Конструкция и принцип действия трехфазных трансформаторов

Журавль в небе?

Можно подумать, что сети постоянного тока целесообразно использовать только в новых зданиях, поэтому их внедрение не оказывает большого влияния на общее энергопотребление. Однако, вероятно, имеет смысл прямо сейчас начать разработку и внедрение концепций, ориентированных на будущее, даже если они подходят не для всех нынешних потребителей?

Более того, уже есть решения, которые можно успешно интегрировать в существующие системы переменного тока. Хорошим примером является источник питания RAC03-SCR, разработанный компанией RECOM (рис. 4, слева). Благодаря компактному дисковому корпусу он встраивается

Рис. 4. Плоский дисковый модуль RECOM для установки в обычные розетки (слева) и комплект для монтажа модулей RAC01-RAC10 на универсальную DIN-рейку (справа)

в обычную розетку. Этот модуль с легкостью интегрируется даже в стандартный выключатель или гнездо розетки, что делает его идеальным для применения в экономичных источниках питания устройств управления настенными дисплеями электрических ставен, жалюзи и систем освещения. Блок RAC03-SCR также удобен для зарядки мобильных телефонов и других подобных устройств, поскольку он встраивается в настенный USB-коннектор.

Поскольку блоки управления часто устанавливаются в распределительные щитки, хорошим решением для данного случая является монтаж компактных источников питания на верхнюю DIN-рейку. Это легко сделать с помощью универсального DIN-адаптера (рис. 4, справа), разработанного RECOM для своих AC/DC-модулей. Существует возможность индивидуальной настройки таких блоков в диапазоне мощности от 1 до 10 Вт.

Подключение трехфазного двигателя к сети 220В

Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети так же возможно, как и включение его в трехфазную сеть. Разница будет лишь в способе подключения и в выдаваемой мотором рабочей мощности. Она не сможет превышать 50% от максимального значения, достигаемого при питании от сети 380 Вольт, если соединить обмотки звездой. При подключении методом треугольника можно развить 70% от максимально возможной мощности. Поэтому, если питание подается от сети 220В, имеет смысл подключать электродвигатель только вторым способом.

Схема подсоединения мотора 380 на 220

При питании от 380 на каждую намотку приходится одна фаза. Но при подключении к 220 Вольт к двум обмоткам подключается фазный и нулевой провод, третья остается свободной. Для компенсации отсутствия третьей фазы запуск электродвигателя происходит через конденсатор.

Если запускается в ход маломощный мотор (не более 1500 Вт) без начальной нагрузки, то подключать можно лишь через рабочий конденсатор. От него идут два провода. Первый нужно соединить с нулем, а второй – с 3-ей вершиной треугольника.

При запуске мощного асинхронного двигателя (от 1500 Вт) или при пуске маломощного, но с начальной нагрузкой, подсоединяют его к 220В через рабочий и пусковой конденсаторы. Последний подключается параллельно первому. Он необходим для увеличения пускового момента, поэтому его включение происходит только в момент запуска мотора в ход.

Пусковой конденсатор включают в схему через кнопку, а подача питания в 220В происходит путем перевода специального тумблера в положение «включено», отключение – в состояние «выключено». Вместо тумблера можно воспользоваться кнопкой с двумя позициями. Тогда запуск будет следующим:

• Питание подается через тумблер или специальную кнопку;
• Нажимается кнопка пускового конденсатора;
• Она удерживается до тех пор, пока электродвигатель не разгонится;
• Кнопка пуска отпускается, отчего ее пружины размыкают цепочку конденсатора.

При включении электродвигателя в сеть 220 Вольт с реверсом для изменения направления вращения вала понадобится еще один тумблер. При смене положения один из выводов рабочего конденсатора будет соединяться то с фазой, то с нулем.

На рисунке выше предусмотрена схема подсоединения двигателя 380 к сети 220 с реверсом с пусковой кнопкой. Она актуальна, если мотор не набирает обороты с отсутствием пускового накопителя (он на рисунке находится справа).

Разница в переменном и постоянном токе

Электрический ток – это смещение электрического заряда проводником упорядоченным образом, как от гнезда для провода электрооборудования.

Когда мы говорим о постоянном или постоянном токе, мы должны представить, что этот электрический заряд или электроны движутся в одном направлении, всегда начиная с генератора, который является началом линии, и до конца линии, которая является электрическим оборудованием.

Переменный ток немного отличается, вместо того, чтобы заряд, движущийся в одном направлении, продвигается и убирается, не останавливая, электроны изменяют направление примерно на 120 в секунду в переменном токе.

Применение постоянного тока в промышленности и быту

Постоянный ток широко используется в технике: подавляющее большинство электронных схем в качестве питания используют постоянный ток. Переменный ток используется преимущественно для более удобной передачи от генератора до потребителя. Иногда в некоторых устройствах постоянный ток преобразуют в переменный ток преобразователями (инверторами).

Постоянный ток широко используется в электрических двигателях общественного транспорта (троллейбус, метро, и т.д.). Простые и удобные электрические двигатели переменного тока не позволяют в широких пределах плавно менять скорость своего вращения. С такой задачей хорошо справляется только двигатель постоянного тока. Питание этих двигателей осуществляется с тяговых выпрямительных подстанций. Приходящий на них с электростанций переменный ток при помощи ртутных выпрямителей преобразуется в постоянный, а затем подается в контактную сеть — в провода и рельсы.

Применение тяговых двигателей постоянного тока на транспортных машинах оказалось настолько выгодным, что их можно встретить на тепловозах и теплоходах. Их основными двигателями служат дизели, которые приводят в движение генераторы, вырабатывающие постоянный ток. А он в свою очередь заставляет работать электрические двигатели, вращающие колеса или гребные винты.

Хорошие регулировочные способности электродвигателей постоянного тока позволили с успехом применить их также на подъемно-транспортных механизмах. На обычных кранах, используемых в строительстве, работают двигатели переменного тока. Но на мощных подъемных кранах больших металлургических заводов устанавливают двигатели постоянного тока. Ведь здесь надо плавно поднимать и переносить огромные ковши с расплавленным металлом, разливать егоили подавать раскаленные болванки на прокатные станы.

Эти двигатели приводят в движение и механизмы гигантских шагающих экскаваторов.

Двигатели постоянного тока могут развивать очень большие скорости вращения — до 25 тыс. об/мин.Это позволяет получать большую мощность при очень небольших размерах двигателя. Поэтому они незаменимы в качестве моторов управления, применяемых на самолетах для поворотов рулей,закрылков, для подъема и опускания шасси и других механизмов.

Неизменное направление движения электронов в цепи постоянного тока определило большую и важную область его применения, в которой переменный ток с ним соперничать не может: это электролиз — процесс, связанныйс прохождением тока через жидкие растворы-электролиты. Под воздействием постоянного тока, проходящего через электролит, он разлагается на отдельные элементы, которые осаждаются на определенных электродах: на аноде или катоде. Это свойство широко используется в цветной металлургии(для получения алюминия, магния, цинка, меди, марганца). В химической промышленности при помощи электролиза получают фтор, хлор, водород и другие вещества.

В гальванотехнике электролиз применяют для осаждения металла на поверхность различных изделий.Гальванизацию применяют в медицине для лечения некоторых болезней.

Постоянное направление движения электронов помогает постоянному току соперничать с переменным в сварочном деле и некоторых видах освещения. При сварке постоянным током частички металла переносятся с электрода на изделие более правильно, и шов получается качественнее, чем при сварке переменным током.

Постоянный токшироко применяется в быту. К примеру, большинство приборов, которыми человек пользуется каждый день, таких как модем или зарядное устройство для мобильного, работают на постоянном токе. Генератор автомобиля, вырабатывает и преобразует постоянный ток, для зарядки аккумулятора. Любое портативное устройство питается от источника постоянного тока.

Задача 1:

Условие задачи:

Для включения в сеть дуговой лампы, рассчитанной на напряжение 42 В и силу тока 10 А, требуется дополнительное сопротивление 8,5 Ом. Определить напряжение сети.

Дано:

U=42 В, I=10 А, R₁=8,5 Ом, U−?

Решение задачи:

Так как дуговая лампа и дополнительное сопротивление соединены последовательно, то верно следующее равенство (напряжение сети равно сумме напряжений на лампе U0 и дополнительном сопротивлении U1):

U=U+U₁(1)

Опять же, поскольку дуговая лампа и дополнительное сопротивление соединены последовательно, значит через них течет один и тот же ток I, поэтому напряжение U1 на дополнительном сопротивлении величиной R1 можно найти по формуле:

U₁=IR₁(2)

Подставим (2) в (1), тогда получим:

U=U+IR₁

Задача решена в общем виде, посчитаем численный ответ:

U=42+10⋅8,5=127В

Ответ: 127 В.

Методы получения 380 В из 220

Преобразователь напряжения

Данное устройство более широко известно как инвертор, и состоит он из нескольких блоков. Для начала устройство выпрямляет данное однофазное напряжение, а потом инвертирует его в переменное заданной частоты. При этом фаз со сдвигом на определённый градус может быть сколько угодно, но оптимально для работы общепринятого стандартного электрооборудования оно равно трём и соответственно их сдвиг 120 градусов. Сделать такое сложное устройство в домашних условиях очень проблематично, поэтому рекомендуется просто его купить, к тому же рынок данной продукции очень развит.

Вот принципиальная схема инвертора:

А так он выглядит в заводском корпусе:

Зачастую данные устройства имеют не только преобразование однофазного в трёхфазное напряжение, но и защищают электродвигатели от перегрузок, короткого замыкания и перегрева.

Метод использования трех фаз

Данный метод обязательно нужно согласовать с Энергонадзором или компанией поставщиком электрической энергии, так как для этого нужно подключение двух дополнительных фаз из щитка, которые есть на каждом этаже многоквартирных домов.

Здесь больше вопрос стоит не как переделать однофазное напряжение, а как подключить его, а для этого достаточно всего лишь трехфазного удлинителя, а если законно всё делать, то и счётчика.

Трёхфазный трансформатор

Чтобы сделать из 220 Вольт 380 Вольт необходим трёхфазный трансформатор нужной мощности на напряжение одной из обмоток 220, а другой 380 В. Чаще всего они уже имеют соединенные в звезду или треугольник обмотки. После чего напряжения из сети подключается к двум фазам обмотки с низшей стороны напрямую, а на третий вывод через конденсатор. Емкость конденсатора высчитывается из соотношения 7 мкФ на каждые 100 Вт мощности. Номинальное напряжение конденсатора должно быть не меньше 400 Вольт. Без нагрузки такое устройство подключать нельзя. При этом всё равно будет снижение как мощности двигателя, так и его КПД. Если преобразователь выполнять с помощью электродвигателя, а не трансформатора, то на выходе будет трёхфазное напряжение, но величина его будет такая же, как и в сети, а именно 220 В.

Вывод напрашивается — решить проблему возможно только инверторным электронным способом, установив один качественный и полноценный преобразователь однофазного напряжения. Ну или же создав систему генератор-двигатель, где роль генератора, как и на электростанции будет выполнять синхронный генератор, а роль приводного механизма может выполнять однофазный двигатель (например, с пылесоса), но в домашних условиях это абсолютно не оправданно и нецелесообразно. Надеемся, теперь вы знаете, как получить 380 Вольт из 220 в квартире и частном доме!

Способы и схемы подключения

В зависимости от типа используемой нагрузки для электродвигателя, его конструктивных особенностей и характеристик, желаемого результата могут использоваться различные схемы подключения. Чаще всего, чтобы подключить трехфазный агрегат в качестве бытовой однофазной нагрузки используются конденсаторы, но их количество и способ введения в работу зависят от многих параметров. Поэтому далее мы рассмотрим различные варианты схем подключения электродвигателей.

Без конденсаторов

Чтобы подключить асинхронный электродвигатель к сети 220В вовсе не обязательно использовать емкостной элемент. Благодаря развитию полупроводниковых ключей и схем с их использованием вы можете избежать ненужных потерь мощности. Для этого применяется транзисторный или динисторный ключ.

Необходимые преобразования для подключения

Для подключения трансформатора с напряжением 380 В к сети с напряжением 220 В необходимо выполнить несколько преобразований.

1. Проверьте совместимость трансформатора и сети

Перед подключением трансформатора убедитесь, что его технические характеристики соответствуют напряжению и мощности сети 220 В. Если трансформатор не совместим с сетью, может потребоваться дополнительное оборудование, такое как автотрансформатор или стабилизатор напряжения.

2. Подготовьте необходимые инструменты и материалы

Для успешного подключения трансформатора вам понадобятся следующие инструменты и материалы:

• Отвертки различного типа и размера;
• Кусок провода с нужным сечением;
• Разъемы и соединители для электрических проводов;
• Изолирующая лента или термоусадочные трубки для изоляции соединений.

3. Отключите питание

Перед началом работ по подключению трансформатора обязательно отключите питание в сети 220 В, чтобы избежать поражения электрическим током. Это можно сделать, выключив соответствующий автомат в электрощитке или отключив штепсельный разъем в розетке.

4. Подключите трансформатор

Подключение трансформатора 380 В к сети 220 В производится следующим образом:

1. Снимите изоляцию с концов проводов, которые будут подключены к трансформатору и сети 220 В.
2. Подсоедините провод с напряжением 380 В к соответствующим выводам на трансформаторе. Обычно это маркировано как «ТР 380 В». Проверьте, что соединение надежно и изоляция провода не задевается другими металлическими деталями.
3. Подсоедините другой конец провода к соответствующим выводам на сети 220 В. В случае использования разъемов и соединителей убедитесь, что контакты надежно соединены, а соединения изолированы.

5. Проверьте подключение

После выполнения всех подключений тщательно проверьте правильность подключения трансформатора к сети 220 В. Убедитесь, что провода надежно закреплены и изолированы, а соединения не имеют видимых повреждений или ослабления. Если все соединения и изоляция в порядке, можно включить питание.

6

Обратите внимание на безопасность. Подключение трансформатора 380 В к сети 220 В является опасным процессом и требует соблюдения всех мер безопасности

Во время работы с электричеством никогда не трогайте голыми руками провода или контакты. Регулярно проверяйте состояние изоляции и проводов трансформатора. При возникновении неисправностей или подозрительных признаков обратитесь к специалисту

Подключение трансформатора 380 В к сети 220 В является опасным процессом и требует соблюдения всех мер безопасности. Во время работы с электричеством никогда не трогайте голыми руками провода или контакты. Регулярно проверяйте состояние изоляции и проводов трансформатора. При возникновении неисправностей или подозрительных признаков обратитесь к специалисту.

Следуя указанным выше инструкциям и соблюдая все меры безопасности, вы сможете успешно подключить трансформатор 380 В к сети 220 В и использовать его в своих электроустановках.

В чем отличие трехфазного напряжения от однофазного

Питание всех бытовых потребителей осуществляется по четырём проводам от трёхфазной сети — три фазных (линейных) L1, L2 и L3 и один нейтральный (нулевой) проводник N, а в квартиры подводится однофазное напряжение, для которого необходимы только два проводника — нулевой и фазный.

Переменное напряжение в разных фазах сдвинуто относительно друг друга на 120° для получения вращающегося магнитного поля в электродвигателях и уменьшения тока в нейтральном проводе.

Кроме количества проводников у трёхфазной сети имеются и другие особенности:

• Напряжение в сети. В однофазной схеме есть только одна величина напряжения — между фазой L и нейтралью N, а в трёхфазной сети имеется два напряжения, отличающиеся по своему значению. Это фазное L-N, равное 220 Вольт, и линейное, между любыми двумя фазными проводами L1-L2, L2-L3 или L1-L3, равное 380 Вольт. Поэтому один из способов, как из 380 сделать 220 Вольт, это просто подключить электроприбор к нулю и фазе.
• Различное сечение проводов. В однофазной электропроводке все провода имеют одинаковое сечение и рассчитываются на полный ток потребителя, а в трёхфазной сети по нейтральному проводнику протекает только уравнительный ток. Из-за этого нейтральная жила имеет меньшее сечение по сравнению с фазными, но при этом нагрузку по фазам необходимо распределять максимально равномерно.
• Разное количество полюсов у автоматических выключателей. В однофазной сети достаточно отключать только фазный проводник, поэтому допускается установка однополюсного автомата (кроме вводного). В трёхфазной нужно отключать все фазы одновременно, из-за чего необходима установка трёхполюсного выключателя.

Преимущества инвертора 220 в 380

Универсальный инвертор 220 в 380 обладает рядом выгодных преимуществ:

1. возможность выработки трёхфазного тока 380 В без потери мощности асинхронного двигателя;
2. возможность применения для подключения моторов с самыми разнообразными характеристиками;
3. невысокая мощность потребления.

Также плюсами использования инвертора с 220 на 380 считаются такие моменты, как:

• уменьшение потребления электроэнергии в связи с возрастанием мощности до пятидесяти процентов;
• стабильность работы оборудования, защищённой от воздействия скачков напряжения;
• увеличения ресурса работы — плавность запуска и остановки понижают степень износа приборов.

Повседневное использование электроэнергии

1. Экологическая ответственность — не пустой звук. Бережно относиться к использованию электроэнергии — обязанность каждого современного человека.Треть потребляемой в быту электроэнергии расходуется напрасно оттого, что неработающие приборы остаются включенными в розетку. Значительной экономии можно добиться, просто полностью обесточив бытовые приборы.
2. Электромагнитное излучение вредит здоровью. Не стоит находиться поблизости от работающих стиральных машин, холодильников и микроволновых печей. Излучение от мобильного телефона наиболее сильно в момент набора номера и соединения с абонентом. В это время трубку лучше держать от головы на расстоянии не менее 20 см.
3. Излучение опасно также возле линий электропередач. Не стоит задерживаться поблизости от них.
4. Большинство несчастных случаев, связанных с электричеством, происходит из-за неисправной проводки. Изоляция токопроводящих частей портится от механических повреждений, атмосферного воздействия, старения. Исправная проводка позволит избежать пожаров, коротких замыканий и несчастных случаев.

Опасные свойства электричества происходят оттого, что оно нагревает проводник, по которому проходит ток. При работе с электричеством нельзя забывать о технике безопасности.

1. Заземление в доме должно быть обязательно. При определении напряжения в сети следует пользоваться специальными приборами.
2. Необходимо следить за исправностью бытовых приборов, розеток. Обесточивать их при малейшем подозрении на неисправность.

Схемы подключения «звезда» и «треугольник» в трехфазной сети

Передавать электроэнергию выгоднее по высоковольтным ЛЭП, поэтому питание всех жилых районов и большинства промышленных предприятий осуществляется через понижающие трансформаторы, начала вторичных обмоток, которых соединены между собой, а концам обмоток подключаются отходящие фазные провода.

Точка соединения катушек заземляется и к ней подключается нейтральный проводник. Такая схема электроснабжения называется TN и описана в ПУЭ гл.1.7.

Существует две схемы подключения электроприборов к такой сети, отличающихся подаваемым напряжением.

Самая распространенная схема соединения это «звезда». Используется при включении электроприборов, напряжение питания которых составляет 220В. При этом один из проводов каждого из аппаратов присоединяется к одной из фаз, а оставшиеся соединяются вместе и подключаются к нейтрали.

При этом мощность аппаратов может быть различной, что вызовет появление в нейтральном проводнике уравнительного тока, но напряжение на каждом из электроприборов будет постоянным (за исключением потерь в питающих кабелях).

При соединении в «звезду» трёх одинаковых электроприборов ток в нейтральном проводе отсутствует, поэтому его допускается не подключать, но при поломке одного из аппарата напряжение питания каждого из оставшихся составит 190 Вольт.

Поэтому звезда без нейтрали используется, в основном, при подключении трёхфазного электродвигателя.

Менее распространённой является схема соединения «треугольник». При этом каждый из электроприборов подключается к двум из трёх линейных проводников. Напряжение питания всех электроприборов составит 380В.

Такая схема используется в электроустановках, в которых отсутствует возможность подключения нейтрали или заземления, например, в подвижных аппаратах, питание которых осуществляется не кабелями, а при помощи токосъёмных пластин.

Переменный ток и его свойства

Переменный ток циклически меняет направление и силу, характеризуется следующими параметрами:

1. частота. Число циклов (периодов) в секунду. Например, частота тока в сети составляет 50 Гц;
2. амплитуда. Максимальное отклонение напряжения и силы тока от нуля. Так, сетевое напряжение 50 раз в секунду меняет значение от -311 В до 311 В;
3. действующее значение. Это напряжение или сила эквивалентного постоянного тока, то есть такого, который вызывает в проводнике такое же тепловыделение, как и данный переменный. К действующему значению прибегают с целью упрощения расчетов: работать с постоянно изменяющимися величинами крайне неудобно. Например, если в формуле записать действительное значение переменного сетевого напряжения, изменяющегося от -311 В до 311 В по синусоидальному закону, получится уравнение с тригонометрическими функциями либо комплексными числами. Гораздо проще оперировать постоянным действующим значением в 220 В;
4. форма. Сетевой ток, производимый механическими генераторами, имеет синусоидальную форму. На выходе инвертора она может быть остроугольной, ступенчатой и т. д.

Переменный ток уступает постоянному в следующем:

1. он менее качественный. Так, сварной шов получается более прочным и надежным, если сварка осуществлялась постоянным током. Качественнее работает и электроника;
2. при частоте в 50 Гц — более опасен. Нарушения в организме вызывает уже при силе в 50 мА, тогда как постоянный — при силе в 300 мА. Однако, с повышением частоты переменный ток становится уже не таким опасным. Так, выдающийся изобретатель Никола Тесла на публичных опытах пропускал через себя переменный ток большого напряжения (светилась зажатая в руке лампа), предварительно подняв его частоту до нескольких мегагерц;
3. сопротивление проводников переменному току выше, чем постоянному. Разъяснение этому будет дано ниже.

Но есть у переменного тока и полезная особенность: создаваемое им магнитное поле также является переменным, а значит, оно способно наводить в проводниках ЭДС (закон электромагнитной индукции).

Переменный ток делает возможным работу таких устройств:

1. трансформаторы. За счет повышения напряжения значительно сокращаются потери в линиях электропередач;
2. индукционные нагреватели;
3. дроссельные фильтры. Дроссель — катушка. Создаваемое ею переменное магнитное поле противодействует переменному току, то есть дроссель выступает в качестве сопротивления. От индуктивности катушки зависит частота тока, которому она сильнее всего противодействует. Эта особенность позволяет глушить дросселем высокочастотные помехи в сети.

Наличием переменного магнитного поля объясняется и упомянутое выше увеличение сопротивления проводника. В нем полем также наводится ЭДС, противодействующая данному переменному току. Эта ЭДС выше в центре проводника, где сконцентрированы силовые линии поля, соответственно, носители заряда вытесняются наружу (поверхностный или скин-эффект).

В итоге вместо всего сечения проводника ток пропускает только некоторая его часть, отчего и возрастает сопротивление. Еще отличие переменного тока от постоянного — способность протекать по цепи с последовательно включенным конденсатором. Для постоянного тока разрыв между обкладками непреодолим, тогда как переменный протекает почти свободно, заряжая обкладки то с одним, то с другим знаком.

Конденсатор, как и катушка, каждый раз накапливает энергию и затем возвращает ее в цепь, так что он тоже оказывает переменному току сопротивление, которое зависит от емкости конденсатора.