ระบบจ่ายไฟสามเฟส- กรณีพิเศษของระบบหลายเฟสของวงจรไฟฟ้าซึ่ง EMF แบบไซน์ที่มีความถี่เดียวกันที่สร้างขึ้นโดยแหล่งกำเนิดทั่วไปทำงานโดยเลื่อนสัมพันธ์กันตามเวลาด้วยมุมเฟสที่แน่นอน ในระบบสามเฟส มุมนี้คือ 2π/3 (120°)
ระบบไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟสแบบหลายสาย (หกสาย) ถูกคิดค้นโดย Nikola Tesla การมีส่วนร่วมที่สำคัญในการพัฒนาระบบสามเฟสนั้นเกิดขึ้นโดย M. O. Dolivo-Dobrovolsky ซึ่งเป็นคนแรกที่เสนอระบบส่งกระแสสลับแบบสามและสี่สายระบุข้อดีหลายประการของระบบสามเฟสที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่ำใน สัมพันธ์กับระบบอื่นๆ และได้ทำการทดลองกับมอเตอร์ไฟฟ้าแบบอะซิงโครนัสหลายครั้ง
ภาพเคลื่อนไหวการไหลของกระแสในวงจรสามเฟสแบบสมมาตรพร้อมการเชื่อมต่อแบบดาว
แผนภาพเวกเตอร์ของกระแสเฟส โหมดสมมาตร
ข้อดี
แผนภาพการเดินสายไฟที่เป็นไปได้สำหรับเครือข่ายสามเฟสในอาคารพักอาศัยหลายอพาร์ตเมนต์
- ประหยัด.
- การส่งไฟฟ้าที่คุ้มค่าในระยะทางไกล
- ลดการใช้วัสดุของหม้อแปลง 3 เฟส
- การใช้วัสดุของสายไฟน้อยลง เนื่องจากด้วยการใช้พลังงานเท่ากัน กระแสในเฟสจะลดลง (เมื่อเทียบกับวงจรเฟสเดียว)
- ความสมดุลของระบบ คุณสมบัตินี้เป็นหนึ่งในคุณสมบัติที่สำคัญที่สุด เนื่องจากในระบบที่ไม่สมดุลโหลดทางกลที่ไม่สม่ำเสมอจะเกิดขึ้นกับการติดตั้งเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ซึ่งจะทำให้อายุการใช้งานลดลงอย่างมาก
- ความสามารถในการรับสนามแม่เหล็กหมุนเป็นวงกลมที่จำเป็นสำหรับการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้าและอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่น ๆ จำนวนหนึ่งได้อย่างง่ายดาย มอเตอร์ 3 เฟส (อะซิงโครนัสและซิงโครนัส) ได้รับการออกแบบง่ายกว่ามอเตอร์กระแสตรงเฟสเดียวหรือ 2 เฟส และมีตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพสูง
- ความสามารถในการรับแรงดันไฟฟ้าในการทำงานสองระดับในการติดตั้งครั้งเดียว - เฟสและเชิงเส้น และสองระดับพลังงานเมื่อเชื่อมต่อกับสตาร์หรือเดลต้า
- ความสามารถในการลดการกะพริบและเอฟเฟกต์สโตรโบสโคปิกของหลอดไฟโดยใช้หลอดฟลูออเรสเซนต์อย่างรวดเร็วโดยการวางหลอดไฟสามดวง (หรือกลุ่มของหลอดไฟ) ที่ขับเคลื่อนจากเฟสต่างๆ ในหลอดเดียว
ด้วยข้อดีเหล่านี้ ระบบสามเฟสจึงเป็นระบบที่ใช้กันทั่วไปในการผลิตพลังงานสมัยใหม่
แผนภาพการเชื่อมต่อสำหรับวงจรสามเฟส
ดาว
การป้องกันแรงดันไฟฟ้าประเภทสายที่มีอยู่ซึ่งมีจำหน่ายในร้านขายอุปกรณ์ไฟฟ้า ตามมาตรฐานสมัยใหม่ การติดตั้งจะเกิดขึ้นบนราง DIN
การเชื่อมต่อแบบดาวคือการเชื่อมต่อเมื่อปลายเฟสของขดลวดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (G) เชื่อมต่อกับจุดร่วมจุดเดียวที่เรียกว่าจุดที่เป็นกลางหรือ เป็นกลาง- ส่วนปลายของเฟสของขดลวดตัวรับ (M) ก็เชื่อมต่อกับจุดร่วมด้วย เรียกว่าสายไฟที่เชื่อมต่อจุดเริ่มต้นของเฟสของเครื่องกำเนิดและตัวรับสัญญาณ เชิงเส้น- สายที่เชื่อมต่อนิวตรอนสองตัวเรียกว่านิวตรอน
บัสบาร์สำหรับกระจายสายไฟที่เป็นกลางและสายดินเมื่อเชื่อมต่อด้วยดาว ข้อดีประการหนึ่งของการเชื่อมต่อแบบสตาร์คือการประหยัดสายไฟที่เป็นกลาง เนื่องจากต้องใช้สายไฟเพียงเส้นเดียวจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไปยังจุดแยกสายไฟที่เป็นกลางใกล้กับผู้ใช้บริการ
วงจรสามเฟสที่มีสายเป็นกลางเรียกว่าวงจรสี่สาย หากไม่มีสายนิวทรัลให้ใช้สายสามสาย
หากความต้านทาน Z a , Z b , Z c ของเครื่องรับมีค่าเท่ากันก็จะเรียกว่าโหลดดังกล่าว สมมาตร.
ความสัมพันธ์ระหว่างกระแสและแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้นและเฟส
เรียกว่าแรงดันไฟฟ้าระหว่างเส้นลวดและความเป็นกลาง (U a, U b, U c) เฟส- เรียกว่าแรงดันไฟฟ้าระหว่างสายไฟสองเส้น (U AB, U BC, U CA) เชิงเส้น- ในการเชื่อมต่อขดลวดกับดาวที่มีโหลดแบบสมมาตร ความสัมพันธ์ระหว่างกระแสเชิงเส้นและเฟสและแรงดันไฟฟ้านั้นถูกต้อง:
ผลที่ตามมาของการเผาไหม้ (ขาด) ของเส้นลวดที่เป็นกลางในเครือข่ายสามเฟส
ด้วยโหลดแบบสมมาตรในระบบสามเฟส การจ่ายไฟให้กับผู้บริโภคด้วยแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้นจึงเป็นไปได้แม้ว่าจะไม่มีสายไฟที่เป็นกลางก็ตาม อย่างไรก็ตามเมื่อป้อนโหลดด้วยแรงดันไฟฟ้าเฟสเมื่อโหลดในเฟสไม่สมมาตรอย่างเคร่งครัดจำเป็นต้องมีลวดที่เป็นกลาง หากเกิดการแตกหักหรือมีความต้านทานเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ (การสัมผัสที่ไม่ดี) เกิดขึ้นสิ่งที่เรียกว่า "ความไม่สมดุลของเฟส" เกิดขึ้นซึ่งเป็นผลมาจากโหลดที่เชื่อมต่อซึ่งออกแบบมาสำหรับแรงดันไฟฟ้าเฟสอาจอยู่ภายใต้แรงดันไฟฟ้าโดยพลการในช่วงจากศูนย์ เป็นเส้นตรง (ค่าเฉพาะขึ้นอยู่กับการกระจายโหลดข้ามเฟสในขณะที่เส้นลวดที่เป็นกลางขาด) นี่เป็นเหตุผลว่าทำไมอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคในอาคารอพาร์ตเมนต์จึงล้มเหลว เนื่องจากความต้านทานของผู้ใช้บริการยังคงที่ ดังนั้นตามกฎของโอห์ม เมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้น กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านอุปกรณ์ผู้บริโภคจะมากกว่าค่าสูงสุดที่อนุญาต ซึ่งจะทำให้เกิดการเผาไหม้และ/หรือความล้มเหลวของอุปกรณ์ไฟฟ้าที่กำลังไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าต่ำอาจทำให้อุปกรณ์ขัดข้องได้ บางครั้งความเหนื่อยหน่าย (ขาด) ของสายไฟกลางที่สถานีย่อยอาจทำให้เกิดไฟไหม้ในอพาร์ทเมนท์ได้
ปัญหาของฮาร์โมนิคทวีคูณของตัวที่สาม
อุปกรณ์สมัยใหม่มีการติดตั้งแหล่งจ่ายไฟแบบพัลซิ่งมากขึ้น แหล่งจ่ายสวิตชิ่งที่ไม่มีตัวแก้ไขตัวประกอบกำลังจะใช้กระแสเป็นพัลส์แคบใกล้กับจุดสูงสุดของคลื่นไซน์แรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่าย ในขณะที่ชาร์จตัวเก็บประจุตัวเรียงกระแสอินพุต แหล่งพลังงานดังกล่าวจำนวนมากในเครือข่ายสร้างกระแสฮาร์มอนิกที่สามของแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นในปัจจุบัน กระแสฮาร์มอนิกที่เป็นทวีคูณของกระแสที่สาม แทนที่จะเป็นการชดเชยร่วมกัน จะถูกสรุปทางคณิตศาสตร์ในตัวนำที่เป็นกลาง (แม้ว่าจะมีการกระจายโหลดแบบสมมาตร) และอาจนำไปสู่การโอเวอร์โหลดแม้ว่าจะไม่เกินการใช้พลังงานที่อนุญาตตามเฟสก็ตาม ปัญหานี้เกิดขึ้นโดยเฉพาะในอาคารสำนักงานที่มีอุปกรณ์สำนักงานที่ทำงานพร้อมกันจำนวนมาก
การติดตั้งการชดเชยกำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟที่มีอยู่ไม่สามารถแก้ไขปัญหานี้ได้ เนื่องจากการลดลงของตัวประกอบกำลังในเครือข่ายที่มีความโดดเด่นของการจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งไม่เกี่ยวข้องกับการแนะนำส่วนประกอบปฏิกิริยา แต่เกิดจากการไม่เชิงเส้นของการใช้กระแสไฟฟ้า วิธีแก้ปัญหาฮาร์มอนิกที่สามคือการใช้ตัวแก้ไขตัวประกอบกำลัง (พาสซีฟหรือแอคทีฟ) เป็นส่วนหนึ่งของวงจรของอุปกรณ์จ่ายไฟแบบสวิตชิ่งที่ผลิตขึ้น
ข้อกำหนดของมาตรฐาน IEC 1000-3-2 กำหนดข้อจำกัดเกี่ยวกับส่วนประกอบฮาร์มอนิกของกระแสโหลดของอุปกรณ์ที่มีกำลังตั้งแต่ 50 วัตต์ขึ้นไป ในรัสเซีย จำนวนส่วนประกอบฮาร์มอนิกของกระแสโหลดได้รับมาตรฐานตามมาตรฐาน GOST 13109-97, OST 45.188-2001
สามเหลี่ยม
รูปสามเหลี่ยมคือการเชื่อมต่อเมื่อปลายเฟสแรกเชื่อมต่อกับจุดเริ่มต้นของเฟสที่สอง จุดสิ้นสุดของเฟสที่สองเชื่อมต่อกับจุดเริ่มต้นของเฟสที่สาม และจุดสิ้นสุดของเฟสที่สามเชื่อมต่อกับจุดเริ่มต้นของ ครั้งแรก
ความสัมพันธ์ระหว่างกระแสและแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้นและเฟส
ในการเชื่อมต่อขดลวดด้วยรูปสามเหลี่ยมโดยมีโหลดแบบสมมาตร ความสัมพันธ์ระหว่างกระแสเชิงเส้นและเฟสและแรงดันไฟฟ้านั้นถูกต้อง:
มาตรฐานแรงดันไฟฟ้าทั่วไป
การทำเครื่องหมาย
ตัวนำที่อยู่ในเฟสต่าง ๆ จะถูกทำเครื่องหมายด้วยสีที่ต่างกัน ตัวนำที่เป็นกลางและตัวนำป้องกันจะถูกทำเครื่องหมายด้วยสีที่ต่างกันด้วย ทั้งนี้เพื่อให้การป้องกันไฟฟ้าช็อตอย่างเหมาะสม และอำนวยความสะดวกในการบำรุงรักษา ติดตั้ง และซ่อมแซมการติดตั้งระบบไฟฟ้าและอุปกรณ์ไฟฟ้า ในประเทศต่าง ๆ การทำเครื่องหมายของตัวนำมีความแตกต่างในตัวเอง อย่างไรก็ตาม หลายประเทศปฏิบัติตามหลักการทั่วไปสำหรับการทำเครื่องหมายสีของตัวนำ ตามที่กำหนดไว้ในมาตรฐาน International Electrotechnical Commission IEC 60445:2010
สายไฟสองวงจรสามเฟส |
เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับส่วนใหญ่รวมทั้งสายส่งไฟฟ้าใช้ระบบสามเฟส การส่งสัญญาณปัจจุบันจะดำเนินการตามสามบรรทัด (หรือสี่) แทนที่จะเป็นสองบรรทัด กระแสไฟฟ้าสามเฟสเป็นระบบไฟฟ้ากระแสสลับซึ่งค่าของกระแสและแรงดันไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงไปตามกฎไซน์ซอยด์ ความถี่ของการสั่นของกระแสไซน์ในรัสเซียและยุโรปคือ 50 เฮิรตซ์
Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/1-15-768x530..jpg 800w" size="(max-width: 600px) 100vw, 600px">
สายไฟสามเฟส
เหตุใดจึงต้องใช้กระแสไฟสามเฟส
การขนส่งไฟฟ้าจากโรงไฟฟ้าไปยังสถานที่ห่างไกลต้องใช้สายไฟและสายเคเบิลที่ยาวมากซึ่งมีความต้านทานสูง ซึ่งหมายความว่าพลังงานบางส่วนจะสูญเสียไปและกระจายไปเป็นความร้อน การลดกระแสที่ส่งไปตามสายไฟช่วยลดความสูญเสียได้อย่างมาก
รูปแบบการผลิตไฟฟ้าที่พบบ่อยที่สุดคือการผลิตไฟฟ้าแบบสามเฟส ในอุตสาหกรรม กระแสสลับสามเฟส มักใช้เพื่อควบคุมมอเตอร์ไฟฟ้า
ข้อดีของระบบสามเฟส:
- ความเป็นไปได้ที่จะมีเฟสและแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้นในวงจรสามเฟสที่มีค่าต่างกันสองค่า: สูง - สำหรับผู้บริโภคที่ทรงพลัง, ต่ำ - สำหรับผู้อื่น;
- ลดการสูญเสียระหว่างการขนส่งพลังงาน ดังนั้นการใช้สายไฟและสายเคเบิลราคาถูก
- เครื่องจักรสามเฟสมีแรงบิดที่เสถียรมากกว่าเครื่องจักรแบบเฟสเดียว (ประสิทธิภาพสูง)
- ประสิทธิภาพที่ดีที่สุดในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามเฟส
- ในบางกรณีจะต้องได้รับกระแสตรงจากไฟฟ้ากระแสสลับ ในกรณีนี้การใช้กระแสไฟ 3 เฟสเป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญเนื่องจากการกระเพื่อมของแรงดันไฟฟ้าที่แก้ไขนั้นต่ำกว่ามาก
กระแสไฟฟ้าสามเฟสคืออะไร
ระบบไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟสประกอบด้วยสัญญาณกระแสไซน์ซอยด์สามสัญญาณ ซึ่งความแตกต่างระหว่างหนึ่งในสามของรอบหรือ 120 องศาไฟฟ้า (รอบเต็มคือ 360°) พวกมันผ่านจุดสูงสุดตามลำดับปกติที่เรียกว่าลำดับเฟส แรงดันไซน์ซอยด์เป็นสัดส่วนกับโคไซน์หรือไซน์ของเฟส
Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/2-11-210x140..jpg 615w" size="(max-width: 600px) 100vw, 600px">
กระแสไฟฟ้าสามเฟส
โดยทั่วไปแล้วจะมีการจ่ายไฟสามเฟสผ่านสายไฟสาม (หรือสี่เส้น) และแรงดันไฟฟ้าเฟสและสายในวงจรสามเฟสแสดงถึงความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างตัวนำคู่หนึ่ง กระแสเฟสคือปริมาณกระแสในตัวนำแต่ละตัว
แผนภาพวงจรสามเฟส
ในการกำหนดค่าวงจรดาว มีสายไฟสามเฟส หากเชื่อมต่อจุดศูนย์ของระบบจ่ายไฟและตัวรับสัญญาณเข้าด้วยกันจะได้รับ "ดาว" สี่สาย
วงจรจะแยกความแตกต่างระหว่างแรงดันไฟฟ้าระหว่างเฟสต่อเฟสที่ตั้งอยู่ระหว่างตัวนำเฟส (เรียกอีกอย่างว่าเชิงเส้น) และแรงดันไฟฟ้าเฟสระหว่างตัวนำแต่ละเฟสกับตัวนำ N
แรงดันไฟฟ้าเฟสใดถูกกำหนดอย่างชัดเจนที่สุดโดยการสร้างเวกเตอร์ - เหล่านี้คือเวกเตอร์สมมาตรสามตัว U(A), U(B) และ U(C) ที่นี่คุณสามารถดูว่าแรงดันไฟฟ้าของสายคืออะไร:
- U(AB) = U(A) – U(B);
- ยู(BC) = ยู(B) – ยู(C);
- U(CA) = U(C) – U(A)
สำคัญ!โครงสร้างเวกเตอร์ช่วยให้ทราบถึงการเปลี่ยนแปลงระหว่างเฟสที่สอดคล้องกันและแรงดันไฟฟ้าระหว่างเฟส - 30°
ดังนั้น จึงสามารถคำนวณแรงดันไฟฟ้าเส้นสำหรับวงจรสตาร์ที่มีโหลดสม่ำเสมอได้ดังนี้
Uab = 2 x Ua x cos 30° = 2 x Ua x √3/2 = √3 x Ua
ตัวบ่งชี้อื่น ๆ ของแรงดันเฟสก็พบในทำนองเดียวกัน
แรงดันไฟฟ้าเชิงเส้นและเฟส ถ้าเรารวมปริมาณเวกเตอร์ของเฟสทั้งหมดจะเท่ากับศูนย์:
- ยู(เอ) + ยู(B) + ยู(C) = 0;
- U(AB) + U(BC) + U(CA) = 0
ถ้าเครื่องรับไฟฟ้าที่มีความต้านทานเท่ากันในแต่ละเฟสเชื่อมต่อกับดาว:
จากนั้นคุณสามารถคำนวณกระแสเชิงเส้นและเฟสได้:
- เอีย = อัว/ซ่า;
- Ib = Ub/Zb;
- ไอซี = ยูซี/ซี
Data-lazy-type="image" data-src="http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/3-12-600x335.jpg?.jpg 600w, https://elquanta. ru/wp-content/uploads/2018/03/3-12-768x429..jpg 902w" ขนาด="(ความกว้างสูงสุด: 600px) 100vw, 600px">
การสร้างเวกเตอร์ในแผนภาพ “Y”
ดังที่ใช้กับกรณีทั่วไปของระบบ "ดาว" ปริมาณกระแสเชิงเส้นจะเหมือนกันกับเฟสหนึ่ง
โดยปกติจะสันนิษฐานว่าแหล่งกำเนิดที่จ่ายไฟให้กับเครื่องรับไฟฟ้านั้นมีความสมมาตร และมีเพียงอิมพีแดนซ์เท่านั้นที่จะกำหนดการทำงานของวงจร
เนื่องจากตัวบ่งชี้กระแสรวมสอดคล้องกับศูนย์ (กฎของ Kirchhoff) ในกรณีของระบบสี่สาย จะไม่มีกระแสไหลในตัวนำที่เป็นกลาง ระบบจะทำงานเหมือนเดิมไม่ว่าจะมีตัวนำที่เป็นกลางหรือไม่ก็ตาม
สำหรับกำลังไฟฟ้าที่ใช้งานของเครื่องรับสามเฟส สูตรนี้ใช้ได้:
P = √3 x Uф I x cos φ
พลังงานปฏิกิริยา:
Q = √3 x Uф ฉัน x บาป φ
"Y" สำหรับการโหลดแบบอสมมาตร
นี่คือโครงร่างวงจรที่ขนาดกระแสของเฟสหนึ่งแตกต่างจากอีกเฟสหนึ่ง หรือการเลื่อนเฟสของกระแสจะแตกต่างกันเมื่อเทียบกับแรงดันไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าระหว่างเฟสจะยังคงสมมาตร การใช้โครงสร้างแบบเวกเตอร์ จะพิจารณาลักษณะที่ปรากฏของการเปลี่ยนแปลงของจุดศูนย์จากจุดศูนย์กลางของรูปสามเหลี่ยม ผลลัพธ์คือความไม่สมดุลของค่าแรงดันเฟสและลักษณะของ Uo:
Uo = 1/3 (U(A) + U(B) + U(C))
แม้จะมีโหลดไม่สมมาตร แต่ตัวบ่งชี้กระแสรวมจะเป็นศูนย์
Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/4-11-768x515..jpg 210w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/ 03/4-11.jpg 901w" size="(max-width: 600px) 100vw, 600px">
"Y" ที่ไม่มีตัวนำ N ที่มีโหลดไม่สมมาตร
สำคัญ!การทำงานของวงจรที่มีโหลดไม่สมมาตรนั้นขึ้นอยู่กับว่ามีตัวนำ N หรือไม่
วงจรมีพฤติกรรมแตกต่างออกไปเมื่อเชื่อมต่อตัวนำ N ที่มีอิมพีแดนซ์ต่ำ Zo = 0 จุดศูนย์ของแหล่งจ่ายไฟและตัวรับพลังงานเชื่อมต่อกันทางไฟฟ้าและมีศักยภาพเท่ากัน แรงดันเฟสของเฟสต่าง ๆ จะได้ค่าที่เหมือนกัน และมูลค่าปัจจุบันคือเอ็น-ตัวนำ:
ไอโอ = ฉัน(ก) + ฉัน(B) + ฉัน(C)
Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/5-6-210x140..jpg 720w" size="(max-width: 600px) 100vw, 600px">
วงจร "Y" สี่สาย
เมื่อส่งกำลังเป็นเรื่องปกติที่จะใช้ระบบสามสายที่ระดับแรงดันไฟฟ้าสูงและปานกลาง ที่ระดับแรงดันไฟฟ้าต่ำ ซึ่งเป็นเรื่องยากที่จะหลีกเลี่ยงโหลดที่ไม่สมดุล จะใช้ระบบสี่สาย
โครงการ "Δ"
ด้วยการเชื่อมต่อจุดสิ้นสุดของแต่ละเฟสของเครื่องรับพลังงานเข้ากับจุดเริ่มต้นของเฟสถัดไป คุณสามารถรับกระแสไฟสามเฟสโดยเฟสที่เชื่อมต่อเป็นอนุกรม การกำหนดค่าวงจรผลลัพธ์เรียกว่า "สามเหลี่ยม" ในรูปแบบนี้สามารถใช้งานได้เฉพาะแบบสามสายเท่านั้น
ด้วยความช่วยเหลือของการสร้างเวกเตอร์ จึงสามารถเข้าใจได้แม้กระทั่งกับหุ่นจำลอง เฟส และแรงดันไฟฟ้าและกระแสเชิงเส้น แต่ละเฟสของเครื่องรับไฟฟ้าเชื่อมต่อกับแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้นระหว่างตัวนำสองตัว แรงดันไฟฟ้าแบบเส้นและเฟสที่ตัวรับพลังงานจะเหมือนกัน
PNG?.png 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/6-3-768x239..png 910w" size="(max-width: 600px) 100vw, 600px">
โครงการ "Δ" และการสร้างเวกเตอร์
กระแสระหว่างเฟสสำหรับ "สามเหลี่ยม" คือ I(A), I(B), I(C) ระยะ – I(AB), IBC), I(CA)
กระแสเชิงเส้นพบได้จากการสร้างเวกเตอร์:
- ฉัน(ก) = ฉัน(AB) – ฉัน(แคลิฟอร์เนีย);
- ฉัน(B) = ฉัน(BC) – ฉัน(AB);
- ฉัน(C) = ฉัน(CA) – ฉัน(BC)
ปริมาณกระแสรวมในระบบสมมาตรสอดคล้องกับศูนย์ ค่า RMS ของกระแสเฟส:
ฉัน(AB) = ฉัน(BC) = ฉัน(CA) = U/Z
เนื่องจากเฟสเปลี่ยนระหว่าง U และ I คือ 30° กระแสไฟในการกำหนดค่านี้จะเท่ากับ:
I(A) = I(AB) – I(CA) = 2 x I(AB) x cos 30° = 2 x Iph x √3/2 = √3 x Iph
สำคัญ!ค่าประสิทธิผลของกระแสไฟฟ้าในสายคือ √3 เท่าของค่าประสิทธิผลของกระแสเฟส
กระแสไฟสามเฟสและเฟสเดียว
การกำหนดค่าวงจร "Y" ทำให้สามารถใช้แรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันสองแบบเมื่อจ่ายไฟให้กับผู้บริโภคในเครือข่ายภายในประเทศและอุตสาหกรรม: 220 V และ 380 V โดยได้รับ 220 V โดยใช้ตัวนำสองตัว หนึ่งในนั้นคือเฟส ส่วนอีกอันคือตัวนำ N แรงดันไฟฟ้าระหว่างพวกเขาสอดคล้องกับแรงดันเฟส หากคุณใช้ตัวนำ 2 ตัวซึ่งทั้งสองเป็นตัวแทนของเฟสแรงดันไฟฟ้าระหว่างเฟสจะเรียกว่าเชิงเส้นและเท่ากับ 380 V ทั้ง 3 เฟสใช้สำหรับการเชื่อมต่อ
Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/7-3.jpg 700w" size="(max-width: 600px) 100vw, 600px">
การกระจายแรงดันไฟฟ้าในระบบเฟสเดียวและสามเฟส
ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างระบบเฟสเดียวและสามเฟส:
- กระแสไฟฟ้าเฟสเดียวเกี่ยวข้องกับพลังงานผ่านตัวนำหนึ่งตัว สามเฟส - ถึงสาม;
- เพื่อให้วงจรไฟฟ้าเฟสเดียวเสร็จสมบูรณ์จำเป็นต้องมีตัวนำ 2 ตัว: เป็นกลางอีกอันสำหรับสามเฟส - 4 (บวกเป็นกลาง);
- กำลังไฟฟ้าที่ยิ่งใหญ่ที่สุดจะถูกส่งผ่านในสามเฟส ซึ่งตรงข้ามกับระบบเฟสเดียว
- เครือข่ายเฟสเดียวนั้นง่ายกว่า
- หากสายไฟเฟสทำงานผิดปกติในเครือข่ายเฟสเดียว กำลังไฟฟ้าจะสูญหายไปโดยสิ้นเชิง ในเครือข่ายสามเฟส จะมีการจ่ายไฟผ่านสองเฟสที่เหลือ
น่าสนใจ.นิโคลา เทสลา ผู้ค้นพบกระแสหลายเฟสและผู้ประดิษฐ์มอเตอร์เหนี่ยวนำ ใช้กระแสสองเฟสโดยมีความต่างเฟส 90° ระบบดังกล่าวเหมาะสำหรับการสร้างสนามแม่เหล็กหมุนมากกว่าเฟสเดียว แต่น้อยกว่าสามเฟส -เฟส ระบบสองเฟสเริ่มแพร่หลายในสหรัฐอเมริกาเป็นครั้งแรก แต่จากนั้นก็หายไปจากการใช้งานโดยสิ้นเชิง
ปัจจุบันแหล่งจ่ายไฟฟ้าเกือบทั้งหมดใช้กระแสไฟสามเฟสความถี่ต่ำโดยใช้แต่ละเฟสขนานกัน โรงไฟฟ้าเกือบทั้งหมดมีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ผลิตกระแสไฟฟ้าสามเฟส หม้อแปลงไฟฟ้าสามารถทำงานได้กับกระแสไฟสามเฟสหรือเฟสเดียว การมีพลังงานปฏิกิริยาในเครือข่ายดังกล่าวจำเป็นต้องติดตั้งอุปกรณ์ชดเชย
วีดีโอ
วงจรไฟฟ้าที่ได้รับความนิยมมากที่สุดถือเป็นสายสามเฟสซึ่งมีข้อได้เปรียบเหนือการเชื่อมต่อประเภทอื่นอย่างมาก เมื่อเปรียบเทียบกับวงจรหลายเฟส สายสามเฟสจะประหยัดกว่าในแง่ของการใช้วัสดุ และเมื่อเทียบกับสายเฟสเดียว ก็สามารถส่งแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าได้
นอกจากนี้การเชื่อมต่อนี้ยังใช้เพื่อรวมไว้ในวงจรของมอเตอร์ไฟฟ้า: ด้วยความช่วยเหลือทำให้เกิดสนามแม่เหล็กซึ่งใช้ในการสตาร์ทมอเตอร์ไฟฟ้าและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอย่างแข็งขัน ข้อดีอีกประการหนึ่งของระบบสามเฟสคือความสามารถในการรับแรงดันไฟฟ้าในการทำงานที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับวิธีการเชื่อมต่อโหลด ความแตกต่างเกิดขึ้นระหว่างแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้นและเฟสที่ได้รับจากสายจ่าย
คำจำกัดความพื้นฐาน
ก่อนอื่น เรามาจำคำจำกัดความกันก่อน
ระบบสามเฟส
ระบบสามเฟสคือการรวมกันของวงจรไฟฟ้าสามวงจรที่สร้างขึ้นโดยแหล่งเดียว แต่จะเลื่อนไปในเฟสที่สัมพันธ์กัน
เฟส
ในกรณีนี้ วงจรไฟฟ้าแต่ละวงจรของระบบโพลีเฟสเรียกว่าเฟส จุดเริ่มต้นของเฟสถือเป็นขั้วหรือจุดสิ้นสุดของตัวนำที่กระแสไฟฟ้าเข้าสู่วงจรที่กำหนด ในกรณีนี้สามารถต่อปลายเฟสเข้าด้วยกันได้ ในกรณีนี้ EMF ทั้งหมดจะเริ่มทำงานในวงจรไฟฟ้าและระบบเรียกว่าเชื่อมต่อแล้ว ใช้กันอย่างแพร่หลายในการจ่ายไฟให้กับมอเตอร์ไฟฟ้า
วิธีการเชื่อมต่อ
การเชื่อมต่อแบบสามเฟสใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อเปิดขดลวดของมอเตอร์ไฟฟ้าและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ในกรณีนี้จะใช้สองตัวเลือกในการเชื่อมต่อขดลวดกับตัวนำที่มีกระแสไฟอยู่
- เมื่อเชื่อมต่อกับดาว จำนวนสายเชื่อมต่อจะลดลงจากหกเหลือสี่เส้นซึ่งส่งผลดีต่อความทนทานของการเชื่อมต่อ แกนจ่ายเชื่อมต่อกับจุดเริ่มต้นของขดลวด และปลายจะรวมกันเป็นโหนดที่เรียกว่าจุด N หรือจุดเป็นกลางของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ตัวเลือกการเชื่อมต่อนี้ช่วยให้คุณสามารถสลับไปใช้การเชื่อมต่อแบบสามสายได้ แต่เฉพาะในกรณีที่ตัวรับโหลดสามเฟสที่เชื่อมต่อนั้นมีความสมมาตรเท่านั้น
- เมื่อขดลวดพันกันเป็นรูปสามเหลี่ยม ขดลวดจะสร้างวงจรปิดซึ่งมีความต้านทานค่อนข้างน้อย การเชื่อมต่อนี้ใช้เมื่อเชื่อมต่อระบบสมมาตรของ EMF สามตัว: ในกรณีนี้หากไม่มีโหลดจะไม่มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นในวงจร
การเชื่อมต่อแบบดาวมักใช้ในการเชื่อมต่อแอมพลิฟายเออร์และความคงตัวต่าง ๆ เข้ากับเครือข่าย 220 โวลต์และการสตาร์ทมอเตอร์ไฟฟ้าอย่างนุ่มนวลเมื่อใช้พลังงานจาก 380V การเชื่อมต่อแบบเดลต้าช่วยให้มอเตอร์ได้รับกำลังเต็มที่ ดังนั้นจึงมักใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางอุตสาหกรรมที่ต้องการประสิทธิภาพของอุปกรณ์ในระดับสูง
แรงดันไฟฟ้าเฟสและเส้น
ในตอนต้นของบทความเราสังเกตว่าการเชื่อมต่อแบบสามเฟสช่วยให้คุณได้รับแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันสองแบบ: เชิงเส้นและเฟส เรามาดูกันดีกว่าว่ามันคืออะไร
- แรงดันไฟฟ้าเฟสเกิดขึ้นเมื่อเชื่อมต่อกับแกนกลางและหนึ่งในสามเฟสของวงจร
- แรงดันไฟฟ้าของสายจะถูกสร้างขึ้นเมื่อเชื่อมต่อกับสองเฟสใดๆ ช่างไฟฟ้าเรียกว่าเฟสซึ่งใกล้เคียงกับวิธีการวัดมากขึ้น
ตอนนี้เรามาดูกันว่าอะไรคือความแตกต่างระหว่างคำจำกัดความทั้งสองนี้
ภายใต้สภาวะปกติ ตัวบ่งชี้แรงดันไฟฟ้าเชิงเส้นจะเหมือนกันระหว่างเฟสใดๆ และสูงกว่าตัวบ่งชี้แรงดันไฟฟ้าเฟส 1.73 เท่า พูดง่ายๆ ตามมาตรฐานภายในประเทศ แรงดันไฟฟ้าเชิงเส้นคือ 380 โวลต์ และแรงดันไฟฟ้าเฟสคือ 220V คุณลักษณะของสายสามเฟสดังกล่าวพบการประยุกต์ใช้ในการจ่ายไฟอย่างต่อเนื่องให้กับผู้บริโภคทั้งในภาคอุตสาหกรรมและในครัวเรือน
เป็นที่น่าสังเกตว่ามีเพียงวงจรสามเฟสสี่สายเท่านั้นที่มีคุณสมบัติเหล่านี้ซึ่งมีแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดเป็น 380/220V จากการกำหนดนี้เห็นได้ชัดว่าสามารถเชื่อมต่อผู้บริโภคจำนวนมากเข้ากับสายนี้ได้ซึ่งออกแบบมาสำหรับกระแสไฟที่กำหนดทั้ง 380V และ 220 โวลต์
ใส่ใจ! สิ่งสำคัญคือต้องรู้ว่าเมื่อแรงดันไฟฟ้าตก (ลดลง) แรงดันเฟสก็จะเปลี่ยนไปเช่นกัน นอกจากนี้ตัวบ่งชี้แรงดันไฟฟ้าเฟสยังคำนวณได้ง่ายหากทราบค่าเชิงเส้น ในการทำเช่นนี้ คุณจะต้องแยกรากที่สองของสามออกจากตัวบ่งชี้เชิงเส้น ข้อมูลที่ได้จะเท่ากับแรงดันเฟส
ด้วยคุณสมบัติที่อธิบายไว้ข้างต้นและการเชื่อมต่อที่เป็นไปได้ที่หลากหลาย วงจรสามเฟสสี่สายจึงแพร่หลาย ขอบเขตของการใช้โครงร่างแหล่งจ่ายไฟดังกล่าวนั้นเป็นสากล ดังนั้นจึงใช้ในการจ่ายไฟให้กับสิ่งอำนวยความสะดวกขนาดใหญ่ที่มีผู้บริโภคที่ทรงพลัง อาคารที่อยู่อาศัย สำนักงาน และการบริหาร และโครงสร้างอื่นๆ
ในกรณีนี้ไม่จำเป็นต้องเชื่อมต่อผู้บริโภคทั้งสองประเภทที่ 380V และ 220V เลย ตัวอย่างเช่นในอาคารที่อยู่อาศัยส่วนใหญ่มักใช้เฉพาะเครื่องใช้ในครัวเรือนที่มีแรงดันไฟฟ้า 220 โวลต์เท่านั้น ในกรณีนี้ สิ่งสำคัญคือต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีโหลดที่สม่ำเสมอในทั้งสามเฟสโดยการกระจายกำลังการเชื่อมต่อไปยังแต่ละสายอย่างถูกต้อง ในอาคารอพาร์ตเมนต์สิ่งนี้รับประกันได้จากลำดับการเชื่อมต่ออพาร์ทเมนต์กับตัวนำเฟสแบบเซ ในบ้านส่วนตัว (หากมีอินพุต 380V) คุณจะต้องกระจายโหลดตามสายเฉพาะด้วยตัวเอง
ตอนนี้คุณรู้แล้วว่าแรงดันไฟฟ้าประเภทใดสามารถรับได้จากวงจรสามเฟสแล้วจะใช้วิธีใดในการเชื่อมต่อกับสายเคเบิลสี่คอร์ ความรู้นี้จะเป็นประโยชน์กับทั้งช่างไฟฟ้าและผู้บริโภคทั่วไป
คุณมักจะได้ยินเครือข่ายไฟฟ้าที่เรียกว่าสามเฟส สองเฟส หรือน้อยกว่านั้นคือเฟสเดียว แต่บางครั้งแนวคิดเหล่านี้ไม่ได้มีความหมายเหมือนกัน เพื่อไม่ให้สับสน เรามาดูกันว่าเครือข่ายเหล่านี้แตกต่างกันอย่างไร และเมื่อพูดถึงหมายถึงอะไร เช่น ความแตกต่างระหว่างกระแสสามเฟสและเฟสเดียว.
| เครือข่ายเฟสเดียว | เครือข่ายสองเฟส | เครือข่ายสามเฟส |
| กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ในวงจรปิด ดังนั้นจึงต้องจ่ายกระแสให้กับโหลดก่อนแล้วจึงส่งคืน เมื่อใช้ไฟฟ้ากระแสสลับ สายไฟที่จ่ายกระแสไฟฟ้าจะมีเฟส การกำหนดวงจรคือ L1 (A) อันที่สองเรียกว่าศูนย์ การกำหนด - N. ซึ่งหมายความว่าในการส่งกระแสเฟสเดียวคุณต้องใช้สายไฟสองเส้น เรียกว่าเฟสและศูนย์ตามลำดับ ระหว่างสายไฟเหล่านี้มีแรงดันไฟฟ้า 220 V. |
มีการส่งกระแสสลับสองกระแส แรงดันไฟฟ้าของกระแสเหล่านี้จะเลื่อนเฟสไป 90 องศา พวกมันส่งกระแสผ่านสายไฟสองเส้น: สองเฟสและสองสายที่เป็นกลาง มันมีราคาแพง ดังนั้นปัจจุบันจึงไม่ถูกสร้างขึ้นที่โรงไฟฟ้าและไม่ได้ส่งผ่านสายไฟ |
กระแสสลับสามกระแสถูกส่ง ในเฟสแรงดันไฟฟ้าจะเปลี่ยนไป 120 องศา ดูเหมือนว่าต้องใช้สายไฟหกเส้นในการส่งกระแสไฟฟ้า แต่ใช้การเชื่อมต่อแบบ "ดาว" ของแหล่งกำเนิดสามสาย (ประเภทของวงจรคล้ายกับตัวอักษรละติน Y) สายไฟสามเส้นเป็นแบบเฟส สายไฟหนึ่งเป็นกลาง ประหยัด. กระแสไฟฟ้าสามารถส่งผ่านในระยะทางไกลได้อย่างง่ายดาย สายเฟสคู่ใด ๆ มีแรงดันไฟฟ้า 380 V สายเฟสคู่และสายนิวทรัล - แรงดัน 220 V. |
ดังนั้นการจ่ายไฟให้กับบ้านและอพาร์ตเมนต์ของเราอาจเป็นแบบเฟสเดียวหรือสามเฟส
แหล่งจ่ายไฟเฟสเดียว
กระแสไฟฟ้าเฟสเดียวเชื่อมต่อกันในสองวิธี: 2 สายและ 3 สาย
- สายแรก (สองสาย) ใช้สายไฟสองเส้น อันหนึ่งส่งกระแสเฟส ส่วนอีกอันมีไว้สำหรับสายนิวทรัล ในทำนองเดียวกันแหล่งจ่ายไฟจะจ่ายให้กับบ้านเก่าเกือบทั้งหมดที่สร้างขึ้นในอดีตสหภาพโซเวียต
- ในส่วนที่สองจะมีการเพิ่มสายอื่นเข้าไป เรียกว่าการต่อสายดิน (PE) โดยมีวัตถุประสงค์คือเพื่อช่วยชีวิตมนุษย์และอุปกรณ์ไม่ให้พัง
แหล่งจ่ายไฟสามเฟส
การกระจายไฟสามเฟสทั่วทั้งบ้านทำได้สองวิธี: 4 สาย และ 5 สาย
- การเชื่อมต่อสี่สายทำด้วยสามเฟสและสายกลางหนึ่งเส้น หลังจากที่แผงไฟฟ้าใช้สายไฟสองเส้นเพื่อจ่ายไฟให้กับซ็อกเก็ตและสวิตช์ - หนึ่งในเฟสและศูนย์ แรงดันไฟฟ้าระหว่างสายไฟเหล่านี้คือ 220V
- การเชื่อมต่อห้าสาย - เพิ่มสายดินป้องกัน (PE)
ในเครือข่ายสามเฟส ควรโหลดเฟสให้เท่าๆ กันที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ มิฉะนั้นจะเกิดความไม่สมดุลของเฟส ผลลัพธ์ของปรากฏการณ์นี้ถือเป็นหายนะอย่างมากและไม่อาจคาดเดาได้สำหรับชีวิตมนุษย์และเทคโนโลยี
การเดินสายไฟฟ้าในบ้านแบบใดนั้นขึ้นอยู่กับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่สามารถรวมไว้ในนั้นได้
ตัวอย่างเช่น การต่อสายดินและดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีช่องเสียบที่มีหน้าสัมผัสสายดิน เมื่อเชื่อมต่อสิ่งต่อไปนี้กับเครือข่าย:
- เครื่องใช้ไฟฟ้ากำลังสูง - ตู้เย็น, เตาอบ, เครื่องทำความร้อน,
- เครื่องใช้ในครัวเรือนอิเล็กทรอนิกส์ - คอมพิวเตอร์โทรทัศน์ (จำเป็นต้องกำจัดไฟฟ้าสถิต)
- อุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องกับน้ำ - อ่างจากุซซี่ ห้องอาบน้ำ (น้ำเป็นตัวนำกระแสไฟฟ้า)
และในการจ่ายไฟให้กับมอเตอร์ (สำหรับบ้านส่วนตัว) จำเป็นต้องใช้กระแสไฟฟ้าสามเฟส
การต่อไฟเฟสเดียวและสามเฟสราคาเท่าไหร่?
ต้นทุนสำหรับวัสดุสิ้นเปลืองและการติดตั้งอุปกรณ์ยังได้รับการวางแผนโดยพิจารณาจากการเชื่อมต่อที่ต้องการมากที่สุด และถ้ามันยากที่จะคาดเดาราคาของซ็อกเก็ตสวิตช์โคมไฟ (ทั้งหมดขึ้นอยู่กับจินตนาการของคุณและนักออกแบบ) ราคางานติดตั้งก็ประมาณเดียวกัน- โดยเฉลี่ยนี่คือ:
- การประกอบแผงไฟฟ้าซึ่งมีการติดตั้งเซอร์กิตเบรกเกอร์ (12 กลุ่ม) และมิเตอร์เริ่มต้นที่ 80 ดอลลาร์
- การติดตั้งสวิตช์และซ็อกเก็ต $2-6
- ค่าติดตั้งสปอตไลท์ 1.5-5 เหรียญสหรัฐฯ ต่อหน่วย
โดยส่วนตัวแล้ว ฉันยังคิดถึงแผงโซลาร์เซลล์ด้วย - ฉันค้นคว้าข้อมูลเล็กน้อยเกี่ยวกับ http://220volt.com.ua ตอนนี้ฉันกำลังพยายามจัดโครงสร้างความคิดของฉันเกี่ยวกับวิธีการและจะทำอย่างไรกับการเชื่อมต่อของพวกเขา...
แรงดันไฟฟ้าเฟสและสาย การเชื่อมต่อแบบสตาร์และเดลต้า คุณมักจะได้ยินคำเหล่านี้ในบทสนทนาของช่างไฟฟ้ามืออาชีพ แต่ไม่ใช่ว่าช่างไฟฟ้าทุกคนจะรู้ความหมายที่แท้จริงของพวกเขา แล้วคำเหล่านี้หมายถึงอะไร? ลองคิดดูสิ
ในช่วงเริ่มต้นของการพัฒนาวิศวกรรมไฟฟ้า พลังงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและแบตเตอรี่ถูกส่งไปยังผู้บริโภคผ่านเครือข่าย DC ในสหรัฐอเมริกา ผู้ขอโทษหลักสำหรับแนวคิดนี้คือ Thomas Edison นักประดิษฐ์ที่มีชื่อเสียงและบริษัทพลังงานที่ใหญ่ที่สุดในเวลานั้น ซึ่งยอมจำนนต่ออำนาจของ "ยักษ์ใหญ่ด้านวิศวกรรม" ได้ดำเนินการดังกล่าวอย่างไม่ต้องสงสัย
อย่างไรก็ตามเมื่อมีคำถามเกิดขึ้นจากการสร้างเครือข่ายไฟฟ้าที่กว้างขวางของผู้บริโภคที่ขับเคลื่อนโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซึ่งตั้งอยู่ในระยะไกลซึ่งจำเป็นต้องสร้างสายส่งไฟฟ้าสายแรกโครงการของผู้อพยพชาวเซอร์เบียที่ไม่รู้จักในขณะนั้น Nikola Tesla ได้รับชัยชนะ
เขาเปลี่ยนแนวคิดของระบบจ่ายไฟอย่างรุนแรงโดยใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าและสายไฟฟ้ากระแสสลับแทนเครื่องคงที่ ซึ่งทำให้สามารถลดการสูญเสียพลังงาน การใช้วัสดุ และเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานได้อย่างมาก
ระบบนี้ใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟสที่สร้างโดย Tesla และการส่งพลังงานดำเนินการโดยใช้หม้อแปลงแรงดันไฟฟ้าที่คิดค้นโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย P. N. Yablochkov
วิศวกรชาวรัสเซียอีกคน M. O. Dolivo-Dobrovolsky ในอีกหนึ่งปีต่อมาไม่เพียงสร้างระบบจ่ายไฟที่คล้ายกันในรัสเซียเท่านั้น แต่ยังปรับปรุงให้ดีขึ้นอย่างมีนัยสำคัญอีกด้วย
Tesla ใช้สายไฟหกเส้นเพื่อสร้างและส่งพลังงาน Dobrovolsky เสนอให้ลดจำนวนนี้เหลือสี่โดยการปรับเปลี่ยนการเชื่อมต่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
ขณะทดลองสร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เขาได้คิดค้นมอเตอร์ไฟฟ้าแบบอะซิงโครนัสพร้อมโรเตอร์แบบกรงกระรอกซึ่งยังคงใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม
แนวคิดเรื่องเฟสมีเฉพาะในวงจรกระแสสลับไซน์ซอยด์เท่านั้น ในทางคณิตศาสตร์ กระแสดังกล่าวสามารถแสดงและอธิบายได้ด้วยสมการของเวกเตอร์ที่กำลังหมุน ซึ่งคงที่ที่ปลายด้านหนึ่งที่จุดกำเนิดของพิกัด การเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าของวงจรเมื่อเวลาผ่านไปจะเป็นการฉายภาพของเวกเตอร์นี้บนแกนพิกัด
ค่าของปริมาณนี้ขึ้นอยู่กับมุมที่เวกเตอร์อยู่กับแกนพิกัด พูดอย่างเคร่งครัด มุมเวกเตอร์คือเฟส
ค่าแรงดันไฟฟ้าจะวัดโดยสัมพันธ์กับศักย์ของโลกซึ่งเป็นศูนย์เสมอ ดังนั้นสายไฟที่มีแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับเรียกว่าเฟสและสายอื่นที่ต่อสายดินเรียกว่าศูนย์
มุมเฟสของเวกเตอร์เดี่ยวไม่ได้มีความสำคัญในทางปฏิบัติมากนัก - ในเครือข่ายไฟฟ้า มุมเฟสของเวกเตอร์ตัวเดียวจะหมุนได้ 360° ใน 1/50 วินาที มีประโยชน์มากกว่ามากคือมุมสัมพัทธ์ระหว่างเวกเตอร์สองตัว
ในวงจรที่เรียกว่า องค์ประกอบปฏิกิริยา: คอยล์, ตัวเก็บประจุ มันถูกสร้างขึ้นระหว่างเวกเตอร์ของค่าแรงดันและกระแส มุมนี้เรียกว่าการเปลี่ยนเฟส
หากขนาดของโหลดรีแอกทีฟไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไป การเปลี่ยนเฟสระหว่างกระแสและแรงดันจะคงที่ และด้วยความช่วยเหลือนี้ คุณจึงสามารถวิเคราะห์และคำนวณวงจรไฟฟ้าได้
ในศตวรรษที่ 19 เมื่อยังไม่มีทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับไฟฟ้าและมีการทดลองพัฒนาอุปกรณ์ใหม่ทั้งหมด ผู้ทดลองสังเกตเห็นว่าขดลวดที่หมุนในสนามแม่เหล็กคงที่ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าที่ปลายของมัน
จากนั้นปรากฎว่ามันเปลี่ยนแปลงไปตามกฎไซน์ซอยด์ หากคุณหมุนขดลวดหลายรอบ แรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วน นี่คือลักษณะที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเครื่องแรกปรากฏขึ้นซึ่งสามารถให้พลังงานไฟฟ้าแก่ผู้บริโภคได้
เทสลาในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่พัฒนาขึ้นสำหรับโรงไฟฟ้าพลังน้ำไนแอการาที่ใหญ่ที่สุดในขณะนั้นในสหรัฐอเมริกา ไม่ได้วางคอยล์เดียวแต่มีสามคอยล์ เพื่อให้ใช้สนามแม่เหล็กได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น
ในระหว่างการหมุนโรเตอร์หนึ่งครั้ง สนามแม่เหล็กของสเตเตอร์ถูกขดลวดสามขดลวดตัดกันในคราวเดียว เนื่องจากเอาต์พุตของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพิ่มขึ้นที่รากสามเท่าและเป็นไปได้ที่จะจ่ายพลังงานให้กับผู้บริโภคที่แตกต่างกันสามคนพร้อมกัน
ขณะทดลองกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดังกล่าว วิศวกรไฟฟ้าคนแรกสังเกตเห็นว่าแรงดันไฟฟ้าในขดลวดไม่เปลี่ยนแปลงพร้อมกัน ตัวอย่างเช่นเมื่อหนึ่งในนั้นถึงค่าสูงสุดที่เป็นบวก ในอีกสองมันจะเท่ากับครึ่งหนึ่งของค่าต่ำสุดที่เป็นลบและต่อไปเป็นระยะ ๆ สำหรับแต่ละขดลวด และสำหรับคำอธิบายทางคณิตศาสตร์ของระบบดังกล่าว ระบบที่มีการหมุนสามครั้ง เวกเตอร์ที่มีมุมสัมพัทธ์ระหว่างพวกมัน 120° เป็นสิ่งจำเป็นอยู่แล้ว
ต่อมาปรากฎว่าหากโหลดในวงจรขดลวดแตกต่างกันมากสิ่งนี้จะทำให้การทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแย่ลงอย่างมาก ปรากฎว่าในเครือข่ายสาขาขนาดใหญ่นั้นทำกำไรได้มากกว่าที่จะไม่ลากสายไฟสามเส้นไปยังผู้บริโภค แต่เพื่อเชื่อมต่อสามเฟสหนึ่งเข้ากับพวกเขาและในตอนท้ายของมันให้แน่ใจว่ามีการกระจายโหลดที่สม่ำเสมอในแต่ละเฟส
นี่เป็นโครงการที่ Dolivo-Dobrovolsky เสนออย่างชัดเจนเมื่อเทอร์มินัลหนึ่งขั้วจากแต่ละขดลวดทั้งสามของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเชื่อมต่อเข้าด้วยกันและต่อสายดินซึ่งเป็นผลมาจากศักยภาพของพวกมันจะเท่ากันและเท่ากับศูนย์และแรงดันไฟฟ้าจะถูกลบออกจาก อีกสามขั้วของขดลวด
โครงการนี้เรียกว่า "การเชื่อมต่อแบบดาว" ยังคงเป็นโครงการหลักในการจัดเครือข่ายไฟฟ้าสามเฟส
ลองหาว่าแรงดันเฟสคืออะไร
ในการสร้างเครือข่ายดังกล่าว จำเป็นต้องเดินสายส่งไฟฟ้าจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไปยังผู้บริโภค ซึ่งประกอบด้วยสายไฟสามเฟสและสายไฟกลางหนึ่งเส้น แน่นอนในเครือข่ายจริง เพื่อลดการสูญเสียในสายไฟ หม้อแปลงแบบ step-up และ step-down จะเชื่อมต่อที่ปลายทั้งสองของเส้นด้วย แต่สิ่งนี้จะไม่เปลี่ยนภาพที่แท้จริงของการทำงานของเครือข่าย
จำเป็นต้องใช้ลวดที่เป็นกลางเพื่อแก้ไขศักยภาพของเทอร์มินัลทั่วไปของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและส่งไปยังผู้บริโภคเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้นในแต่ละสายเฟส
ดังนั้นแรงดันเฟสจึงถูกสร้างขึ้นและวัดโดยสัมพันธ์กับจุดเชื่อมต่อทั่วไปของขดลวด - เส้นลวดที่เป็นกลาง ในเครือข่ายสามเฟสที่มีความสมดุล กระแสไฟฟ้าขั้นต่ำจะไหลผ่านเส้นลวดที่เป็นกลาง
ที่เอาต์พุตของสายไฟสามเฟสจะมีสายไฟสามเฟส: L1, L2, L3 และสายกลางหนึ่งเส้น - N ตามมาตรฐานยุโรปที่มีอยู่จะต้องมีรหัสสี:
- L1 - สีน้ำตาล;
- L2 - สีดำ;
- L3 - สีเทา;
- ยังไม่มีข้อความ - สีน้ำเงิน;
- สีเหลืองเขียวสำหรับสายดินป้องกัน
สายดังกล่าวถูกส่งไปยังผู้บริโภครายใหญ่รายใหญ่: สถานประกอบการ, ย่านในเมือง ฯลฯ แต่ตามกฎแล้วผู้บริโภคที่ใช้พลังงานต่ำไม่ต้องการแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าสามแห่งดังนั้นจึงเชื่อมต่อกับเครือข่ายเฟสเดียวซึ่งมีเฟสเดียวเท่านั้น และสายกลางหนึ่งเส้น
การกระจายโหลดที่สม่ำเสมอในแต่ละสายเฟสเดียวทั้งสามสายช่วยให้มั่นใจถึงความสมดุลของเฟสในระบบจ่ายไฟสามเฟส
ดังนั้นในการจัดระเบียบเครือข่ายเฟสเดียวจึงใช้แรงดันไฟฟ้าของสายไฟเฟสใดเส้นหนึ่งที่สัมพันธ์กับศูนย์ แรงดันไฟฟ้านี้เรียกว่าแรงดันไฟฟ้าเฟส
ตามมาตรฐานที่ใช้ในประเทศส่วนใหญ่สำหรับผู้บริโภคขั้นปลายควรเป็น 220 โวลต์ อุปกรณ์ไฟฟ้าในครัวเรือนเกือบทั้งหมดได้รับการคำนวณและผลิตขึ้นมา ในสหรัฐอเมริกาและบางประเทศในละตินอเมริกา แรงดันไฟฟ้ามาตรฐานสำหรับเครือข่ายเฟสเดียวคือ 127 V และในบางแห่ง 110 V
แรงดันไฟฟ้าของสายคืออะไร
ข้อดีของเครือข่ายเฟสเดียวคือสายไฟเส้นหนึ่งมีศักยภาพใกล้เคียงกับศักยภาพของโลก
ประการแรก ช่วยให้มั่นใจในความปลอดภัยทางไฟฟ้าของอุปกรณ์เมื่อมีสายไฟเฟสเดียวเท่านั้นที่อาจเสี่ยงต่อการเกิดไฟฟ้าช็อต
ประการที่สองรูปแบบดังกล่าวสะดวกสำหรับเครือข่ายการเดินสายการคำนวณและทำความเข้าใจการทำงานและการวัดผล ดังนั้นในการค้นหาสายเฟสคุณไม่จำเป็นต้องมีเครื่องมือวัดพิเศษก็เพียงพอที่จะมีไขควงตัวบ่งชี้
แต่คุณยังสามารถรับแรงดันไฟฟ้าเพิ่มเติมจากเครือข่ายสามเฟสได้หากคุณเชื่อมต่อโหลดระหว่างสายไฟสองเฟส จะมีค่าสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าเฟส เนื่องจากจะเป็นการฉายภาพบนแกนพิกัดไม่ใช่เวกเตอร์ตัวเดียว แต่เป็นเวกเตอร์สองตัว ซึ่งอยู่ที่มุม 120° ซึ่งกันและกัน
“น้ำหนักเพิ่ม” นี้จะเพิ่มขึ้นประมาณ 73% หรือ √3–1 ตามมาตรฐานที่มีอยู่ แรงดันไฟฟ้าเชิงเส้นในเครือข่ายสามเฟส ควรเท่ากับ 380 V.
อะไรคือความแตกต่างที่สำคัญระหว่างแรงดันไฟฟ้าเหล่านี้
หากมีการเชื่อมต่อโหลดที่เหมาะสมกับเครือข่ายดังกล่าว เช่น มอเตอร์ไฟฟ้าสามเฟส มันจะผลิตพลังงานกลมากกว่ามอเตอร์แบบเฟสเดียวที่มีขนาดและน้ำหนักเท่ากันอย่างมีนัยสำคัญ แต่คุณสามารถเชื่อมต่อโหลดสามเฟสได้สองวิธี ประการหนึ่งดังที่ได้กล่าวไปแล้วคือ "ดวงดาว"
หากขั้วเริ่มต้นของขดลวดทั้งสามของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือหม้อแปลงเชิงเส้นไม่ได้เชื่อมต่อเข้าด้วยกัน แต่แต่ละขั้วเชื่อมต่อกับขั้วสุดท้ายของขั้วถัดไปโดยสร้างสายโซ่อนุกรมจากขดลวดการเชื่อมต่อดังกล่าวเรียกว่า "สามเหลี่ยม ".
ลักษณะเฉพาะของมันคือไม่มีสายที่เป็นกลางและในการเชื่อมต่อกับเครือข่ายดังกล่าวคุณต้องมีอุปกรณ์สามเฟสที่เหมาะสมซึ่งโหลดที่เชื่อมต่อกันด้วย "สามเหลี่ยม"
ด้วยการเชื่อมต่อดังกล่าวเฉพาะแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้น 380 V เท่านั้นที่ทำหน้าที่ในการโหลด ตัวอย่างหนึ่ง: มอเตอร์ไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกับเครือข่ายสามเฟสในรูปแบบดาวโดยมีกระแสในขดลวด 3.3 A จะพัฒนากำลัง 2190 ว.
มอเตอร์ตัวเดียวกันที่เปิดในเดลต้าจะมีกำลังมากกว่าสามเท่า - 5570 W เนื่องจากกระแสเพิ่มขึ้นเป็น 10 A
ปรากฎว่าเมื่อมีเครือข่ายสามเฟสและมอเตอร์ไฟฟ้าเดียวกันเราสามารถได้รับพลังงานที่มากขึ้นกว่าการใช้เฟสเดียวอย่างมีนัยสำคัญและเพียงแค่เปลี่ยนแผนภาพการเชื่อมต่อเราจะเพิ่มกำลังขับของมอเตอร์ อีกสามครั้ง จริงอยู่ที่ขดลวดต้องได้รับการออกแบบเพื่อเพิ่มกระแสด้วย
ดังนั้นข้อแตกต่างที่สำคัญระหว่างแรงดันไฟฟ้าทั้งสองประเภทในเครือข่าย AC ดังที่เราพบคือขนาดของแรงดันไฟฟ้าในสายซึ่งมากกว่าแรงดันไฟฟ้าเฟส 3 เท่า ขนาดของแรงดันไฟฟ้าเฟสถือเป็นค่าสัมบูรณ์ของความต่างศักย์ระหว่างเส้นลวดเฟสกับโลก แรงดันไฟฟ้าของสายคือค่าสัมพัทธ์ของความต่างศักย์ระหว่างสายไฟสองเฟส
ในตอนท้ายของบทความมีวิดีโอสองเรื่องเกี่ยวกับการเชื่อมต่อกับดาวและสามเหลี่ยมสำหรับผู้ที่ต้องการเข้าใจรายละเอียดเพิ่มเติม
