Monivaihejärjestelmä - Polyphase system

Tämä artikkeli käsittelee sähkönjakelua. Katso samanniminen signaalinkäsittelykonsepti kohdasta Polyphase matrix .
Yksi kolmivaihejärjestelmän jännitesykli

Monivaihesuotimen järjestelmä on keino jakaa vaihtovirtamoottorin (AC) sähkötehon , jossa voimansiirto on vakio kunkin sähköisen aikana. AC -vaihe tarkoittaa vaihesiirron arvoa (asteina) AC: n välillä useissa johtavissa johtimissa; vaiheet voivat myös viitata vastaaviin liittimiin ja johtimiin, kuten värikoodeissa . Monivaihejärjestelmissä on kolme tai useampia jännitteisiä sähköjohtimia, jotka kuljettavat vaihtovirtoja, joissa on tietty vaihe kunkin johtimen jänniteaaltojen välillä; ja kolmen vaiheen jännitteen vaihekulma on 120 ° tai 2π / 3 radiaania (vaikka alussa järjestelmät, joita käytetään 4-johdin kaksi-vaihe ). Monivaihejärjestelmät ovat erityisen hyödyllisiä voiman siirtämiseksi sähkömoottoreille, joiden pyöriminen perustuu vaihtovirtaan. Yleisin esimerkki on kolmivaiheinen sähköjärjestelmä , jota käytetään teollisissa sovelluksissa ja voimansiirrossa . Verrattuna yksivaiheiseen, kaksijohtoiseen järjestelmään, kolmivaiheinen kolmijohtiminen järjestelmä lähettää kolme kertaa enemmän tehoa samalla johtimen koolla ja jännitteellä.

Järjestelmiä, joissa on enemmän kuin kolme vaihetta, käytetään usein tasasuuntaaja- ja tehomuunnosjärjestelmissä, ja niitä on tutkittu voimansiirrossa.

Vaiheiden lukumäärä

Kaupallisen sähkövoiman hyvin varhaisina aikoina jotkut laitokset käyttivät kaksivaiheisia nelijohdinjärjestelmiä moottoreille. Näiden tärkein etu oli se, että käämityskokoonpano oli sama kuin yksivaiheisella kondensaattorikäynnistysmoottorilla ja neljän johdinjärjestelmän avulla vaiheet olivat käsitteellisesti itsenäisiä ja helppoja analysoida tuolloin käytettävissä olevilla matemaattisilla työkaluilla.

Kaksivaiheiset järjestelmät voidaan toteuttaa myös kolmella johdolla (kaksi "kuumaa" ja yhteinen nolla). Tämä aiheuttaa kuitenkin epäsymmetriaa; jännitehäviö neutraalissa tekee vaiheista tarkasti 90 asteen.

Kaksivaiheiset järjestelmät on korvattu kolmivaiheisilla järjestelmillä. Kaksivaiheinen syöttö, jonka vaiheiden välissä on 90 astetta, voidaan johtaa kolmivaiheisesta järjestelmästä käyttäen Scott-kytkettyä muuntajaa .

Monivaihejärjestelmän on tarjottava tietty vaihekiertosuunta, jotta peilikuvajännitteitä ei lasketa vaihejärjestykseen. 3-johdinjärjestelmä, jossa on kaksi vaihejohdinta 180 asteen päässä toisistaan, on edelleen vain yksivaiheinen. Tällaisia ​​järjestelmiä kuvataan joskus jaettuina vaiheina .

Moottorit

Kolmivaiheinen sähkökone, jossa on pyörivät magneettikentät

Monivaiheteho on erityisen hyödyllinen vaihtovirtamoottoreissa , kuten induktiomoottorissa , jossa se tuottaa pyörivän magneettikentän . Kun kolmivaiheinen tai useampivaiheinen syöttö suorittaa yhden täyden syklin, kaksinapaisen / vaihemoottorin magneettikenttä on pyörinyt 360 ° fyysisessä tilassa; moottorit, joissa on enemmän kuin kaksi napaa vaihetta kohden, vaativat enemmän virtalähdesyklejä magneettikentän yhden fyysisen kierroksen suorittamiseksi, joten nämä moottorit toimivat hitaammin. Pyörivää magneettikenttää käyttävät induktiomoottorit keksivät itsenäisesti Galileo Ferraris ja Nikola Tesla, ja Mihail Dolivo-Dobrovolsky kehitti ne kolmivaiheisessa muodossa vuonna 1889. Aiemmin kaikki kaupalliset moottorit olivat tasavirtaa, kalliita kommutaattoreita , korkean huollon harjoja ja ominaisuudet eivät sovellu vaihtovirtaverkossa käytettäväksi. Monivaihemoottorit on helppo rakentaa, ne käynnistyvät itsestään ja niillä on vähän tärinää verrattuna yksivaiheisiin moottoreihin.

Korkeampi vaihejärjestys

Kun monivaiheinen teho on saatavilla, se voidaan muuntaa mihin tahansa haluttuun määrään vaiheita sopivalla muuntajien järjestelyllä. Siten yli kolmen vaiheen tarve on epätavallinen, mutta on käytetty korkeampia vaiheita kuin kolme.

Vuosina 1992-1995 New York State Electric & Gas käytti 1,5 mailia, joka muutettiin kaksipiirisestä 3-vaiheisesta 115 kV: n siirtolinjasta 93 kV: n 6-vaiheiseksi siirtolinjaksi. Ensisijainen tulos oli, että on taloudellisesti edullista käyttää olemassa olevaa kaksipiiristä 115 kV 3-vaihejohtoa 6-vaiheisena linjana yli 23–28 mailin etäisyyksillä.

On ehdotettu monivaiheisia sähköntuotantomalleja, joissa on 5, 7, 9, 12 ja 15 vaihetta yhdessä tuuliturbiinien käyttämien monivaiheisten induktiigeneraattoreiden (MPIG) kanssa. Induktiigeneraattori tuottaa sähköä, kun sen roottoria käännetään nopeammin kuin synkroninen nopeus . Monivaiheisessa induktiogeneraattorissa on enemmän navoja ja siksi pienempi synkroninen nopeus. Koska tuuliturbiinin pyörimisnopeus voi olla liian hidas huomattavalle osalle sen toimintaa tuottamaan yksivaiheista tai jopa kolmivaiheista vaihtovirtaa, korkeammat vaihejärjestykset mahdollistavat järjestelmän kaapata suuremman osan pyörimisenergiasta sähköteholla .

Korkea-vaihejärjestys (HPO) -voimansiirtoa on usein ehdotettu keinona lisätä siirtokapasiteettia rajoitetun leveyden tiellä . Tarvittava johdinväli määräytyy vaihe-vaihejännitteiden perusteella, ja kuusivaiheisella teholla on sama jännite vierekkäisten vaiheiden välillä kuin vaiheen ja neutraalin välillä. Kuitenkin jännitteet vierekkäisten vaihejohtimien välillä lisääntyvät, kun ero kasvaa johtimien vaihekulmien välillä. Johtimet voidaan järjestää siten, että vierekkäiset vaiheet ovat erillään vierekkäisistä vaiheista.

Tämä mahdollistaa olemassa olevan kaksipiirisen siirtolinjan siirtää enemmän tehoa minimaalisella muutoksella olemassa olevaan kaapelilaitokseen. Tämä on erityisen taloudellista, kun vaihtoehtona on päivittää olemassa oleva erittäin korkeajännitteinen (EHV, yli 345 kV vaihe-vaihe) siirtolinja erittäin korkean jännitteen (UHV, yli 800 kV) standardeihin.

Sitä vastoin kolmivaiheisen tehon vaihejännitteet ovat √ 3 = 1,732 kertaa vaihe-neutraali-jännite.

Katso myös

Viitteet

  1. ^ Ensimmäinen monivaihejärjestelmä: katsaus kaksivaiheiseen virtalähteeseen AC-jakelua varten, IEEE Power and Energy Magazine (Volume: 2, Issue: 2, maaliskuu-huhtikuu 2004) [1]
  2. ^ Terrell Croft, American Electricians 'Handbook, Sixth Edition , McGraw Hill, 1948, s.54–57
  3. ^ Ion Boldea, Syed Abu Nasar, Induktiokoneen käsikirja - CRC Press, 2002, sivu 2
  4. ^ "Korkea vaihejärjestyksen lähetyksen esittely" (PDF) . CERC-Reactors.com . NY State Electric & Gas.
  5. ^ Longo, Vito (1. heinäkuuta 2011). "Korkea vaihe?" . Lähetys- ja jakelumaailma .

Lue lisää