RP-Energie-Lexikon - trojfázový prúd, trojfázový striedavý prúd, vedenia vysokého napätia, hviezdicové napätie,
Definícia: striedavý elektrický prúd, ktorý kmitá v rôznych líniách (fázach) s časovým oneskorením
Anglicky: rotary current, polyphase current
Originálna tvorba: 26.04.2010; posledná zmena: 25.08.2020
Pojem trojfázový prúd znamená vo väčšine prípadov trojfázový striedavý prúd. Tu sa tri (alebo štyri) namiesto dvoch liniek používajú na prenos troch striedavých prúdov, ktoré oscilujú s časovým posunom (fázový posun). V európskej sieti je frekvencia týchto kmitov (t.j. počet kmitov za sekundu) 50 Hz, v USA je to 60 Hz.
V prípade trojfázového prúdu pre domácnosť v Európe sa napájajú tri fázy, to znamená tri vedenia s napätím 230 V (predtým 220 V) (efektívna hodnota) v porovnaní s potenciálom zeme, daným neutrálnym vodičom (N). Tieto napätia sa označujú ako hviezdicové napätie alebo fázové napätie. Fázy sú označené L1, L2 a L3, často tiež po staršom systéme s R, S a T. Zodpovedajúce pripojenia k zariadeniu sú označené ako U, V a W. Fázový rozdiel elektrického napätia medzi dvoma fázami je v každom prípade 360 °/3 = 120 °.
Efektívna hodnota napätia medzi dvoma fázovými vedeniami ((externým) sieťovým napätím alebo trojuholníkovým napätím) je približne 400 V (predtým 380 V) pre trojfázový striedavý prúd; toto je hviezdne napätie vynásobené druhou odmocninou 3. (Pomer trojuholníkového napätia k hviezdicovému napätiu sa označuje ako faktor zreťazenia a je druhou mocninou 3 pre trojfázový striedavý prúd, t. j. približne 1,73.) Ak napätie trojfázového vedenia (napr. vysokonapäťové vedenie) sa zvyčajne rozumie efektívna hodnota napätia medzi fázami, nie hviezdicové napätie.
Pre trojfázové spotrebiče (napr. Trojfázové motory) a ďalšie zariadenia sú svorky pripojené k fázam L1, L2 a L3 označené U, V a W.
Hviezdne pripojenie a trojuholníkové pripojenie
Ak sú každý tri spotrebiče pripojení k fáze a k zemi, jeden hovorí o hviezdicovom pripojení (pozri obrázok 3 vľavo). Každý spotrebiteľ má potom efektívne napätie Ueff = 230 V (v sieti nízkeho napätia, pozri obrázok 2). Ak predpokladáme, že každý spotrebiteľ odoberá čistý aktívny výkon (tj. Nespôsobuje reaktívne prúdy) pri sile prúdu I.eff, tak isto aj výkon na spotrebiteľa = Ueff I.eff a celková produkcia je trikrát vyššia. V tejto symetrickej situácii nie je neutrálny vodič zaťažený prúdom, pretože tam sa prúdy troch spotrebiteľov navzájom rušia. Takže iba tri vedenia sú zaťažené prúdom a mohol by sa vynechať aj nulový vodič. Ak by mali byť všetci traja spotrebitelia napájaní striedavým napätím osobitne, bolo by potrebných šesť káblov pre rovnaký celkový výkon, teda dvakrát toľko materiálu. Vodičové káble sa pri trojfázovom prúde používajú podstatne lepšie ako pri jednofázovom striedavom prúde.
Trojuholníkové pripojenie (obrázok 3 vpravo) znamená, že každý z troch spotrebiteľov je pripojený k dvom fázam (a nie k uzemňovaciemu vodiču). Každý spotrebiteľ potom „vidí“ vyššie efektívne napätie 400 V, takže celkový výkon je vyšší o druhú odmocninu 3 (približne 1,732) pri rovnakej intenzite prúdu v spotrebiteľoch. Rovnakým faktorom je však tiež vyššie súčasné zaťaženie napájacích vedení. (Upozorňujeme, že v tomto prípade je každá fázová linka zaťažená prúdmi od dvoch spotrebiteľov, aj keď medzi týmito dvoma jednotkami existuje aspoň fázový posun.) Preto prenos rovnakého výkonu s trojuholníkovým alebo hviezdicovým pripojením vyžaduje rovnakú intenzitu prúdu v napájacích vedeniach.
Viac podrobností nájdete v článkoch o hviezdnom a trojuholníkovom pripojení.
Trojvodičové a štvorvodičové systémy
Ak trojfázový spotrebiteľ zaťaží tieto tri fázy symetricky, v nulovom vodiči nie je žiadny prúd. Potom je často možné, dokonca aj pri hviezdicovom zapojení, neutrálny vodič vôbec nepripojiť, t. J. Namiesto štyroch vedení položiť iba tri. (Pripojenie do trojuholníka rovnako nepotrebuje nulový vodič.)
Pokiaľ ide o prenos energie, je bežné používať také trojvodičové systémy na vysokej a strednej úrovni napätia (→ úrovne napätia). Jeden sa snaží realizovať operáciu, ktorá je čo najpresnejšie symetrická, t.j. H. s malým nevyváženým zaťažením. Na druhej strane tam, kde je ťažké vyhnúť sa významným nevyváženým zaťaženiam, sa na nízkej úrovni napätia všeobecne používajú aspoň v Európe štvorvodičové systémy. Výhodou je tiež to, že ponúkajú dve rôzne napätia: hviezdne napätie a trojuholníkové napätie. Väčšina spotrebiteľov v domácnostiach používa hviezdicové napätie.
Možným dôsledkom nevyváženého zaťaženia je výskyt posunu neutrálneho bodu, pokiaľ tomu nezabráni uzemnenie. Posun neutrálneho bodu znamená, že neutrálny bod už nie je na potenciáli zeme, ale má proti nemu určité napätie. Výsledkom je prepätie medzi hviezdnym bodom a najmenej jednou z fáz, ktoré za určitých okolností môže viesť k zničeniu zariadenia.
Konzistentný celkový výkon
Celkový výkon prenášaný v trojfázovom systéme je konštantný v priebehu času pri symetrickej prevádzke a sínusových prúdoch. Služby v jednotlivých fázach pulzujú, ale časovo sa navzájom posúvajú, takže celkový výkon zostáva konštantný. To znamená z. B. že trojfázový motor môže na rozdiel od jednofázového striedavého motora poháňať svoje zaťaženie približne konštantným krútiacim momentom. To je veľká výhoda v mnohých aplikáciách.
Smer rotácie
Usporiadanie troch fáz (ak predpokladáme obvyklý 3-fázový systém) zodpovedá určitému smeru otáčania. Podľa VDE 0100, časť 550, 1988-04 musia byť trojfázové zástrčkové zariadenia zapojené tak, aby pri pohľade do zásuvky vzniklo správne urgentné pole. To znamená, že fáza vodiča je posunutá o 120 ° v porovnaní s fázou, ktorá je od neho vľavo v smere otáčania, takže vždy o tretinu neskôr dosiahne maximálne napätie.
Pre niektorých spotrebiteľov, napríklad pre pece, je smer otáčania irelevantný. V trojfázovom motore je to však dôležité, pretože určuje smer, ktorým sa bude rotor otáčať. Uvedená norma je preto nevyhnutná na dosiahnutie požadovaného smeru otáčania; nie je to stanovené v konštrukcii motora.
Na kontrolu smeru otáčania je možné použiť prístroj na meranie točivého poľa a pomocou špeciálnych adaptérov je možné zmeniť smer otáčania bez nutnosti prepracovania pripojení. Jednoducho navzájom zameníte dve fázy.
Komplexné výpočty čísel
Pre výpočty v súvislosti s trojfázovým prúdom je často výhodné použiť komplexné čísla. Tu predstavuje jediné komplexné číslo úplnú krivku sínusového napätia z. B. na fázu na zem alebo na rozdiel napätia medzi dvoma fázami. Obsahuje preto informácie o amplitúde a fáze (časovej polohe) príslušnej oscilácie. To isté možno urobiť pre prúdy, pokiaľ majú tiež sínusový tvar. Spojenie medzi silou napätia a prúdu sa ustanovuje pomocou komplexných impedancií, ktoré sa tiež zaoberajú javom reaktívnych prúdov.
Usmernenie trojfázového prúdu
V niektorých prípadoch musí byť jednosmerný prúd generovaný z trojfázového prúdu, pre ktorý sa používa takzvaný usmerňovač. V porovnaní s použitím fázového striedavého prúdu je často významnou výhodou skutočnosť, že zvlnenie generovaného jednosmerného napätia je výrazne nižšie: Jednosmerné napätie nikdy neklesne na nulu, ale (pri trojfázovom striedavom prúde a použití obvyklého šesťpulzného usmerňovača) iba o niekoľko percent Špičkové napätie.
AC a trojfázové zásuvky v domácnostiach a podnikoch
Jednotlivé zásuvky striedavého prúdu v domácnosti sú pripojené iba k jednej z fáz (vonkajší vodič) a k nulovému vodiču a ochrannému vodiču, zatiaľ čo trojfázové zásuvky (v Nemecku: trojfázové konektory CEE podľa normy IEC 60309) ponúkajú všetky tri fázy a nulový vodič a ochranný vodič. Sú určené na pripojenie obzvlášť výkonných zariadení, napr. B. výkonných elektrických motorov a nabíjačiek pre elektrické automobily. Existujú rôzne verzie s rôznymi maximálnymi prúdmi (16 A, 32 A, 63 A, 125 A), ktoré majú zámerne mierne odlišné geometrické detaily, takže do seba zapadajú iba zástrčky a zásuvky (alebo spojky), ktoré sú určené pre rovnaký výkon. Najbežnejšie sú červené konektory s prepojeniami 3L + N + PE, t. J. 3 fázové vodiče (L), nulový vodič (N) a ochranný vodič (zemný potenciál, PE).
Ak trojfázová zásuvka z. B. môže dodávať 32 A, výsledkom je maximálny výkon približne 3 · 230 V · 32 A = 22 kW, čo je šesťkrát viac ako v prípade jednofázovej zásuvky s prúdom 16 A, ktorá poskytuje maximum 3,7 kW. Skutočnosť, že máte iba tri fázové vedenia, prináša faktor 3 a ďalšie zdvojnásobenie znamená dvojnásobnú silu prúdu 32 A. Ak sa výkon počíta pomocou napätia medzi fázami namiesto hviezdicového napätia, prefaktor samozrejme nie je 3, ale Druhá odmocnina z 3.
Elektrické sporáky, elektrické tepelné čerpadlá a elektrické akumulačné kúrenie sú tiež väčšinou pripojené ku všetkým trom fázam, ale väčšinou sú drôtové a nie cez zásuvku.
Okrem nulového vodiča existuje ochranný vodič pre trojfázový a striedavý prúd, ktorý je rovnako ako nulový vodič pripojený k potenciálu zeme, ale má inú funkciu. B. elektricky vodivý kryt prístrojov pripojených tak, aby ani v prípade porúch v prístroji, kryt nikdy nemohol dostať nebezpečné napätie na zem.
Trojfázový prúd v dodávke energie
Dnes je takmer celé napájanie elektrickou energiou založené na nízkofrekvenčnom trojfázovom prúde, ktorého fázy je možné jednotlivo použiť ako striedavý prúd. To znamená, že prakticky všetky elektrárne obsahujú trojfázové generátory a napájajú nimi energetické siete. Väčšina vysokonapäťových vedení prenáša trojfázový prúd, aj keď vysokonapäťový jednosmerný prúd (HVDC) sa čoraz viac používa pre spojenie typu bod-bod s vysokým výkonom. Transformátory môžu pracovať s trojfázovým prúdom alebo so striedavým prúdom pre jednotlivé fázy.
Trate ako napr B. Deutsche Bahn nepoužívajú trojfázový prúd, ale samostatnú jednofázovú sieť striedavého prúdu na trakčný prúd.
Rovnako ako pri jednofázovom striedavom prúde, aj pri trojfázovom prúde dochádza k javu reaktívnych prúdov. To často vyžaduje ďalšie technické vybavenie, najmä na kompenzáciu jalového výkonu, a môže to viesť k ďalším stratám energie.
Pokiaľ je to možné, všetky tri fázy by mali byť zaťažené rovnako, t.j. H. človek sa snaží vyhnúť silnému nevyváženému zaťaženiu. Môže to konkrétne viesť k zvýšenému zaťaženiu komponentov napájacieho zdroja, napríklad synchrónnych generátorov.
Trojfázový prúd v Severnej Amerike
V Severnej Amerike sa trojfázový prúd tiež veľa používa pre vyššie výkony, ale existujú značné rozdiely v porovnaní so situáciou v Európe:
- Väčšina domácností nie je napájaná trojfázovým prúdom, ale iba jednofázovým striedavým prúdom, niekedy dvoma protichodnými fázami (jednofázový trojvodičový systém). To isté často platí pre malé podniky. Prevádzka trojfázových motorov potom bez ďalšej technológie minimálne nie je možná. Výsledkom je navyše väčšie nevyvážené zaťaženie.
- Existujú rôzne upravené trojfázové systémy (napr. Trojfázová delta, trojfázová delta s vysokou nohou, TEE), ktoré nefungujú so stredom uzemnenej hviezdy, ako v Európe. Jednotlivé fázy potom môžu mať veľmi rozdielne napätia voči zemi. V niektorých prípadoch sa práce vykonávajú aj bez nulového vodiča, to znamená s trojvodičovými systémami.
Rozšírenie rôznych systémov môže značne skomplikovať inštalácie a ich údržbu a priemyselné podniky nemôžu byť ľahko uvedené do prevádzky na inom mieste, ak sú odlišné podmienky. Na prispôsobenie je často potrebná ďalšia technológia.
Trojfázový prúd pre elektrické vozidlá
U elektromobilov sa trojfázový prúd vyskytuje v dvoch rôznych kontextoch: vo vnútri vozidla (bez priameho významu pre používateľa) a pri nabíjaní batérie.
Batéria vozidla musí byť nabitá jednosmerným prúdom, ktorý sa získava usmerňovačom buď v automobile, alebo v nabíjacej stanici:
- Jednoduché nabíjačky, ako sú napríklad zabudované do množstva elektromobilov, fungujú iba v jednej fáze, t. H. používajú iba jednu z troch fáz, aj keď sa použije napríklad nabíjací kábel typu 2. Pretože napríklad v Nemecku v týchto prípadoch nie je možné nabíjať viac ako 20 A z dôvodu nevyváženého zaťaženia, je nabíjací výkon obmedzený na 230 V · 20 A = 4,6 kW. V nabíjacej stanici, ktorá nemá toto obmedzenie, sa dá vozidlo za určitých okolností nabíjať rýchlejšie - zvyčajne to však nie je rýchlejšie, pretože aj pri 32 A je možné iba asi 7,4 kW.
- Trojfázové nabíjačky sú bežné pre stacionárne nabíjacie stanice, sú však zabudované aj do niektorých vozidiel. Pri rovnakom prúde vodiča to potom umožňuje trojnásobný nabíjací výkon - napr. B. 20,7 kW s 30 A.
Vo vnútri vozidla sa často používa jeden alebo viac trojfázových elektromotorov (trojfázové motory); môžu to byť synchrónne motory aj asynchrónne motory. Pretože batérie dodávajú jednosmerný prúd, musí sa trojfázový prúd generovať pomocou vhodného trojfázového meniča. Na rozdiel od energetických sietí sa tu zvyčajne používa premenlivá frekvencia a napätie trojfázového prúdu podľa príslušnej rýchlosti motora. Počas rekuperácie (rekuperácia brzdnej energie) sa generuje jednosmerný prúd opäť pomocou usmerňovača na nabíjanie batérie.
Otázky a komentáre čitateľov
Tu môžete navrhnúť otázky a komentáre na zverejnenie a zodpovedanie. Autor knihy RP-Energie-Lexikon rozhodne o prijatí podľa určitých kritérií. V podstate ide o to, že záležitosť je predmetom širokého záujmu.
Ak tu získate pomoc, možno budete chcieť láskavosť vrátiť darom, ktorým podporíte ďalší rozvoj energetického slovníka.
Ochrana údajov: Nezadávajte sem žiadne osobné údaje. Aj tak by sme ich nezverejnili a čoskoro by sme ich vymazali. Prečítajte si tiež naše pravidlá ochrany osobných údajov.
Ak potrebujete osobnú spätnú väzbu alebo radu od autora, napíšte mu ho e-mailom.
Odoslaním vyjadrujete súhlas so zverejnením svojich záznamov tu v súlade s našimi pravidlami.
Rozumel som všetkému?
Otázka: Ktoré z nasledujúcich tvrdení sú správne?
Otázka: Prečo môžu trojfázové zásuvky v dome zvyčajne čerpať podstatne viac energie ako zásuvky so striedavým prúdom?
Správne odpovede: (a) a (c)
Otázka: Prečo sú silné elektromotory často prevádzkované s trojfázovým prúdom namiesto jednofázového striedavého prúdu?
Správne odpovede: (a) a (b)
Ak sa vám tento web páči, dajte o tom vedieť svojim priateľom a kolegom - napr. B. prostredníctvom sociálnych médií kliknutím sem:
Tieto tlačidlá zdieľania sú nastavené spôsobom, ktorý je priateľský k ochrane údajov!
Kód odkazov na iné webové stránky
Ak chcete umiestniť odkaz na tento článok inde (napr. Na svoje webové stránky, sociálne médiá, diskusné fóra alebo Wikipedia), kód nájdete tu. Takéto odkazy môžu napr. B. byť veľmi užitočné pre slovné vysvetlenia.
Odkaz HTML na tento článok:
S obrázkom ukážky (pozri rámček priamo nad týmto):
Ak si myslíte, že je vhodné umiestniť na Wikipédiu odkaz, napr. B. v časti „== Webové odkazy ==“:
Exponenciálny rast
Chceli by ste to konečne pochopiť,
- čo je to vlastne exponenciálny rast,
- - za akých okolností k nej dôjde, a -
- aké základné vlastnosti má?
Náš článok „Exponenciálny rast - vysvetlený spôsobom, ktorý je zrozumiteľný pre laikov“ je vzrušujúcim a poučným čítaním!
Dôležité okolnosti sú starostlivo vysvetlené na príkladoch - v témach ako je množenie baktérií, epidémie (kríza s koronavírusmi!), Kapitálové investície, atómové bomby, jadrové reaktory a laserová technológia.