Tvåfas elnät

Tvåfas elektriska nät användes i början av 1900-talet i AC elektriska distributionsnät.

De använde två kretsar, spänningarna i vilka skiftades i fas i förhållande till varandra med (90 elektriska grader). Vanligtvis användes fyra linjer i kretsarna - två för varje fas. Mindre vanligt användes en gemensam tråd, som hade en större diameter än de andra två trådarna. Några av de tidigaste tvåfasgeneratorerna hade två fullvärdiga rotorer med lindningar roterade 90° spatialt. ${\frac {\pi }{2))$

För första gången uttrycktes idéerna om att använda en tvåfasström för att skapa ett vridmoment av Dominic Arago 1827 . Den praktiska tillämpningen beskrev Nikola Tesla i hans patent från 1888 , ungefär samtidigt som han utvecklade designen av en tvåfasig elmotor . Vidare såldes dessa patent till Westinghouse -företaget , som började utveckla tvåfasnät från USA. Senare ersattes dessa nätverk av trefasiga, vars teori utvecklades av den ryske ingenjören Mikhail Osipovich Dolivo-Dobrovolsky , som arbetade i Tyskland vid AEG . Men på grund av det faktum att Teslas patent innehöll allmänna idéer för användningen av flerfaskretsar, lyckades Westinghouse-företaget hålla tillbaka deras utveckling genom patenttvister under en tid [1] .

Fördelen med tvåfasnät var att de möjliggjorde en enkel mjukstart av elmotorer. Under den tidiga elektrotekniken var dessa nätverk med två separata faser lättare att analysera och utveckla [2] . Vid den tiden hade metoden för symmetriska komponenter ännu inte skapats (den föreslogs 1918), vilket därefter gav ingenjörer ett bekvämt matematiskt verktyg för att analysera asymmetriska belastningslägen för flerfasiga elektriska system .

Det roterande magnetfältet som skapades i tvåfassystem gjorde att elmotorer kunde skapa vridmoment när motorrotorn stoppades, vilket är omöjligt i enfasiga asynkrona elmotorer (utan användning av speciella startverktyg). Asynkronmotorer som används i tvåfassystem har samma lindningskonfiguration som enfasmotorer med startkondensator.

Ett trefas elektriskt nätverk kräver ledningar med en lägre massa av ledande material (vanligtvis metaller) vid samma spänning och större överförd effekt, jämfört med ett tvåfasigt fyrtrådssystem [3] . Tvåfasledningar i de flesta applikationer ersattes senare av trefasledningar i elektriska distributionsnät , men de används fortfarande i vissa styrsystem, i servodrifter.

Den överförda momentana aktiva effekten i trefasiga och tvåfasiga elektriska nätverk är konstant med en symmetrisk belastning . I enfasnätverk fluktuerar emellertid den momentana aktiva effekten med en frekvens som är dubbelt så stor som nätspänningen. Dessa kraftvågor resulterar i ökat brus och mekaniska vibrationer i elektrisk utrustning med magnetiserbara material på grund av den magnetostriktiva effekten , samt rotationsvibrationer i motoraxlar .

Tvåfaskretsar använder vanligtvis två separata par elektriska ledare. Men tre ledare kan också användas, dock flyter vektorsumman av fasströmmar genom den gemensamma ledningen av tvåfaskretsar, och därför måste den gemensamma ledningen ha en större diameter. I motsats till trefasnät med symmetrisk belastning är vektorsumman av fasströmmarna noll, och därför är det möjligt att använda tre linjer med samma diameter i dessa nätverk. För elektriska distributionsnät är användningen av tre ledare bekvämare än användningen av fyra, eftersom detta sparar i kostnaden för att leda ledningar och i kostnaderna för deras installation.

Tvåfasspänning kan erhållas från en trefaskälla genom att ansluta enfastransformatorer i det så kallade Scott-schemat . En symmetrisk last i ett sådant trefassystem är exakt likvärdig med en symmetrisk trefaslast.

I vissa länder (till exempel i Japan ) används Scotts krets för att driva järnvägar elektrifierade av ett enfas frekvensväxelströmsystem. I det här fallet växlar endast två faser i kontaktnätet och inte tre. På dubbelspåriga vägar kan spår i olika riktningar matas över hela sin längd från den egna fasen av ett tvåfasnät, vilket gör det möjligt att bli av med fasväxling längs tågets gång och installation av neutrala insatser (även om detta komplicerar stationernas arbete). I Ryssland är ett sådant system inte utbrett.

Tvåfas elektrisk ström

En tvåfasig elektrisk ström är en uppsättning av två enfasströmmar som skiftas i fas i förhållande till varandra med en vinkel eller med 90 °: ${\frac {\pi }{2))$

i_{1}=I_{m}\sin \omega t;

i_{2}=I_{m}\sin(\omega t-{\frac {\pi }{2)))

Om två lindningar är arrangerade i rymden så att deras axlar är ömsesidigt vinkelräta och lindningssystemet matas med en tvåfas sinusformad ström, kommer två magnetiska flöden att skapas i systemet :

\Phi _{1}=\Phi _{m}\sin \omega t;

\Phi _{2}=\Phi _{m}\sin(\omega t-{\frac {\pi }{2)))

Eftersom de magnetiska flödena är spatialt orienterade i en vinkel på 90° mot varandra, kommer det resulterande magnetiska flödet att vara lika med deras geometriska summa:

\Phi _{0}={\sqrt {\Phi _{m}^{2}\sin ^{2}(\omega t)+\Phi _{m}^{2}\sin ^{ 2}(\omega t-{\frac {\pi }{2)))))

Men därför eller $\Phi _{m}\sin(\omega t-{\frac {\pi}{2)))=-\Phi _{m}\cos \omega t$ $\Phi _{0}={\sqrt {\Phi _{m}^{2}\sin ^{2}(\omega t)+(-\Phi _{m}\cos \omega t) ^{2}}}$ $\Phi _{0}=\Phi _{m}.$

Se även

Tvåfasmotor

Anteckningar

↑ Rzhonsnitsky B.N. Nikola Tesla - 1959. - 224 s., - 40 000 exemplar.
↑ Thomas J. Blalock Det första flerfassystemet - en tillbakablick på tvåfasström för växelströmsdistribution , i IEEE Power and Energy Magazine , mars-april 2004, ISSN 1540-7977 sid. 63
↑ Terrell Croft och Wilford Summers (red), American Electricans' Handbook, Eleventh Edition , McGraw Hill, New York (1987) ISBN 0-07-013932-6 sida 3-10, figur 3-23

Länkar

Donald G. Fink och H. Wayne Beaty, Standard Handbook for Electrical Engineers, elfte upplagan , McGraw-Hill, New York, 1978, ISBN 0-07-020974-X
Edwin J. Houston och Arthur Kennelly, Recent Types of Dynamo-Electric Machinery , copyright American Technical Book Company 1897, utgiven av PF Collier and Sons New York, 1902