Dreiphasenspannung wird häufig von einem Dreiphasen-Wechselstromgenerator (oder Wechselstromgenerator) mit der unten gezeigten Konfiguration erzeugt. Er besteht aus einem rotierenden Teil, einem Magneten (Rotor), und einer stationären Wicklung (Stator).
Die von diesem Generator erzeugten Wellenformen werden wahrscheinlich
In unserer modernen Industrie sind größere Maschinen im Masseneinsatz keine Seltenheit. Dreiphasenmotoren werden aufgrund ihrer effizienten Kraftübertragung und ihrer Einfachheit im Vergleich zu drei kombinierten Einphasenmotoren häufig eingesetzt.
Da wir jedoch drei Einphasenmotoren in einen Dreiphasenmotor integrieren, müssen Motorantrieb, Stromkreis und Stabilität verbessert werden. Für Stabilität benötigen wir eine stabile Dreiphasenspannung und einen stabilen Dreiphasenstrom, um einen ausgeglichenen Dreiphasenstrom zu erzeugen. In diesem Artikel lernen wir etwas über ausgeglichene Dreiphasenspannung.
Ausgeglichenes Dreiphasensystem
Ein ausgeglichenes Dreiphasensystem ist unerlässlich, damit unsere Geräte effizient Energie liefern und eine lange Lebensdauer haben. Ein unausgeglichenes Dreiphasensystem (zusammen mit harmonischen Störungen) verringert wahrscheinlich dessen Effizienz und Lebensdauer.
Wie wir bereits über die Leistungsfaktorkorrektur gelernt haben, berechnen uns viele Länder Scheinleistung (VA) statt Wirkleistung (W), da unsere Geräte auch Blindleistung erzeugen, die unsere Energieverschwendung erhöht. Diese Blindleistung ist keine nutzbare Energie, sondern reine Verschwendung und beeinträchtigt die Zuverlässigkeit unserer Geräte.
In einem ausgeglichenen Dreiphasensystem sind die drei Phasen der Versorgung untereinander gleich, und auch die Stromaufnahme jeder Phase ist gleich. Dies bedeutet, dass nicht nur die Versorgung ausgeglichen ist, sondern auch die Last.
Wir lernen nun zunächst das Einfachste kennen: ausgeglichene Dreiphasen Lasten.
Wir verwenden voll induktive Lasten, da wir uns hier auf eine dreiphasige Spannung konzentrieren, die einen Drehstrommotor speist. Elektromotoren bestehen aus Wicklungen, die eine Induktivität darstellen.
Unten ist eine ausgeglichene Dreiphasen Last dargestellt.
In einem symmetrischen Dreiphasensystem sind sowohl die gesamte elektrische Spannung als auch der gesamte Strom im Stromkreis einfach die Summe der elektrischen Spannung und des Stroms jeder Phase. Dies erfüllt das Kirchhoffsche Spannungsgesetz und das Kirchhoffsche Stromgesetz.
Die Summe der an jedem Knoten ein- und austretenden elektrischen Ströme ist Null.
Die Summe der elektrischen Spannung in einem geschlossenen Kreis ist Null.
In einem symmetrischen Dreiphasenstrom Kreis sind sowohl die neutrale elektrische Spannung als auch der Strom Null.
Ausgeglichene Dreiphasenspannung
Bei symmetrischer Dreiphasenspannung handelt es sich um einen Dreiphasen wechselstromkreis mit drei einphasigen Sinuswellenformen, die in Amplitude und Frequenz gleich, aber um 120° zueinander versetzt sind. Mit Phase A als Referenz kann sie der anderen Spannung (B und C) vor- oder nacheilen.
Wie beim oben dargestellten Dreiphasengenerator sind die Wicklungen um 120° versetzt. Dadurch ist die Erzeugung einer Dreiphasenspannung möglich.
Die Paare a-a’, b-b’ und c-c’ sind mechanisch um 120° versetzt um den Stator angeordnet.
Wenn sich der Rotor dreht, unterbricht sein Magnetfeld den Fluss der drei Spulen und induziert Spannungen in den Spulen.
Da die Spulen um 120° versetzt angeordnet sind, ist die induzierte Spannung in den Spulen gleich groß, aber um 120° phasenverschoben.
In einem Dreiphasen Stromkreis sind die Phasenspannungen stets um 120° zueinander verschoben. Gehen wir davon aus, dass die Lasten bereits ausgeglichen sind, ist auch der elektrische Strom in jeder Phase ausgeglichen.
Die folgende Abbildung zeigt die ausgeglichene Dreiphasenspannung, deren Betrag und Frequenz gleich sind und die um 120° zueinander verschoben ist.
Um zu beweisen, dass das Kirchhoffsche Spannungsgesetz in einer ausgeglichenen Dreiphasenspannung erfüllt ist, betrachten Sie die folgende Grafik.
Man kann sagen, dass die Summe der dreiphasigen Spannungen an jedem Punkt immer Null ist. Beispielsweise ist Va gleich der Summe von Vb und Vc.
Ein Dreiphasensystem entspricht drei Einphasen Stromkreisen. Die Spannungsquellen können entweder in Sternschaltung (links) oder in Dreieckschaltung (rechts) geschaltet sein, wie unten dargestellt.
Analysieren wir zunächst kurz die sterngeschaltete Spannungsquelle. Die Spannungen im Stromkreis sind Van, Vbn und Vcn und liegen jeweils zwischen den Leitungen a, b und c sowie dem Neutralleiter n.
Diese Phasenspannungen haben gleiche Amplitude und Frequenz mit einer Phasenverschiebung von 120° zueinander. Gehen wir von symmetrischen Spannungen aus, daher
Es kommt zu dem Schluss, dass
Symmetrische Phasenspannungen sind in ihrer Größe gleich und zueinander um 120° phasenverschoben.
Wie definiert man eine dreiphasige symmetrische Versorgung mit einem Zeigerdiagramm?
Da die dreiphasigen Spannungen um 120° zueinander verschoben sind, lässt sich ihre Reihenfolge nicht bestimmen. Sie kann Van, Vbn, Vcn oder Van, Vcn, Vbn sein. Diese beiden Reihenfolgen sind jedoch korrekt, wie unten dargestellt.
Wir verwenden die abc-Reihenfolge oder das Mitsystem, wobei Van vor Vbn und Vbn vor Vcn steht.
Van → Vbn → Vcn
Diese Sequenz entsteht, wenn sich der Rotor in der obigen Abbildung gegen den Uhrzeigersinn dreht. Die mathematischen Ausdrücke lauten:
Dabei ist Vp die Effektivspannung.
Dreht sich der Rotor im Uhrzeigersinn, entsteht ein Wechselstrom- oder Gegensystem. Van eilt Vcn voraus, Vcn wiederum Vbn.
Van → Vcn → Vbn
Die mathematischen Ausdrücke sind:
Um zu beweisen, dass das Kirchhoffsche Spannungsgesetz gültig ist
Wir kommen zu folgendem Schluss:
Die Phasenfolge ist die zeitliche Reihenfolge, in der die Spannungen ihre jeweiligen Maximalwerte durchlaufen.
Beachten Sie, dass für eine ausgeglichene Dreiphasen Versorgung ein ausgeglichener Dreiphasenstrom erforderlich ist. Dieser kann erreicht werden, wenn unser Dreiphasen Kreis sowohl eine ausgeglichene Dreiphasenspannung als auch eine ausgeglichene Dreiphasen Last aufweist.
Da sowohl die Dreiphasen Quelle als auch die Dreiphasen Last entweder in Stern- oder Dreieckschaltung geschaltet werden können, ergeben sich vier Anschlussmöglichkeiten:
- Symmetrische Stern-Stern-Schaltung
- Symmetrische Stern-Dreieck-Schaltung
- Symmetrische Dreieck-Dreieck-Schaltung
- Symmetrische Dreieck-Stern-Schaltung
Beispiel für symmetrische Dreiphasenspannung
Bestimmen Sie die Phasenfolge der Spannungen
Antwort:
Die Spannungen können in Zeigerform ausgedrückt werden als
Wir bemerken, dass Van Vcn um 120° voraus ist und Vcn wiederum Vbn um 120° voraus ist. Daher haben wir eine acb-Sequenz.
Abschluss
Eine symmetrische Dreiphasenspannung besteht aus drei einphasigen Spannungen mit gleichem Betrag und gleicher Frequenz, die um 120° zueinander verschoben sind.
Gleicher Betrag bedeutet, dass Spitzen- und Effektivspannung jeder Phase an jedem Punkt den gleichen Wert aufweisen.
Gleiche Frequenz bedeutet, dass sie mit der gleichen Frequenz schwingen. Ihre Pulsbreiten sind gleich.
120° Phasenverschiebung bedeutet, dass ihre Startpunkte um 120° voneinander abweichen und es Vor- und Nacheilungen zwischen den Phasen gibt.
Symmetrische Last bedeutet, dass die Lastimpedanzen aller an die Dreiphasen Spannungsquellen angeschlossenen Phasen identisch sind.
Häufig gestellte Fragen
Was ist eine symmetrische Dreiphasenspannung?
Eine symmetrische Dreiphasenspannung ist ein Dreiphasenwechselstrom Kreis mit drei einphasigen sinusförmigen Wellenformen, die gleiche Amplitude und Frequenz aufweisen, aber um 120° zueinander verschoben sind. Mit Phase A als Referenz kann sie der anderen Spannung (B und C) vor- oder nacheilen.
Was ist ein symmetrischer und ein unsymmetrischer Dreiphasenstrom Kreis?
Im Gegensatz zum symmetrischen Dreiphasenstromkreis ist ein unsymmetrischer Dreiphasenstromkreis ein Dreiphasenstromkreis, bei dem Spannung, Stromstärke oder Last ungleiche Amplitude oder Frequenz aufweisen.
Warum sollten dreiphasige Systeme symmetrisch sein?
Ein symmetrisches Dreiphasensystem hält den Strom stabil und verbessert die Leistungsübertragung von der Versorgung zur Last. Eine höhere Nennleistung bedeutet weniger Energieverlust und verlängert die Lebensdauer unserer Geräte.
Was verursacht eine Dreiphasen Spannungsunsymmetrie?
Eine Dreiphasen Spannungsunsymmetrie in einem Dreiphasenwechselstrom Kreis kann auftreten, wenn die Lasten nicht zueinander symmetrisch sind. Dies führt dazu, dass die Spannungsamplituden der einzelnen Phasen voneinander abweichen können.