Driefasenspanning wordt vaak gegenereerd door een driefasen wisselstroom generator (of alternator) met een configuratie die hieronder wordt weergegeven. Het heeft een roterend deel gemaakt van een magneet als rotor en een stationaire wikkeling als stator.
De golfvormen die door deze generator worden gegenereerd, zullen waarschijnlijk zijn:
In onze moderne industriële tijd zijn grotere machines niet ongewoon om massaal te worden gebruikt. Driefase Motoren worden veel gebruikt vanwege hun efficiëntie en eenvoud in de overdracht van energie, vergeleken met drie eenfasemotoren die samen worden gebruikt.
Maar aangezien we drie eenfasemotoren integreren in één driefasenmotor, moeten onze motor aandrijving, elektrisch circuit en stabiliteit worden verbeterd. Voor stabiliteit hebben we een stabiele driefasenspanning en -stroom nodig om gebalanceerde driefasenstroom te produceren. Deze keer leren we over gebalanceerde driefasenspanning.
Gebalanceerd Driefasensysteem
Een gebalanceerd driefasensysteem is een must voor onze apparatuur om efficiënte energie te leveren en een lange levensduur te hebben. Het ongebalanceerde driefasensysteem (samen met harmonische verstoring) zal waarschijnlijk de efficiëntie en levensduur ervan verminderen.
Net zoals we hebben geleerd over vermogensfactor correctie, rekenen veel landen ons schijnbaar vermogen (VA) in plaats van actief vermogen (W), omdat onze apparatuur ook reactief vermogen genereert dat onze verspilde energie vergroot. Dit reactieve vermogen is geen verbruikbare of beschikbare energie om te gebruiken, alleen een verspilling en verstoort de betrouwbaarheid van onze apparatuur.
In een gebalanceerd driefasensysteem zijn de driefasenvoedingen gelijk aan elkaar en is de stroom die door elke fase wordt getrokken gelijk. Dit geeft aan dat niet alleen de voeding in evenwicht is, maar ook de belasting.
We zullen nu eerst de gemakkelijkste leren, de gebalanceerde drie fasen belastingen.
We zullen volledige inductieve belastingen gebruiken, omdat onze focus hier ligt op een driefasenspanning die een driefasige motor voedt. Elektrische motoren zijn gebouwd met wikkelingen die een inductor voorstellen.
Hieronder ziet u een gebalanceerde driefasenbelasting.
In een gebalanceerd driefasensysteem zijn zowel de totale elektrische spanning als de totale stroom in het elektrische circuit eenvoudigweg de som van de elektrische spanning en stroom per fase. Dit voldoet aan de spanningswet van Kirchhoff en de stroomwet van Kirchhoff.
De som van de elektrische stroom die bij een knooppunt binnenkomt en vertrekt, is nul.
De som van de elektrische spanning in een gesloten lus is nul.
Zowel de neutrale elektrische spanning als de stroom zijn nul in een gebalanceerd drie fasen circuit.
Gebalanceerde Driefasenspanning
Gebalanceerde driefasenspanning is een driefasen wisselstroom circuit met drie sinusvormige enkelfase golfvormen die gelijke groottes en frequenties hebben, maar 120° van elkaar zijn verschoven. Met fase A als referentie kan deze voorlopen op of achterlopen op de andere spanning (B en C).
Net als de driefasige generator die bovenaan is afgebeeld, zijn de wikkelingen 120° van elkaar gescheiden. Op deze manier is het aannemelijk dat er driefasenspanning wordt gegenereerd.
Het paar a-a’, b-b’ en c-c’ zijn mechanisch 120° van elkaar verwijderd rond de stator.
Terwijl de rotor draait, “snijdt” het magnetische veld de flux van de drie spoelen af en induceert spanningen in de spoelen.
Omdat de spoelen 120° van elkaar verwijderd zijn, zijn de geïnduceerde spanningen in de spoelen gelijk in grootte, maar 120° uit fase.
Een driefasen circuit heeft altijd elke fasespanning 120° ten opzichte van elkaar verschoven. Veronderstel dat de belastingen al in evenwicht zijn, de elektrische stroom in elke fase is ook in evenwicht.
Hieronder staat de gebalanceerde driefasenspanning waarbij hun grootte en frequentie gelijk zijn, 120° ten opzichte van elkaar verschoven.
Om te bewijzen dat de spanningswet van Kirchhoff wordt nageleefd in een gebalanceerde driefasenspanning, bekijk de onderstaande grafiek.
We kunnen zeggen dat op elk punt de som van de driefasenspanning altijd nul is. Bijvoorbeeld, Va is gelijk aan de som van Vb en Vc.
Een driefasensysteem is equivalent aan drie eenfase circuits. De spanningsbronnen kunnen in ster (links) of in driehoek (rechts) worden aangesloten, zoals hieronder weergegeven
Laten we eerst kort de ster-aangesloten spanningsbron analyseren. De spanningen in het circuit zijn Van, Vbn en Vcn, respectievelijk tussen de lijnen a, b en c, en de neutrale lijn n.
Deze fasespanningen hebben gelijke amplitude en frequentie met een faseverschuiving van 120° ten opzichte van elkaar. Neem aan dat de spanningen in evenwicht zijn, dus
Het concluderen dat
Gebalanceerde fasespanningen zijn gelijk in grootte en zijn 120° uit fase.
Hoe definieer je een 3-fase gebalanceerde voeding met een fasordiagram?
Omdat we een drie fase spanning hebben die 120° van elkaar is verschoven, kunnen we de volgorde niet bepalen. Het kan Van, Vbn, Vcn of Van, Vcn, Vbn zijn. Die twee volgordes zijn nog steeds correct, zoals hieronder wordt weergegeven.
We gebruiken de abc-volgorde of positieve volgorde, waarbij de volgorde Van leidt tot Vbn, en Vbn leidt tot Vcn
Van → Vbn → Vcn
Deze sequentie ontstaat wanneer de rotor in de bovenstaande illustratie tegen de klok in draait. De wiskundige uitdrukkingen zijn:
Waarbij Vp de effectieve of rms spanning is.
Als de rotor met de klok mee draait, krijgen we een acb-sequentie of negatieve sequentie. We krijgen de Van leidt Vcn, dan leidt Vcn Vbn.
Van → Vcn → Vbn
De wiskundige uitdrukkingen zijn:
Om te bewijzen dat de spanningswet van Kirchhoff geldig is
Wij concluderen dat:
De fasevolgorde is de tijdsvolgorde waarin de spanningen hun respectievelijke maximumwaarden bereiken.
Houd in gedachten dat we om gebalanceerde driefasenstroom te krijgen, de gebalanceerde driefasenstroom moeten krijgen. De driefasenstroom kan worden verkregen als ons driefasen circuit zowel gebalanceerde driefasenspanning als gebalanceerde drie fasen belasting heeft.
Omdat zowel de drie fasen bron als de drie fasen belasting in ster of driehoek kunnen worden aangesloten, hebben we vier mogelijke verbindingen:
- Gebalanceerde wye-wye-verbinding
- Gebalanceerde wye-delta-verbinding
- Gebalanceerde delta-delta-verbinding
- Gebalanceerde delta-wye-verbinding
Voorbeeld van gebalanceerde driefasenspanning
Bepaal de fasevolgorde van de reeks spanningen
Antwoord:
De spanningen kunnen in fasor vorm worden uitgedrukt als
We merken op dat Van 120° voorloopt op Vcn en Vcn leidt op zijn beurt 120° voor op Vbn. We hebben dus een acb-reeks.
Conclusie
Een gebalanceerde driefasenspanning is letterlijk drie enkelfase spanningen met gelijke grootte en frequentie die 120° ten opzichte van elkaar zijn verschoven.
Gelijke grootte betekent dat de piek- en rms-spanning van elke fase op elk punt dezelfde waarde hebben.
Gelijke frequentie betekent dat ze oscilleren met dezelfde frequentie. Hun pulsbreedtes zijn gelijk.
120° faseverschuiving betekent dat hun startpunten 120° verschillen, er zijn leads en vertragingen tussen de fasen.
Gebalanceerde belasting betekent dat de belastingsimpedantie van elke fase die is aangesloten op de driefasenspanning bronnen identiek is aan elkaar.
Veelgestelde Vragen
Wat is een gebalanceerde driefasenspanning?
Een gebalanceerde driefasenspanning is een driefasen wissel stroomcircuit met drie sinusvormige enkelfase golfvormen die gelijke groottes en frequenties hebben, maar 120° ten opzichte van elkaar zijn verschoven. Met fase A als referentie kan deze voorlopen op of achterlopen op de andere spanning (B en C).
Wat is een gebalanceerde en ongebalanceerde driefase?
In tegenstelling tot de gebalanceerde driefasenspanning is een ongebalanceerde driefasenspanning een driefasen circuit waarbij de spanning, stroom of belasting een ongelijke amplitude of frequentie heeft ten opzichte van elkaar.
Waarom zouden driefasenspanningen gebalanceerd moeten zijn?
Het gebalanceerde driefasensysteem handhaaft de stabiele stroom en verbetert de vermogensoverdracht van de voeding naar de belasting. Een beter vermogen betekent minder stroomverspilling en verbetert de levensduur van onze apparatuur.
Wat veroorzaakt een driefasenspanning onevenwicht?
De driefasenspanning onevenwichtigheid in een driefasen wissel stroomcircuit kan optreden als de belastingen niet met elkaar in evenwicht zijn. Hierdoor kan de spanningsamplitude van elke fase een verschillende amplitude hebben ten opzichte van elkaar.