Три фазы из одной схема. Как преобразовать трехфазную электрическую сеть в однофазную: эффективные методы и решения

Как эффективно преобразовать трехфазную сеть в однофазную. Какие существуют способы и устройства для такого преобразования. Какие преимущества и недостатки у разных методов преобразования трехфазной сети в однофазную. Как выбрать оптимальный способ в зависимости от мощности и других параметров.

Особенности трехфазных и однофазных электрических сетей

Прежде чем рассматривать способы преобразования, важно понимать ключевые отличия трехфазных и однофазных сетей:

• Трехфазная сеть использует 3 провода под напряжением и нейтраль, однофазная — 1 провод под напряжением и нейтраль
• В трехфазной сети фазы сдвинуты на 120°, в однофазной есть только одна фаза
• Трехфазная сеть способна передавать большую мощность
• Однофазная сеть проще в использовании для бытовых нужд

Эти различия обуславливают необходимость преобразования в некоторых случаях. Например, когда нужно запитать бытовые приборы от промышленной трехфазной сети.

Основные методы преобразования трехфазной сети в однофазную

Существует несколько основных способов получить однофазное напряжение из трехфазной сети:

1. Использование нейтрального провода

Самый простой способ — использовать напряжение между одной из фаз и нейтралью трехфазной сети. Однако у этого метода есть существенные недостатки:

• Неравномерная нагрузка на фазы трехфазной сети
• Ограниченная мощность
• Возможны перекосы напряжения

Поэтому данный метод подходит только для маломощных нагрузок.

2. Применение преобразователя фазы

Более совершенный способ — использование электронного преобразователя, который сначала выпрямляет трехфазный ток, а затем инвертирует его в однофазный.

Преимущества данного метода:

• Возможность получить стабильное однофазное напряжение
• Равномерная нагрузка на фазы
• Регулируемая выходная мощность

Недостатки — необходимость использования специального оборудования и потери энергии при двойном преобразовании.

3. Однофазный трансформатор

Для небольших мощностей (до 5 кВА) можно использовать однофазный понижающий трансформатор, подключенный к двум фазам трехфазной сети.

Плюсы такого решения:

• Простота конструкции
• Надежность
• Гальваническая развязка

Минусы — ограниченная мощность и неравномерная нагрузка на фазы.

Специализированные трансформаторные схемы для преобразования трехфазной сети в однофазную

Для более мощных нагрузок применяются специальные трансформаторные схемы:

1. Трансформатор с открытым треугольником

Эта схема позволяет получить однофазное напряжение при мощности более 5 кВА. Ее особенности:

• Использование двух однофазных трансформаторов
• Возможность регулировки выходного напряжения
• Равномерная нагрузка на фазы

2. Трансформатор Ле-Блана

Трансформатор Ле-Блана специально разработан для преобразования трехфазного тока в однофазный при высоких мощностях. Его преимущества:

• Высокая точность преобразования
• Возможность работы с напряжениями свыше 400 В
• Подходит для питания чувствительного оборудования

3. Трансформатор Скотта

Трансформатор Скотта состоит из двух связанных трансформаторов и обеспечивает симметричное преобразование трехфазного тока в два однофазных напряжения. Его особенности:

• Возможность получения двух независимых однофазных цепей
• Равномерная нагрузка на фазы
• Высокий КПД преобразования

Как выбрать оптимальный способ преобразования трехфазной сети в однофазную?

При выборе метода преобразования следует учитывать несколько ключевых факторов:

1. Требуемая мощность однофазной нагрузки
2. Стабильность и качество выходного напряжения
3. Равномерность нагрузки на фазы трехфазной сети
4. Стоимость и сложность реализации
5. Необходимость гальванической развязки

Для небольших мощностей (до 3-5 кВт) можно использовать простые решения вроде подключения к одной фазе или однофазного трансформатора. Для более мощных нагрузок потребуются специализированные устройства — преобразователи фазы или трансформаторные схемы.

Преимущества и недостатки различных методов преобразования трехфазной сети в однофазную

Рассмотрим основные плюсы и минусы описанных выше способов:

Использование нейтрального провода

Преимущества:

• Простота реализации
• Отсутствие дополнительного оборудования
• Низкая стоимость

Недостатки:

• Неравномерная нагрузка на фазы
• Ограниченная мощность
• Возможны перекосы напряжения

Преобразователь фазы

Преимущества:

• Стабильное выходное напряжение
• Возможность регулировки параметров
• Равномерная нагрузка на фазы

Недостатки:

• Высокая стоимость оборудования
• Потери при двойном преобразовании
• Сложность конструкции

Специализированные трансформаторные схемы

Преимущества:

• Высокая мощность
• Равномерная нагрузка на фазы
• Гальваническая развязка

Недостатки:

• Большие габариты и вес
• Высокая стоимость
• Сложность монтажа и обслуживания

Практические рекомендации по преобразованию трехфазной сети в однофазную

При необходимости преобразования трехфазной сети в однофазную следуйте этим рекомендациям:

1. Определите требуемую мощность однофазной нагрузки
2. Оцените качество и стабильность необходимого напряжения
3. Выберите подходящий метод преобразования с учетом всех факторов
4. Обратитесь к квалифицированному электрику для реализации выбранного решения
5. Обеспечьте правильную защиту и заземление оборудования
6. Регулярно проверяйте работу системы преобразования

Соблюдение этих рекомендаций поможет обеспечить безопасное и эффективное преобразование трехфазной сети в однофазную для ваших нужд.

Перспективы развития технологий преобразования электрических сетей

Развитие электроники и силовой электротехники открывает новые возможности для преобразования электрических сетей:

• Создание более эффективных и компактных преобразователей фазы
• Разработка «умных» систем управления нагрузкой в сетях
• Интеграция преобразователей с системами накопления энергии
• Применение высокотемпературных сверхпроводников в трансформаторах

Эти технологии могут сделать преобразование трехфазных сетей в однофазные более эффективным и доступным в будущем.

Как получить три фазы из одной

Всем привет! Сегодня я покажу как получить из обычной однофазной сети 220 В — трехфазную, причем без особых затрат. Но сначала расскажу о своей проблеме предшествующей поиску подобного решения.
У меня имелась советская мощная настольная циркулярная пила (2 кВт), которая подключалась к трехфазной сети. Мои попытки запитать ее от однофазной сети, как это обычно принято, не представлялось возможным: была сильная просадка мощности, грелись пусковые конденсаторы, грелся сам двигатель.
Благо в свое время я потратил должное время на поиск решения в интернете. Где я наткнулся на одно видео, где один парень сделал своеобразный расщепитель при помощи мощного электромотора. Далее он пустил по периметру своего гаража эту трехфазную сеть и подключил к ней все остальные приборы требующий трехфазного напряжения. Перед началом работ, приходил в гараж, запускал раздающий двигатель и до ухода он работал. В принципе, решение мне понравилось.
Решил повторить и сделать свой расщепитель. В роли двигателя взял старый советский на 3,5 кВт мощности, с обмотками включенными звездой.

Схема

Вся схема состоит всего из нескольких элементов: общий сетевой выключатель, кнопка для запуска, конденсатор на 100 мкФ и собственно мощного мотора.

Как все работает? Сначала подаем однофазное питание на раздающий мотор, пусковой кнопкой подключаем конденсатор, тем самым запуская его. Как только мотор раскрутился до нужных оборотов, конденсатор можно выключить. Теперь можно подключить к выходу расщепителя фаз нагрузку, в моем случае настольную циркулярку и ещё несколько трехфазных нагрузок.

Корпус устройства — рама выполнен из Г-образных уголков, все оборудование закреплено на кусок листа OSB. Сверху переделаны ручки для переноски всей конструкции, а на выход подключенная трехвыводная розетка.

После подключения пилы через такое устройство получилось существенное улучшение в работе, ничего не греется, мощности вполне хватает и не только на пилу. Ничего не рычит, не гудит, как это было раньше.
Только желательно брать раздающий мотор мощнее потребителей хотя бы на 1 кВт, тогда не будет заметно особой просадки мощности при резкой нагрузке.
Кто бы что не говорил про не чистый синус или это ничего не даст, советую их не слушать. Синус напряжения чистый и разбитый ровно на 120 градусов, в результате подключенная техника получает качественного напряжение, ввиду чего и не греется.
Вторая половина читателей которые будут говорить по 21-век и большое наличие частотных преобразователей трехфазного напряжения могу сказать, что мой выход в разы дешевле, так как старый мотор довольно просто найти. Можно взять даже негодный для нагрузки, со слабыми и почти разбитыми подшипниками.
Мой расщепитель фаз в холостом режиме потребляет не столь много: 200 — 400 Вт где-то, мощность подключенных инструментов вырастает в разы, по сравнению с обычной схемой подключения через пусковые конденсаторы.
В заключении хочу обосновать свой выбор данного решения: надежность, невероятная простота, небольшие затраты, высокая мощность.

Смотрите видео

Три фазы — из одной

Этот преобразователь разработан автором для питания маломощного трёхфазного электродвигателя в приводе диска рекордера механической звукозаписи. Он обеспечивает три фиксированные частоты вращения диска — 33 1/3, 45 и 78 об/мин. С небольшими переделками преобразователь можно использовать для питания трёхфазных и двухфазных асинхронных электродвигателей мощностью до 1000 Вт как с постоянной, так и с регулируемой частотой вращения.

Регулирование частоты вращения асинхронных электродвигателей возможно только изменением частоты питающего напряжения. Но при снижении частоты необходимо пропорционально уменьшать питающее напряжение во избежание перегрева обмоток и, наоборот, с ростом частоты повышать напряжение для поддержания мощности на валу.

В устройстве [1] применён регулируемый автотрансформатор (ЛАТР), с его помощью изменяется напряжение, от которого зависит амплитуда прямоугольных импульсов заданной частоты, подаваемых на обмотки двигателя. В устройстве [2] амплитуда этих импульсов остаётся постоянной, но изменяется их скважность, что тоже приводит к нужному результату. Недостаток первого устройства — громоздкий автотрансформатор, а второго — слишком сложная схема.

В предлагаемом вниманию читателей преобразователе однофазного сетевого напряжения в трёхфазное, подаваемое на двигатель, указанные недостатки устранены. Он содержит регулируемый симистором выпрямитель и простую цифровую часть, вырабатывающую три последовательности симметричных прямоугольных импульсов, взаимно сдвинутых по фазе на 120^о. Схема устройства изображена на рис. 1.

Рис. 1. Схема устройства

 

Регулируемый выпрямитель представляет собой, по существу, обычный симисторный регулятор, работающий на диодный выпрямительный мост со сглаживающим выпрямленное напряжение конденсатором. Он состоит из силового симистора VS2, симметричного динистора VS1 с пороговым напряжением 32 В, конденсаторов C2, C4, C6, C8. Переключателем SA1. 2 выбирают один из трёх резисторов R7-R9, образующих с конденсатором C2 фазосдвигающую цепь, задерживающую момент открывания симистора относительно начала каждого полупериода. Точный расчёт сопротивления этих резисторов затруднён, поэтому они подобраны экспериментально в процессе налаживания преобразователя. От задержки открывания симистора зависит напряжение, до которого заряжаются конденсаторы C4 и C6. Этим напряжением питают мощные ключи на полевых транзисторах VT1-VT6, формирующие выходное трёхфазное напряжение.

Демпфирующая цепь C8R11 снижает коммутационные помехи. А для того чтобы помехи не проникали в питающую сеть, преобразователь подключён к ней через фильтр Z1 DL-6DX1. Он состоит из двухобмоточного дросселя, нескольких конденсаторов и резистора, через который конденсаторы разряжаются после отключения устройства от сети. Для правильной работы фильтра его корпус должен быть заземлён — соединён с третьим контактом сетевой розетки.

Резистор R6 предотвращает повреждение элементов выпрямителя в момент его включения в сеть. Дело в том, что в этот момент конденсаторы C4 и C6 ещё не заряжены. Импульс их зарядного тока, если его амплитуду ничем не ограничить, может вывести из строя либо диоды выпрямительного моста VD1, либо симистор VS2. Резистор R6 ограничивает амплитуду этого импульса приблизительно до 40 А, допустимых для диодного моста и симистора.

Конечно, для ограничения тока можно было применить терморезистор с большим отрицательным ТКС, но подходящих терморезисторов в продаже не нашлось, хотя в каталогах производителей они имеются. Поэтому в качестве R6 применён проволочный резистор С5-35В-7,5 Вт (ПЭВ-7,5). Не стоит заменять его импортным проволочным резистором. Например, резистор фирмы Uni-Ohm сопротивлением 5 Ом и мощностью 5 Вт при включении устройства в сеть мгновенно сгорает.

Разборка этого резистора показала, что в нём на керамический каркас размером с резистор МЛТ-0,5 намотан короткий отрезок чрезвычайно тонкого высокоомного провода, выдерживающего ток не более 2…3 А. Рассеивание постоянной мощности, равной номинальной, обеспечено хорошим отводом выделяемого проводом тепла через внешнюю керамическую оболочку резистора и её заполнитель. Но кратковременную перегрузку во много раз такой резистор выдержать не может.

Резистор R2 нужен для правильной работы симистора VS2. Как известно, чтобы симистор закрылся, разность потенциалов между его электродами 1 и 2 должна стать нулевой. Однако этого не происходит при работе симистора на выпрямительный мост со сглаживающим конденсатором большой ёмкости. Этот эффект и устраняет резистор R2. Его сопротивление может находиться в широких пределах, но при слишком большом его значении симистор перестаёт закрываться в конце каждого полупериода.

Цифровая часть устройства состоит из задающего генератора на микросхеме DA1, распределителя импульсов на счётчике Джонсона DD1, формирователя трёхфазной импульсной последовательности на элементах 3ИЛИ микросхемы DD2, трёх драйверов полумоста DA3-DA5 и шести ключей на полевых транзисторах VT1-VT6, образующих трёхфазный мост.

Частота генерируемых микросхемой XR2206CP (DA1) импульсов определяется простой зависимостью

F = 1/(R·C1) ,

где R — сумма сопротивления постоянного резистора (одного из R3-R5, выбранного переключателем SA1. 1, спаренным с SA1.2) и введённого сопротивления переменного резистора R1. Следует иметь в виду, что эта частота должна в шесть раз превышать частоту выходного трёхфазного напряжения.

В рекордере для механической звукозаписи диск должен иметь три фиксированные скорости вращения — 78, 45 и 33 1/3 об/мин, а для этого с учётом передаточного числа механизма его двигатель нужно питать трёхфазным напряжением частотой соответственно 18,52, 10,68 и 7,917 Гц. Частота задающего генератора преобразователя должна быть в шесть раз выше этих значений — 111,2, 64,1 и 47,5 Гц. Именно для этих частот на схеме указаны номиналы резисторов R3-R5 (из стандартного ряда E96). При этом учтено, что последовательно с ними включается переменный резистор R1, сопротивление которого в среднем положении — 3,4 кОм. С его помощью точно устанавливают частоту вращения диска по стробоскопическим меткам на ободе.

Диоды VD3-VD5 совместно с конденсаторами C10-C12 образуют бутстрепные цепи для питания драйверов «верхних» ключевых полевых транзисторов трёхфазного моста, а резисторы R12-R17 ограничивают импульсный ток затворов транзисторов VT1-VT6. Дело в том, что мощные полевые транзисторы имеют входную ёмкость, исчисляемую тысячами пикофарад. Для предотвращения очень большого тока перезарядки этой ёмкости и служат упомянутые резисторы. Для эффективного ограничения тока сопротивление этих резисторов должно быть как можно больше, но чрезмерное увеличение затягивает процессы переключения транзисторов, что приводит к бесполезному расходу мощности на их нагрев.

Мощность, которую преобразователь может отдать в нагрузку, определяется мощностью выпрямителя и качеством отвода тепла от транзисторов VT1-VT6. В описываемой конструкции был применён теплоотвод от процессора «Пентиум», способный рассеять при обдуве мощность около 30 Вт. Это значит, что в нагрузку может быть передана мощность до 1000 Вт.

Подбирая номиналы элементов, от которых зависит частота задающего генератора, частоту генерируемого напряжения можно изменять в широких пределах, ограниченных только возможностями питаемого двигателя. Кроме того, для каждого значения частоты необходимо установить оптимальное напряжение питания двигателя, подбирая резистор фазосдвигающей цепи симисторного регулятора такого сопротивления, при котором двигатель работает не перегреваясь.

Внешний вид собранного преобразователя показан на рис. 2. Так как элементы преобразователя гальванически связаны с сетью 230 В, при работе с ним следует соблюдать меры электробезопасности, прочитать о которых можно в [3].

Рис. 2. Внешний вид собранного преобразователя

 

При отсутствии микросхемы функционального генератора XR2206CP задающий генератор можно построить по типовой схеме на интегральном таймере NE555 или его отечественном аналоге КР1006ВИ1. Вместо микросхемы CD4075BE можно установить К561ЛЕ10 (три элемента 3ИЛИ-НЕ). К сожалению, отечественного аналога драйвера IR2111 не существует.

По описанному принципу несложно построить не только трёхфазный, но и двухфазный преобразователь. Достаточно изменить схему формирователя импульсных последовательностей согласно рис. 3. Элемент микросхемы DD2.3, микросхема DA5, транзисторы VT5 и VT6 и связанные с ними компоненты в этом случае не используются.

Рис. 3. Изменённая схема формирователя импульсных последовательностей

 

Примечание.  Подборку резисторов R7-R9 в симисторном регуляторе удобно производить, включив амперметр постоянного тока в цепь нагрузки регулируемого выпрямителя. Ток, потребляемый от выпрямителя, при любой частоте вращения вала двигателя не должен отличаться более чем на 10 % от его значения при номинальном по частоте и напряжению режиме работы двигателя.

Литература

1. Мурадханян Э. Управляемый инвертор для питания трёхфазного двигателя. — Радио, 2004, № 12, с. 37, 38.

2. Калашник В., Черемисинова Н. Преобразователь однофазного напряжения в трёхфазное. — Радио, 2009, № 3, с. 31-34.

3. Осторожно! Электрический ток! — Радио, 2015, № 5, с. 54.

Автор: В. Хиценко, г. Санкт-Петербург

3-фазная система в однофазную. Простые способы преобразования трехфазной системы в однофазную

Переход с трехфазной на однофазную энергосистему является обычной необходимостью. Это связано с тем, что однофазная нагрузка относительно ниже, чем трехфазная. Например, электроэнергия для бытового использования представляет собой трехфазную электроэнергию в однофазном режиме. Большинство бытовых приборов потребляют мало энергии, что делает возможным использование однофазной сети.

Вы можете остаться с трехфазным питанием, которое полезно только при работе тяжелой техники. Поэтому, если вы намереваетесь удовлетворить типичные бытовые нужды, разумной альтернативой будет однофазный. Вы можете быстро достичь этого, имея подходящее оборудование.

Если у вас есть такая потребность, читайте дальше.

Рис. 1: Трехфазная система электропитания

Трехфазное питание переменного тока передается по трем проводам под напряжением и одному нейтральному проводу. Все фазы имеют одинаковое напряжение и амплитуду, установленную на разность фаз 120 градусов. Большинство людей используют трехфазное питание в промышленных целях, так как оно несет больший ток.

Рисунок 2: Однофазная система электропитания

Когда для передачи тока используется один провод под напряжением и нейтраль, это однофазная система. Следовательно, только один провод имеет ток, в отличие от трехфазной сети с тремя проводами.

Рисунок 3: 3-х фазные линии электропередач

При рассмотрении объемов нагрузки трехфазные лучше однофазных. Трехфазный гарантирует стабильную подачу электроэнергии с постоянной скоростью. Это не относится к однофазной системе. Он склонен испытывать провалы и пики и, таким образом, неблагоприятен для коммерческого использования.

Кроме того, трехфазная система обеспечивает большую мощность, чем однофазная. Трехфазный может обеспечить в три раза больше, чем может предложить однофазный.

Хотя в трехфазной системе используются три провода, а в однофазной — два, в первой используется меньший материал проводника. Например, для передачи 120 В мощности однофазному кабелю потребуется больше материала проводника, чем трехфазному.

Бывают случаи, когда одна фаза лучше, чем три фазы, особенно при рассмотрении использования мощности. Человеку, который хочет иметь возможность пользоваться только своими бытовыми приборами, потребуется однофазное питание. Таким образом, может возникнуть необходимость в переходе от более совершенной трехфазной системы электропитания для таких бытовых нужд. Это является основанием для преобразования трехфазного в однофазный.

Рисунок 4: Техник ремонтирует линию электропитания.

Как указывалось выше, иногда необходимо преобразовать трехфазную сеть в однофазную. Если это вас больше всего беспокоит, есть несколько способов превратить трехфазное питание в более простую в использовании форму питания. Вы должны иметь правильное оборудование. Каждая система трансформации уникальна, но ее главная цель — преобразовать энергию в один и тот же формат. Тем не менее, некоторые из них более точны и эффективны, чем другие. Поэтому вам нужно выбрать тот, который лучше всего соответствует вашим потребностям.

К наиболее распространенным способам относятся:

Использование нейтрального провода

Рисунок 5: Простая электрическая цепь

Это наиболее распространенный и доступный способ преобразования, который неэффективен для получения желаемого тока. Поэтому при его выполнении нужно быть осторожным. Вам нужно игнорировать две фазы из трех проводов под напряжением, чтобы использовать его. Затем вы используете однофазную сеть с нейтральным проводом, что делает ее однофазной системой.

Тем не менее, это не слишком точная техника. Целесообразно использовать только тогда, когда вам не требуется стабильный и точный источник питания. В противном случае это один из самых простых способов преобразования. Кроме того, в отличие от других методов преобразования, вам не нужно вкладывать средства в какое-либо устройство преобразования.

Используйте преобразователь фазы

Рис. 6: Блок преобразователя фазы

Профессионал посоветует использовать преобразователь фазы вместо нейтрального провода. Этот метод более эффективен для создания реальной беседы, чем метод беспристрастной проволоки. Все, что вам нужно, это электронный преобразователь, который сначала преобразует переменный ток в постоянный. Фазовый преобразователь может затем преобразовать этот ток в однофазный переменный ток.

Техника проста; вам нужен выпрямитель, и вы готовы.

3-фазный в однофазный – используйте однофазный трансформатор

Рис. 7: Иллюстрация однофазного трансформатора.

 Как показано выше, вам не обязательно преодолевать трудности с преобразованием питания в постоянный и обратно в переменный. Когда вы инвестируете в подходящий трансформатор, вы можете быстро получить желаемый результат.

Однако этот метод применяется только при мощности менее 5 кВА. Для более высокой мощности было бы необходимо использовать другую технику.

Использование трансформатора с открытым треугольником

Рис. 8. Схема простого трансформатора 

Это идеальный метод преобразования трехфазной мощности более 5 кВА в однофазную. Этот трансформатор является мощным и хорошо сконструированным для облегчения преобразования высокой мощности.

3-фазный в однофазный – используйте трансформаторы Le-Blanc

Рис. 9: Простой трансформатор, вид сбоку

Это идеальная машина для преобразования высокой мощности, например, токов свыше 5 кВА и 400 В. Основным преимуществом этого трансформатора является то, что он гарантирует точное преобразование. Некоторые устройства чувствительны к точности валюты, и это лучший конвертер для таких систем.

Используйте трансформаторы Scott T

Этот тип входит в число лучших в списке мощных трансформаторов, пригодных для преобразования трехфазного тока в однофазный. Он отличается уникальной формой подключения, которая в основном включает в себя пробный трансформатор и основной трансформатор. Два трансформатора работают вместе, чтобы реализовать преобразование из трехфазного в однофазное.

Одним из ключевых преимуществ этих трансформаторов является то, что они вырабатывают симметричный ток. Таким образом, он идеально подходит для систем, которым требуется однофазный пропорциональный ток.

Заключение

Вкратце, в некоторых ситуациях может потребоваться преобразование трехфазного кабеля в однофазный.