Dreiphasige Y – und Delta-Konfigurationen

Dreiphasige Wye (Y)-Verbindung

Zunächst untersuchten wir die Idee von dreiphasigen Stromversorgungssystemen, indem wir drei Spannungsquellen in der allgemein als „Y“ (oder „Stern“) bekannten Konfiguration miteinander verbanden.

Diese Konfiguration von Spannungsquellen ist durch einen gemeinsamen Verbindungspunkt gekennzeichnet, der eine Seite jeder Quelle verbindet., (Abbildung unten)

Drei-phase „Y“ – Verbindung hat drei Spannungsquellen verbunden, um einen gemeinsamen Punkt.

Wenn wir eine Schaltung zeichnen, die zeigt, dass jede Spannungsquelle eine Drahtspule (Lichtmaschine oder Transformatorwicklung) ist, und eine leichte Neuanordnung vornehmen, wird die „Y“ – Konfiguration in Abbildung unten deutlicher.

Drei-phase, vier-draht“ Y „verbindung verwendet eine“ gemeinsame “ vierte draht.,

Die drei Leiter, die von den Spannungsquellen (Wicklungen) zu einer Last führen, werden typischerweise als Linien bezeichnet, während die Wicklungen selbst typischerweise als Phasen bezeichnet werden.

In einem mit Y verbundenen System kann ein Neutralleiter an der Verbindungsstelle in der Mitte angebracht sein oder auch nicht (Abbildung unten), obwohl dies sicherlich dazu beiträgt, potenzielle Probleme zu lindern, wenn ein Element einer dreiphasigen Last ausfällt offen, wie zuvor diskutiert.

Drei-phase drei-Draht „Y“ – Verbindung nicht die neutral Draht.,

Spannungs – und Stromwerte in Dreiphasensystemen

Wenn wir Spannung und Strom in Dreiphasensystemen messen, müssen wir genau sein, wo wir messen.

Die Netzspannung bezieht sich auf die Menge der Spannung, die zwischen zwei beliebigen Leitungsleitern in einem ausgewogenen Dreiphasensystem gemessen wird. Bei der obigen Schaltung beträgt die Netzspannung ungefähr 208 Volt.

Phasenspannung bezieht sich auf die Spannung, die über eine Komponente (Quellwicklung oder Lastimpedanz) in einer symmetrischen dreiphasigen Quelle oder Last gemessen wird.

Für die oben gezeigte Schaltung beträgt die Phasenspannung 120 Volt., Die Begriffe Linienstrom und Phasenstrom folgen derselben Logik: Erstere beziehen sich auf den Strom durch einen beliebigen Leitungsleiter und letztere auf den Strom durch eine beliebige Komponente.

Y-angeschlossene Quellen und Lasten haben immer Netzspannungen größer als Phasenspannungen und Leitungsströme gleich Phasenströmen., Wenn die mit Y verbundene Quelle oder Last ausgeglichen ist, entspricht die Netzspannung der Phasenspannung mal der Quadratwurzel von 3:

Die Konfiguration „Y“ ist jedoch nicht die einzige gültige zum Verbinden von dreiphasigen Spannungsquellen-oder Lastelementen.

Dreiphasige Delta(Δ)-Konfiguration

Eine andere Konfiguration wird als „Delta“ bezeichnet, da sie geometrisch dem griechischen Buchstaben mit demselben Namen (Δ) ähnelt. Beachten Sie die Polarität für jede Wicklung in der Abbildung unten.,

Drei-phase drei-Draht-Δ-Verbindung verfügt über keine gemeinsame.

Auf den ersten Blick scheint es, als würden drei Spannungsquellen wie diese einen Kurzschluss erzeugen, Elektronen, die um das Dreieck fließen, mit nichts als der inneren Impedanz der Wicklungen, um sie zurückzuhalten.

Aufgrund der Phasenwinkel dieser drei Spannungsquellen ist dies jedoch nicht der Fall.,

Kirchhoffs Spannungsgesetz in Delta-Anschlüssen

Eine schnelle Überprüfung besteht darin, Kirchhoffs Spannungsgesetz zu verwenden, um festzustellen, ob sich die drei Spannungen um die Schleife auf Null addieren. Wenn dies der Fall ist, steht keine Spannung zur Verfügung, um Strom um und um diese Schleife zu schieben, und folglich gibt es keinen zirkulierenden Strom.

Ausgehend von der oberen Wicklung und dem Fortschreiten gegen den Uhrzeigersinn sieht unser KVL-Ausdruck ungefähr so aus:

Wenn wir diese drei Vektorgrößen addieren, addieren sie sich tatsächlich zu Null., Eine andere Möglichkeit, die Tatsache zu überprüfen, dass diese drei Spannungsquellen in einer Schleife miteinander verbunden werden können, ohne dass zirkulierende Ströme entstehen, besteht darin, die Schleife an einem Verbindungspunkt zu öffnen und die Spannung über den Bruch zu berechnen: (Abbildung unten)

Die Spannung über open Δ sollte Null sein.,

Ausgehend von der rechten Wicklung (120 V ~ 120°) und dem Verlauf gegen den Uhrzeigersinn sieht unsere KVL-Gleichung folgendermaßen aus:

Sicher genug, es wird über den Bruch keine Spannung vorhanden sein, die uns sagt, dass kein Strom innerhalb der dreieckigen Wicklungsschleife zirkulieren wird, wenn diese Verbindung vollständig hergestellt ist.

Nachdem festgestellt wurde, dass sich eine direkt angeschlossene Drehstromspannungsquelle aufgrund zirkulierender Ströme nicht von selbst verbrennt, wenden wir uns ihrer praktischen Verwendung als Stromquelle in Drehstromkreisen zu.,

Da jedes Paar von Leitungsleitern direkt über eine einzelne Wicklung in einem Stromkreis angeschlossen ist, ist die Netzspannung gleich der Phasenspannung.

Da umgekehrt jeder Leitungsleiter an einem Knoten zwischen zwei Wicklungen anliegt, ist der Leitungsstrom die Vektorsumme der beiden Verbindungsphasenströme.,

Es überrascht nicht, dass die resultierenden Gleichungen für eine Δ-Konfiguration wie folgt lauten:

Delta Connection Example Circuit Analysis

Lassen Sie uns sehen, wie dies in einer Beispielschaltung funktioniert: (Abbildung unten)

last auf der Δ-Quelle wird in einem Δ verdrahtet.

Wenn jeder Lastwiderstand 120 Volt von seiner jeweiligen Phasenwicklung an der Quelle empfängt, beträgt der Strom in jeder Phase dieser Schaltung 83.,33 ampere:

Vorteile des Delta-Dreiphasensystems

So ist jeder Leitungsstrom in diesem Dreiphasenleistungssystem gleich 144.34 Ampere, was wesentlich mehr ist als die Leitungsströme in dem zuvor betrachteten Y-angeschlossenen System.

Man könnte sich fragen, ob wir hier alle Vorteile der Drehstromversorgung verloren haben, da wir so größere Leiterströme haben, die einen dickeren, teureren Draht erfordern.

Die Antwort ist Nein., Obwohl diese Schaltung drei Kupferleiter mit einer Spurweite von 1 erfordern würde (bei einem Abstand von 1000 Fuß zwischen Quelle und Last entspricht dies etwas mehr als 750 Pfund Kupfer für das gesamte System), sind es immer noch weniger als die mehr als 1000 Pfund Kupfer, die für ein einphasiges System erforderlich sind, das die gleiche Leistung (30 kW) bei derselben Spannung (120 Volt Leiter-zu-Leiter) liefert.

Ein deutlicher Vorteil eines mit Δ verbundenen Systems ist das Fehlen eines Neutralleiters., Bei einem Y-geschalteten System wurde ein Neutralleiter benötigt, falls eine der Phasenlasten offen ausfallen sollte (oder ausgeschaltet werden sollte), um zu verhindern, dass sich die Phasenspannungen an der Last ändern.

Dies ist nicht notwendig (oder sogar möglich!) in einer Δ-geschalteten Schaltung.

Bei jedem Lastphasenelement, das direkt über eine jeweilige Quellphasenwicklung angeschlossen ist, ist die Phasenspannung unabhängig von offenen Fehlern in den Lastelementen konstant.

Der vielleicht größte Vorteil der Δ-verbundenen Quelle ist ihre Fehlertoleranz.,

Es ist möglich, dass eine der Wicklungen in einer Δ-angeschlossenen Drehstromquelle offen ausfällt (Abbildung unten), ohne Lastspannung oder-strom zu beeinflussen!

Selbst bei einem Quellwicklungsausfall beträgt die Netzspannung noch 120 V und die Lastphasenspannung noch 120 V. Der einzige Unterschied ist der zusätzliche Strom in den verbleibenden Funktionsquellenwicklungen.

Die einzige Folge eines Ausfalls einer Quellwicklung bei einer Δ-geschalteten Quelle ist ein erhöhter Phasenstrom in den übrigen Wicklungen., Vergleichen Sie diese Fehlertoleranz mit einem Y-angeschlossenen System mit einer Open-Source-Wicklung in der folgenden Abbildung.

Open“ Y “ quelle wicklung halbiert die spannung auf zwei lasten von eine Δ verbunden die last.

Bei einer Δ-geschalteten Last leiden zwei der Widerstände unter reduzierter Spannung, während einer bei der ursprünglichen Netzspannung bleibt, 208. Eine Y-verbundene Last erleidet ein noch schlimmeres Schicksal (Abbildung unten) bei gleichem Wicklungsausfall in einer Y-verbundenen Quelle.,

Open source wicklung von eine“ Y-Y “ system halbiert die spannung auf zwei lasten und verliert eine last vollständig.

In diesem Fall leiden zwei Lastwiderstände unter reduzierter Spannung, während der dritte die Versorgungsspannung vollständig verliert! Aus diesem Grund werden Δ-verbundene Quellen aus Gründen der Zuverlässigkeit bevorzugt.

Wenn jedoch zwei Spannungen benötigt werden (z. B. 120/208) oder für niedrigere Leitungsströme bevorzugt werden, sind Y-verbundene Systeme die Konfiguration der Wahl.,

REVIEW:

• Die Leiter, die mit den drei Punkten einer dreiphasigen Quelle oder Last verbunden sind, werden als Leitungen bezeichnet.
• Die drei Komponenten, die eine dreiphasige Quelle oder Last umfassen, werden Phasen genannt.
• Leitungsspannung ist die Spannung, die zwischen zwei beliebigen Leitungen in einem dreiphasigen Stromkreis gemessen wird.
• Phasenspannung ist die Spannung, die über eine einzelne Komponente in einer dreiphasigen Quelle oder Last gemessen wird.
• Leitungsstrom ist der Strom durch eine beliebige Leitung zwischen einer dreiphasigen Quelle und Last.,
• Phasenstrom ist der Strom durch eine beliebige Komponente, die eine dreiphasige Quelle oder Last umfasst.
• In ausgewogene “ Y “ schaltungen, die linie spannung ist gleich phase spannung mal die quadratwurzel von 3, während die linie strom ist gleich phase strom.

• In symmetrischen Δ schaltungen, die linie spannung ist gleich phase spannung, während die linie strom ist gleich phase strom mal die quadratwurzel von 3.