заземленная ветвь»). В этом случае измеритель WattNode будет измерять нулевую мощность на заземленной фазе, поэтому простое решение — контролировать две другие фазы и исключить поправочный коэффициент, равный 1.5. В этом случае для получения точных результатов необходимо контролировать обе фазы , активные, (незаземленные).

Рекомендации

Если возможно, вам следует использовать портативный анализатор мощности или мультиметр (DMM), чтобы убедиться, что нагрузка достаточно хорошо сбалансирована. С помощью анализатора мощности вы можете измерить мощность на каждой фазе и сравнить. С помощью цифрового мультиметра вы можете проверить напряжения фаза-нейтраль или фаза-земля, чтобы убедиться, что они очень похожи. Если у вас есть измеритель с токовыми клещами, вы также можете проверить ток в каждой фазе, чтобы убедиться, что они хорошо сбалансированы.

Разве теорема Блонделя не позволяет использовать два трансформатора тока для контроля трехфазной трехпроводной (треугольник) цепи?

Да, это означает, что можно спроектировать счетчик только с двумя элементами (и только с двумя трансформаторами тока) для контроля трехпроводной схемы треугольника. Но это не значит, что все счетчики могут этим воспользоваться. Чтобы использовать теорему Блонделя, одну из трех фаз необходимо использовать в качестве контрольной точки, так что две другие фазы измеряются относительно этой контрольной точки.

Архитектура счетчиков WattNode серий WNB и WNC позволяет использовать только землю или нейтраль в качестве опорных точек, но не одну из фаз напряжения. Следовательно, теорема Блонделя не может быть применена к этой серии измерителей WattNode, позволяющих использовать два трансформатора тока для трехпроводных незаземленных схем треугольника. Как отмечалось выше, если ваша нагрузка сбалансирована, вы можете использовать только один ТТ и умножить показания на 3. Или использовать два ТТ и умножить показания на 1,5.

Однако в приложениях, использующих трансформаторы напряжения (ТП), вторичная обмотка ТП может быть подключена к проводам для обеспечения контрольной точки.Следовательно, в этом приложении измерители серий WNB и WNC могут использоваться только с двумя трансформаторами тока. См. Рисунок 3: Мониторинг схемы треугольника на странице «Использование трансформаторов напряжения».

Измерители серии WND могут измерять 3-фазное, 3-проводное, треугольное, 4-проводное, дельта-соединение и треугольник с заземленным углом, используя только два трансформатора тока.

См. Также

Объяснение трехфазного питания

| Объяснение трехфазного питания

В этом видео подробно рассматривается трехфазное питание и объясняется, как оно работает. Трехфазную мощность можно определить как общий метод производства, передачи и распределения электроэнергии переменного тока.Это разновидность многофазной системы, которая является наиболее распространенным методом передачи электроэнергии в электрических сетях по всему миру.

Дополнительные ресурсы Raritan

---

Расшифровка:
Добро пожаловать в это анимированное видео, в котором быстро объясняется трехфазное питание. Я также объясню загадку того, почему 3 линии электропередачи разнесены на 120 градусов, потому что это очень важный момент для понимания трехфазного питания.

Питание, которое поступает в центр обработки данных, обычно представляет собой трехфазное питание переменного тока, что означает трехфазное питание переменного тока.

Давайте посмотрим на упрощенный пример того, как генерируется трехфазная мощность.

Этот пример отличается от того, что я использовал бы для описания того, как трехфазный двигатель использует мощность. В видео с переменным током мы показали, как вращение магнита мимо одного провода заставляет ток течь вперед и назад. Теперь мы собираемся повернуть магнит мимо трех проводов и посмотреть, как он влияет на ток в каждом проводе.

В этом примере с тремя фазами северный положительный конец магнита направлен прямо вверх по линии один.

Чтобы облегчить объяснение концепции, давайте воспользуемся циферблатом и скажем, что первая линия находится в позиции двенадцати часов. Электроны в строке 1 будут течь к северному полюсу магнита. Что происходит, когда магнит теперь поворачивается на 90 градусов?

Как мы видели на видео с переменным током, поскольку магнит перпендикулярен линии 1, электроны в линии 1 перестанут двигаться. Затем, когда магнит поворачивается более чем на 90 градусов, южный полюс магнита приближается к линии один, и электроны меняют направление, что означает, что направление тока изменится на противоположное.Это было подробно описано в видео по переменному току. Если вы нажали на это видео, не понимая, что такое переменный ток, сначала просмотрите это видео.

Глядя на диаграмму, вы можете понять, почему я выбрал аналоговый циферблат. Круг составляет 360 градусов, и часы делят круг на 12 частей, так что каждый час покрывает 30 градусов круга. Переход от 12 к 3 составляет 90 градусов, а переход от 12 к 4 — 120 градусов.

При генерации трехфазного питания медные провода расположены на расстоянии 120 градусов друг от друга.Итак, когда вы находитесь в позиции «четыре часа» в нашем примере, это 120 градусов от первой линии. А в положении «восемь часов» он находится на 120 градусах от обоих положений: «4 часа» и «12 часов». Три линии равномерно расположены по кругу.

Если северный полюс находится ближе к одному из трех проводов, электроны движутся в этом направлении. Чем ближе южный полюс подходит к каждому проводу, тем больше электроны удаляются от южного полюса. В каждой из трех линий электроны движутся вперед и назад, и они не всегда движутся в том же направлении или с той же скоростью, что и две другие линии.

Давайте еще раз посмотрим на пример. Когда магнит вращается, когда северный полюс находится в положении 1 часа, он становится перпендикулярным линии 2, поэтому, конечно, электроны перестают двигаться по линии 2. Но они все еще движутся по линии 1, привлеченные более близким северным полюсом, и они движутся по линии 3, которую отталкивает южный полюс. Когда северный полюс магнита смотрит на 2 часа, тогда на линии 1 и [линию] 2 воздействует северный полюс, но южный полюс находится прямо напротив линии 3, так что теперь у него пиковый ток.В 3 часа магнит перпендикулярен линии 1, поэтому электроны перестают двигаться, но на линию 2 влияет северный полюс, а на линию 3 — южный полюс, поэтому ток течет по линиям 2 и 3.

Надеюсь , этот пример показывает вам, как в любое время ток всегда течет как минимум по 2 линиям. Он также показывает взаимосвязь между 3 линиями при вращении магнита по кругу. Когда магнит вращается вокруг циферблата, на каждую из 3 линий будет воздействовать либо северный, либо южный полюс, за исключением случаев, когда магнит перпендикулярен линии.

Давайте сосредоточимся на линии 1. Она находится на пике тока, когда северный полюс указывает на 12 и 6 часов. Это при нулевом токе, когда северный полюс указывает на 3 и 9 часов. Только 1 из 3 линий всегда находится на пике, но поскольку есть 3 линии, есть 3 положительных пика и 3 отрицательных пика для каждого цикла. В 6 различных положениях на циферблате одна из линий находится на пике. Позиции 12 и 6 — это чередующиеся пики линии 1, позиции 2 и 8 — чередующиеся пики линии 3, а 4 и 10 — чередующиеся пики линии 2.

Теперь давайте объясним те запутанные формы сигналов, которые часто используются для изображения трех фаз. Если вы посмотрите на пример формы сигнала, вы увидите первую строку синего цвета, которая начинается с нуля. Это означает, что магнит перпендикулярен этой линии. По мере движения магнита вы можете видеть, как ток достигает своего пика. Затем, когда положительный полюс вращается мимо этого провода, ток начинает ослабевать, пока магнит снова не станет перпендикулярным, что приводит к нулевому току. Когда отрицательный полюс начинает приближаться, ток меняет направление и движется в другом направлении к другому пику, прежде чем вернуться к нулевому току.Это завершает 1 полный цикл для этой линии.

Для того, чтобы двумерная диаграмма показывала взаимосвязь между линиями, теперь на ней отображается зазор, обозначающий время, за которое магнит вращается на 120 градусов. Это когда красная линия имеет нулевой ток. По мере того как магнит продолжает вращаться, красная линия будет двигаться в сторону своего пикового положительного тока, затем вернется к нулю, после чего ток изменит направление. График также показывает, что третья линия начнется при нулевом токе через 120 градусов после второй линии.Итак, если вы посмотрите на эти 3 линии, вы увидите, что когда одна линия находится на пике, другие 2 линии все еще генерируют ток, но они не на полную мощность, то есть они не на пике. Таким образом, когда электроны перетекают от положительного пика к отрицательному, ток отображается как переходящий от положительного значения к отрицательному. Помните, что положительные и отрицательные стороны не отменяют друг друга. Положительный и отрицательный оттенки используются только для описания чередования тока.

В трехфазной цепи вы обычно берете одну из трех токоведущих линий и подключаете ее к другой из трех токоведущих линий.Одно исключение из этого описано в видео «Дельта-звезда».

В качестве примера возьмем трехфазную линию на 208 В. Каждая из 3 линий будет передавать 120 вольт. Если вы посмотрите на диаграмму, вы легко увидите выходную мощность любых двух линий. Если одна линия на пике, другая линия не на пике. Вот почему в трехфазной цепи неправильно умножать 120 вольт на 2, чтобы получить 240 вольт.

Итак, если вам интересно, почему у вас дома есть 110/120 вольт для обычных розеток, но у вас также есть приборы на 220/240 вольт, что дает? Что ж, это не трехфазное питание.Фактически это 2 однофазные линии.

Так как же рассчитать мощность объединения двух линий в трехфазную цепь? Формула рассчитывается как умножение вольт на квадратный корень из 3, который округляется до 1,732. Для 2 линий, каждая по 120 вольт, вычисление для этого составляет 120 вольт, умноженное на 1,732, а результат округляется до 208 вольт.

Вот почему мы называем это трехфазной цепью на 208 вольт или трехфазной линией на 208 вольт. Трехфазная цепь на 400 вольт означает, что на каждую из трех линий подается 230 вольт.

Последняя тема, о которой я расскажу в этом видео: почему компании и центры обработки данных используют 3 фазы?

А сейчас позвольте дать вам простой обзор. Для трехфазного подключения вы подключаете линию 1 к линии 2 и получаете 208 вольт. В то же время вы [можете] подключить линию 2 к линии 3 и получить 208 вольт. И вы [можете] соединить линию 3 с линией 1 и получить 208 вольт. Если провод способен выдавать 30 ампер, то передаваемая мощность составляет 208 вольт, умноженные на 30 ампер, умноженные на 1,732, при общей доступной мощности 10.8 кВА.

Для сравнения, для однофазной 30-амперной цепи с напряжением 208 В вы получите только 6,2 кВА. Обычно 3 фазы обеспечивают большую мощность.

Существуют и другие факторы, по которым гораздо лучше подавать трехфазное питание в стойку центра обработки данных, чем использовать однофазное питание, и эти факторы обсуждаются в видео в зависимости от напряжения и силы тока, а также в видео с напряжением 208 и 400 вольт.

Основы трехфазного тестирования — Снижение гармоник тока

Электрический проводник нагревается при передаче тока.Если нагрев достаточно высок, проводник может быть поврежден, поэтому рекомендуется ограничить ток. Трехфазные системы распределения электроэнергии очень эффективны в ограничении протекания тока без уменьшения мощности, подаваемой на нагрузку. Они делают это, разделяя фазы, а также балансируя нагрузку. Схема, состоящая из горячих ветвей, сдвинутых по фазе на 120 ° друг с другом, может обеспечивать большую мощность через проводники меньшего диаметра.

Галилео Феррарис, Михаил Доливо-Добровольский, Йонас Венстрём и Никола Тесла в 1880-х годах независимо друг от друга изобрели многофазные системы.Тесла задумал и разработал трехфазную систему и трехфазный асинхронный двигатель.

Идеальные формы сигналов трехфазного напряжения — реальные обычно имеют наложенный шум.

Трехфазная мощность обычно вырабатывается в одной из двух конфигураций: Y или треугольник. Генератор электросети имеет три обмотки, расположенные симметрично, так что ток в каждой обмотке отделен от двух других на один и тот же фазовый угол, равный одной трети цикла. Это 120 ° или 2π / 3 радиана. За пределами генератора ток от каждой обмотки может проходить через один или несколько трансформаторов, где ток и напряжение, обратно пропорционально, повышаются или понижаются без изменения межфазного интервала или частоты.На стороне потребителя трансформатор, установленный на опоре или опоре, преобразует мощность до желаемого уровня и подает ее по трем проводам к точке подключения.

Трехфазные конфигурации, Y и треугольник.

Более распространенная Y-образная конфигурация соединяет одну сторону каждой обмотки с одной из трех шин на входной панели, а другую ветвь — с общей, обычно заземленной, нейтралью. На входной панели трехфазные выключатели зажимают три шины для питания трехфазных нагрузок, а однополюсные выключатели зажимают только одну из шин для питания однофазных нагрузок.Таким образом, трехфазное и однофазное питание может быть получено от одной входной панели или центра нагрузки без использования трансформатора или фазового преобразователя, поворотного или электронного. Там, где должны быть запитаны междуфазные нагрузки, используются двухполюсные выключатели.

Обмотка трансформатора, соединенная треугольником (греческая буква «Дельта», Δ), соединена между двумя первичными фазами. В системе с открытым треугольником используются только два трансформатора, в то время как в системе с закрытым треугольником используются три трансформатора, по одному на каждую фазу.Если один из трансформаторов выходит из строя или его необходимо удалить, система продолжит функционировать как система с открытым треугольником при мощности 58%.

С точки зрения электрика, проводящего проводку от трехфазной коробки, двухполюсный выключатель снимает напряжение между двумя фазами. Однополюсный выключатель снимает напряжение в одной фазе вместе с нулевым проводом шины. В любом случае следует проложить заземляющий провод оборудования для облегчения работы от сверхтока.

В некоторых системах с треугольником заземление выполняется посередине между двумя из трех фаз. Они называются трехфазными системами, соединенными треугольником с заземлением от центра. Из-за этого центрального отвода одна из трех фаз будет иметь более высокое напряжение относительно земли, чем две другие. Следует проявлять осторожность в отношении этой высокой ножки. Он имеет оранжевый цвет, чтобы отличить его от двух других ножек.

Трехфазный двигатель меньше, дешевле и служит дольше, чем однофазный двигатель той же мощности, поскольку он не подвержен вибрации и требует меньшего рассеивания тепла.По этой причине большинство асинхронных двигателей мощностью более пяти лошадиных сил являются трехфазными, хотя также доступны трехфазные двигатели с дробной мощностью. Их легко подключить. Просто проложите три питающих провода с защитой от перегрузки по току с правильной амплитудой к двигателю и подключите их к двигателю. При необходимости используйте контроллер мотора.

Чтобы повернуть в обратном направлении, поменяйте местами две из трех линий. Некоторые моторные нагрузки, такие как вентиляторы или насосы, работают более эффективно в одном направлении, чем в другом.Причина в форме лопастей или крыльчатки. Правильное вращение можно определить методом проб и ошибок, измерив выходную мощность. Однако некоторые насосы мгновенно выходят из строя из-за неправильного вращения.

Этот индикатор чередования фаз от Fluke показывает последовательность подключения для вращения по и против часовой стрелки.

В трехфазной системе Y или схеме треугольника без заземленного центрального отвода в одной из обмоток однофазные нагрузки могут подключаться от одной фазы к нейтрали или между любыми двумя фазами. Это делает возможными многочисленные однофазные напряжения, которые можно использовать в различных приложениях.Если эти нагрузки сбалансированы, т.е. имеют равное сопротивление, трансформаторы и проводники используются наиболее экономично.

В сбалансированной системе Y все три фазных провода имеют одинаковый ток и напряжение относительно нейтрали системы. При линейных нагрузках измеренное напряжение между линейным проводом при равных нагрузках представляет собой квадратный корень из трех значений напряжения между фазой и нейтралью.

Проблема сегодня в том, что постоянно увеличивающаяся часть подключенных нагрузок является нелинейной. Люминесцентное освещение с балластом, которое широко распространено в офисных помещениях, а также импульсные источники питания и асинхронные двигатели являются примерами нелинейных нагрузок.Они производят дорогостоящие гармоники третьего порядка, которые синфазны во всех трех ветвях. В результате они складываются в нейтральных проводниках. Эта избыточная нагрузка вызывает нагрев нейтрали в ответвленных цепях и распределительных линиях на всем пути вверх по потоку, в том числе внутри генераторов энергоснабжения.

Однофазные электронные нагрузки генерируют гармоники, кратные основной гармонике. Наиболее вредными из них являются тройные гармоники, поскольку их амплитуда наибольшая. Гармоники более высокого порядка уменьшаются по амплитуде по мере того, как они удаляются от основной гармоники, как показано на оси X в частотной области осциллографа.

Трехфазные нагрузки не генерируют тройные гармоники. Следовательно, на промышленных объектах с большой трехфазной нагрузкой наибольшую проблему представляют нечетные гармоники более высокого уровня — пятая, седьмая, одиннадцатая и так далее.

Активные фильтры могут подавлять гармоники, но они сложны и дороги в реализации. Они синтезируют в цифровом виде реактивную мощность для подавления гармоник. Более экономичным решением является использование фазосдвигающих трансформаторов для ослабления гармоник. Они работают, комбинируя гармоники от разных источников, которые сдвинуты по фазе относительно друг друга, так что гармоники затем компенсируются.Другие методы подавления гармоник включают использование сетевых дросселей, ловушек гармоник, 12- и 18-импульсных выпрямителей и фильтров нижних частот.

Гармоники

также дороги, потому что они приводят к превышению полной мощности в системе и нагрузке на активные и реактивные компоненты. Более того, поскольку они имеют более высокую частоту, чем основная гармоника, они уменьшают емкостное реактивное сопротивление, параллельное явление, до определенной степени шунтируя намеченную нагрузку и нагревая проводку питания. При наличии гармоник конденсаторы испытывают более высокое приложенное напряжение, что может вызвать диэлектрические потери и реальные повреждения.Трехфазные асинхронные двигатели также испытывают потери и нагрев своих обмоток. Гармоники увеличивают ток и перегревают нейтральные проводники, которые обычно не имеют защиты от сверхтоков.

Когда большие двигатели не загружены на полную мощность, совокупный эффект внутри объекта добавляется к наличию гармоник для уменьшения коэффициента мощности. Электроэнергетические компании часто взимают с промышленных потребителей более высокую плату, когда коэффициент мощности падает ниже 90%.

Коэффициент мощности можно улучшить, добавив в электрическую систему конденсаторы для коррекции коэффициента мощности.Обычная реализация включает автоматический переключатель, который подключает конденсаторы только по мере необходимости.

Конденсаторы коррекции коэффициента мощности

требуют периодического осмотра и обслуживания. Тепловидение — хороший способ начать. Рабочие должны опасаться, что эти устройства способны сохранять смертельное напряжение еще долгое время после отключения питания. Вспышка дуги также представляет собой потенциальную опасность. В связи с этим любой, кто работает с испытательными приборами в непосредственной близости от трехфазных цепей питания, должен носить средства индивидуальной защиты (СИЗ) в соответствии со стандартами безопасности.

При измерении трехфазных электрических параметров необходимо учитывать несколько тонкостей. Один касается трехфазного режима 480Y. В этой конфигурации используются четыре провода, три контакта, нейтраль и заземляющий провод. Напряжение между любой одной ногой и землей будет 277 В, а между любыми двумя горячими проводами вы получите 480 В. Для работы с однофазными и трехфазными нагрузками 120/208 должен использоваться трансформатор. Трансформатор должен иметь первичную обмотку 480 Ом и вторичную обмотку 208 Ом.

Трехфазное оборудование обычно работает от напряжения Delta, в конфигурации с тремя горячими проводами и без нейтрального провода.Если автомат на 230 В по ошибке подключить к 480 В, его двигатель, скорее всего, сгорит. Напряжение не влияет на частоту вращения двигателя, но частота напряжения влияет.

Наконец, существуют разные способы измерения трехфазной мощности. Возможно, самым простым является использование одного измерителя мощности для измерения мощности в одной фазе за раз. Потенциальная проблема этого метода заключается в том, что он предполагает, что мощность в неизмеряемых фазах такая же, как и измеренная после того, как измеритель мощности введен в эту фазу.

Самый простой метод — использовать измеритель мощности одновременно в каждой фазе. Здесь фазное напряжение для измерения мощности измеряется относительно нейтрального провода. Очевидно, общая мощность — это сумма их показаний.

Интересно, что есть способ точно измерить трехфазную мощность с помощью всего двух измерителей мощности. Одна из фаз служит нулевым эталоном, и мощность необходимо измерять только для оставшихся двух фаз.

Но есть сравнительный расчет, связанный с этим методом, который используется для проверки его точности.Легко понять, когда источник напряжения и нагрузка имеют Y-образную конфигурацию. Поскольку нейтраль не подключена, сумма мгновенных токов в трех фазах должна быть равна нулю по закону Кирхгофа: I ₁ + I ₂ + I ₃ = 0.