Kaksivaiheinen sähköverkko

Kaksivaiheisia sähköverkkoja käytettiin 1900-luvun alussa vaihtovirtasähkönjakeluverkoissa.

He käyttivät kahta piiriä, joiden jännitteet siirtyivät vaiheittain suhteessa toisiinsa (90 sähköastetta). Piireissä käytettiin yleensä neljää linjaa - kaksi kutakin vaihetta kohti. Harvemmin käytettiin yhtä yleistä lankaa, jolla oli suurempi halkaisija kuin kahdella muulla johdolla. Joissakin varhaisimmista kaksivaiheisista generaattoreista oli kaksi täysimittaista roottoria, joiden käämit olivat kierretty 90° avaruudellisesti. ${\frac {\pi }{2))$

Dominic Arago ilmaisi ensimmäistä kertaa ajatuksen kaksivaiheisen virran käyttämisestä vääntömomentin luomiseen vuonna 1827 . Käytännön sovellusta kuvaili Nikola Tesla patenteissaan vuodelta 1888 , suunnilleen samaan aikaan hän kehitti kaksivaiheisen sähkömoottorin suunnittelun . Lisäksi nämä patentit myytiin Westinghouse -yhtiölle , joka alkoi kehittää kaksivaiheisia verkkoja Yhdysvalloista. Myöhemmin nämä verkot korvattiin kolmivaiheisilla verkoilla, joiden teorian kehitti venäläinen insinööri Mihail Osipovich Dolivo-Dobrovolsky , joka työskenteli Saksassa AEG :ssä . Kuitenkin, koska Teslan patentit sisälsivät yleisiä ideoita monivaiheisten piirien käytöstä, Westinghouse-yhtiö onnistui hillitsemään niiden kehitystä patenttioikeudenkäynneillä jonkin aikaa [1] .

Kaksivaiheisten verkkojen etuna oli, että ne mahdollistivat sähkömoottoreiden yksinkertaisen pehmeän käynnistyksen. Sähkötekniikan alkuaikoina näitä kaksivaiheisia verkkoja oli helpompi analysoida ja kehittää [2] . Tuolloin symmetristen komponenttien menetelmää ei ollut vielä luotu (se ehdotettiin vuonna 1918), mikä antoi myöhemmin insinööreille kätevän matemaattisen työkalun monivaiheisten sähköjärjestelmien epäsymmetristen kuormitustilojen analysoimiseen .

Kaksivaiheisissa järjestelmissä luotu pyörivä magneettikenttä antoi sähkömoottoreille mahdollisuuden luoda vääntömomenttia , kun moottorin roottori pysäytettiin, mikä on mahdotonta yksivaiheisissa asynkronisissa sähkömoottoreissa (ilman erityisiä käynnistystyökaluja). Kaksivaiheisissa järjestelmissä käytetyillä asynkronisilla moottoreilla on sama käämitys kuin yksivaiheisilla moottoreilla, joissa on käynnistyskondensaattori.

Kolmivaiheinen sähköverkko vaatii linjoja, joissa on pienempi massa johtavia materiaaleja (yleensä metalleja) samalla jännitteellä ja suuremmalla lähetysteholla verrattuna kaksivaiheiseen nelijohtimiseen [3] . Kaksivaiheiset johdot useimmissa sovelluksissa korvattiin myöhemmin kolmivaiheisilla johtoilla sähkönjakeluverkoissa , mutta niitä käytetään edelleen joissakin ohjausjärjestelmissä, servokäytöissä.

Siirretty hetkellinen pätöteho kolmi- ja kaksivaiheisissa sähköverkoissa on vakio symmetrisellä kuormalla . Yksivaiheisissa verkoissa hetkellinen pätöteho kuitenkin vaihtelee taajuudella, joka on kaksinkertainen verkkojännitteeseen verrattuna. Nämä tehovärinät lisäävät melua ja mekaanista tärinää sähkölaitteissa, joissa on magnetoituvia materiaaleja magnetostriktiivisen vaikutuksen vuoksi, sekä pyörimisvärähtelyjä moottorin akseleissa .

Kaksivaiheisissa piireissä käytetään yleensä kahta erillistä sähköjohdinparia. Mutta myös kolmea johdinta voidaan käyttää, mutta vaihevirtojen vektorisumma kulkee kahden vaihepiirin yhteisen johdon läpi, ja siksi yhteisen johdon on oltava halkaisijaltaan suurempi. Sitä vastoin kolmivaiheisissa verkoissa, joissa on symmetrinen kuorma, vaihevirtojen vektorisumma on nolla, ja siksi näissä verkoissa on mahdollista käyttää kolmea saman halkaisijan omaavaa linjaa. Sähkönjakeluverkoissa kolmen johtimen käyttö on kätevämpää kuin neljän, koska tämä säästää johtojen kustannuksia ja niiden asennuskustannuksia.

Kaksivaiheinen jännite saadaan kolmivaiheisesta lähteestä kytkemällä yksivaiheiset muuntajat ns. Scott-piiriin . Symmetrinen kuorma tällaisessa kolmivaiheisessa järjestelmässä vastaa täsmälleen symmetristä kolmivaiheista kuormaa.

Joissakin maissa (esimerkiksi Japanissa ) Scottin piiriä käytetään yksivaiheisella tehotaajuudella toimivalla vaihtovirtajärjestelmällä sähköistetyille rautateille. Tässä tapauksessa kontaktiverkossa vuorottelee vain kaksi vaihetta , ei kolmea. Kaksiraiteisilla teillä eri suuntiin kulkevat raiteet voidaan syöttää koko pituudeltaan kaksivaiheisen verkon omasta vaiheestaan, jolloin voidaan päästä eroon vaiheen vuorottelusta junan kulkureitillä ja nollaliitosten asentamisesta (vaikka tämä vaikeuttaa asemien työtä). Venäjällä tällainen järjestelmä ei ole laajalle levinnyt .

Kaksivaiheinen sähkövirta

Kaksivaiheinen sähkövirta on joukko kahdesta yksivaiheisesta virrasta, jotka on siirretty vaiheittain suhteessa toisiinsa kulman tai 90°:n verran: ${\frac {\pi }{2))$

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

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

Jos kaksi käämiä on järjestetty avaruuteen siten, että niiden akselit ovat keskenään kohtisuorassa ja käämijärjestelmään syötetään kaksivaiheinen sinimuotoinen virta, järjestelmään syntyy kaksi magneettivuoa :

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

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

Koska magneettivuot ovat avaruudellisesti suunnattuja 90° kulmassa toisiinsa nähden, tuloksena oleva magneettivuo on yhtä suuri kuin niiden geometrinen summa:

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

Mutta siis , tai $\Phi _{m}\sin(\omega t-{\frac {\pi }{2)))=-\Phi _{m}\cos \omega t$ $\Phi _{0}={\sqrt {\Phi _{m}^{2}\sin ^{2}(\omega t)+(-\Phi _{m}\cos \omega t) ^{2}}}$ $\Phi _{0}=\Phi _{m}.$

Katso myös

Kaksivaiheinen moottori

Muistiinpanot

↑ Rzhonsnitsky B.N. Nikola Tesla - 1959. - 224 s., - 40 000 kopiota.
↑ Thomas J. Blalock Ensimmäinen monivaiheinen järjestelmä – katsaus kaksivaiheiseen tehonsiirtoon AC-jakelussa , IEEE Power and Energy Magazine , maaliskuu-huhtikuu 2004, ISSN 1540-7977 s. 63
↑ Terrell Croft ja Wilford Summers (toim.), American Electricans' Handbook, 11. painos , McGraw Hill, New York (1987) ISBN 0-07-013932-6 sivu 3-10, kuva 3-23

Linkit

Donald G. Fink ja H. Wayne Beaty, Standard Handbook for Electrical Engineers, 11. painos , McGraw-Hill, New York, 1978, ISBN 0-07-020974-X
Edwin J. Houston ja Arthur Kennelly, Recent Types of Dynamo-Electric Machinery , tekijänoikeus American Technical Book Company 1897, julkaisija PF Collier and Sons New York, 1902