driefasige Y – en Delta-configuraties

driefasige Wye (Y) – verbinding

aanvankelijk hebben we het idee van driefasige voedingssystemen onderzocht door drie spanningsbronnen met elkaar te verbinden in wat algemeen bekend staat als de “Y” (of “star”)-configuratie.

Deze configuratie van spanningsbronnen wordt gekenmerkt door een gemeenschappelijk verbindingspunt dat één zijde van elke bron verbindt., (Figuur hieronder)

driefasige “Y”-aansluiting heeft drie spanningsbronnen die zijn aangesloten op een gemeenschappelijk punt.

als we een circuit tekenen waarin elke spanningsbron een spoel van draad is (Dynamo of transformatorwikkeling) en een lichte herschikking doen, wordt de “Y” configuratie duidelijker in onderstaande figuur.

driefasige vierdraads” Y “-verbinding maakt gebruik van een” gemeenschappelijke ” vierde draad.,

De drie geleiders die van de spanningsbronnen (wikkelingen) naar een belasting leiden, worden meestal lijnen genoemd, terwijl de wikkelingen zelf meestal fasen worden genoemd.

In een Y-aangesloten systeem kan er al dan niet (figuur hieronder) een neutrale draad zijn bevestigd op het kruispunt in het midden, hoewel het zeker helpt potentiële problemen te verlichten als een element van een driefasige belasting openvalt, zoals eerder besproken.

driefasige, driedraads” Y ” -verbinding maakt geen gebruik van de neutrale draad.,

spanning en stroomwaarden in driefasige systemen

wanneer we spanning en stroom meten in driefasige systemen, moeten we specifiek zijn over waar we meten.

lijnspanning is de hoeveelheid spanning die wordt gemeten tussen twee lijngeleiders in een uitgebalanceerd driefasensysteem. Met het bovenstaande circuit is de lijnspanning ruwweg 208 volt.

fasespanning verwijst naar de spanning gemeten over een component (bronwikkeling of belastingsimpedantie) in een gebalanceerde driefasige bron of belasting.

voor de hierboven getoonde schakeling is de fasespanning 120 volt., De termen lijnstroom en fasestroom volgen dezelfde logica: de eerste verwijst naar de stroom door een lijngeleider, en de laatste naar de stroom door een component.

Y-aangesloten bronnen en belastingen hebben altijd lijnspanningen groter dan fasespanningen, en lijnstromen gelijk aan fasestromen., Als de Y-aangesloten bron of belasting gebalanceerd is, zal de lijnspanning gelijk zijn aan de fasespanning maal de vierkantswortel van 3:

echter, de “Y” configuratie is niet de enige geldige voor het verbinden van driefasige spanningsbron of belastingelementen.

driefasige Delta(Δ) configuratie

een andere configuratie wordt de “Delta” genoemd vanwege de geometrische gelijkenis met de Griekse letter met dezelfde naam (Δ). Let goed op de polariteit voor elke wikkeling in onderstaande figuur.,

driefasige Δ-verbinding met drie draden heeft geen gemeenschappelijk.

op het eerste gezicht lijkt het alsof drie spanningsbronnen als deze een kortsluiting creëren, elektronen die rond de driehoek stromen met niets anders dan de interne impedantie van de wikkelingen om ze tegen te houden.

vanwege de fasehoeken van deze drie spanningsbronnen is dit echter niet het geval.,

Kirchhoff ’s Spanningswet in Delta aansluitingen

een snelle controle hiervan is om Kirchhoff’ s Spanningswet te gebruiken om te zien of de drie spanningen rond de lus optellen tot nul. Als ze dat doen, dan zal er geen spanning beschikbaar zijn om stroom rond en rond die lus te duwen, en bijgevolg zal er geen circulerende stroom zijn.

beginnend met de bovenste wikkeling en progressief tegen de klok in, ziet onze KVL expressie er ongeveer zo uit:

inderdaad, als we deze drie vectorgrootheden bij elkaar optellen, komen ze bij elkaar op nul., Een andere manier om na te gaan of deze drie spanningsbronnen in een lus kunnen worden verbonden zonder dat er circulerende stromen ontstaan, is door de lus op één knooppunt te openen en de spanning over de breuk te berekenen: (figuur hieronder)

de spanning over open Δ moet nul zijn.,

beginnend met de juiste wikkeling (120 V ∠ 120°) en progressief tegen de klok in, ziet onze vergelijking van KVL er als volgt uit:

zeker genoeg, zal er nulspanning zijn over de breuk, wat ons vertelt dat er geen stroom zal circuleren binnen de driehoekige lus van wikkelingen wanneer die verbinding voltooid is.na te hebben vastgesteld dat een Δ-aangesloten driefasige spanningsbron zich door circulerende stromen niet zal verbranden, wenden we ons tot het praktische gebruik ervan als energiebron in driefasencircuits.,

omdat elk paar lijngeleiders direct over een enkele wikkeling in een Δ-circuit is verbonden, is de lijnspanning gelijk aan de fasespanning.

omgekeerd, omdat elke lijngeleider zich aan een knoop tussen twee wikkelingen hecht, is de lijnstroom de vector som van de twee verbindende fasestromen.,

niet verrassend zijn de resulterende vergelijkingen voor een Δ configuratie als volgt:

Delta Connection Example Circuit Analysis

laten we eens kijken hoe dit werkt in een voorbeeld circuit: (figuur hieronder)

de belasting op de δ-bron is bedraad in δ.

bij elke belastingsweerstand die 120 volt ontvangt van zijn respectieve fasewikkeling aan de bron, zal de stroom in elke fase van dit circuit 83 zijn.,33 ampère:

voordelen van het Delta driefasensysteem

dus elke lijnstroom in dit driefasige voedingssysteem is gelijk aan 144,34 ampère, wat aanzienlijk meer is dan de lijnstromen in het Y-aangesloten systeem waar we eerder naar keken.men zou zich kunnen afvragen of we hier alle voordelen van driefasige stroom hebben verloren, gezien het feit dat we zulke Grotere geleiderstromen hebben, waardoor dikkere, duurdere draad nodig is.

het antwoord is nee., Hoewel dit circuit drie nummer 1 gauge koperen geleiders nodig zou hebben (op 1000 voet afstand tussen bron en belasting komt dit neer op iets meer dan 750 pond koper voor het hele systeem), is het nog steeds minder dan de 1000+ pond koper die nodig is voor een eenfasig systeem dat hetzelfde vermogen levert (30 kW) bij dezelfde spanning (120 volt dirigent-to-conductor).

een duidelijk voordeel van een Δ-aangesloten systeem is het ontbreken van een neutrale draad., Bij een Y-aangesloten systeem was een neutrale draad nodig voor het geval een van de fasebelastingen open zou uitvallen (of zou worden uitgeschakeld), om te voorkomen dat de fasespanningen bij de belasting zouden veranderen.

Dit is niet nodig (of zelfs mogelijk!) in een Δ-aangesloten circuit.

bij elk belastingsfaseelement dat rechtstreeks via een respectieve bronfasewikkeling is aangesloten, is de fasespanning constant, ongeacht open storingen in de belastingselementen.

misschien wel het grootste voordeel van de Δ-verbonden bron is zijn fouttolerantie.,

Het is mogelijk dat een van de wikkelingen in een Δ-verbonden driefasenbron openvalt (figuur hieronder) zonder de belastingspanning of stroom te beïnvloeden!

zelfs bij een storing in de bronwikkeling is de lijnspanning nog steeds 120 V en de spanning in de belastingsfase is nog steeds 120 V. het enige verschil is extra stroom in de resterende functionele bronwikkelingen.

het enige gevolg van een bronwikkeling die niet openstaat voor een Δ-aangesloten bron is een verhoogde fasestroom in de resterende wikkelingen., Vergelijk deze fouttolerantie met een Y-aangesloten systeem dat lijdt aan een open source-wikkeling in de onderstaande figuur.

Open” Y ” bronwikkeling halft de spanning op twee belastingen van een Δ die de belasting verbinden.

bij een Δ-aangesloten belasting lijden twee van de weerstanden onder verminderde spanning, terwijl één op de oorspronkelijke lijnspanning blijft, 208. Een Y-aangesloten belasting lijdt een nog slechter lot (figuur hieronder) met dezelfde kronkelfout in een Y-aangesloten bron.,

Open source wikkeling van een “Y-Y” systeem halveert de spanning op twee belastingen en verliest één belasting volledig.

in dit geval lijden twee belastingsweerstanden onder verminderde spanning, terwijl de derde de voedingsspanning volledig verliest! Daarom hebben Δ-aangesloten bronnen de voorkeur voor betrouwbaarheid.

echter, als dubbele spanningen nodig zijn (bv. 120/208) of de voorkeur hebben voor lagere stroomlijnen, zijn Y-aangesloten systemen de configuratie van keuze.,

overzicht:

• de geleiders verbonden met de drie punten van een driefasige bron of belasting worden lijnen genoemd.
• de drie componenten die een driefasige bron of belasting vormen, worden fasen genoemd.
• lijnspanning is de spanning gemeten tussen twee lijnen in een driefasencircuit.
• fasespanning is de spanning gemeten over een enkel onderdeel in een driefasige bron of belasting.
• lijnstroom is de stroom door een lijn tussen een driefasige bron en belasting.,
• fasestroom is de stroom door een onderdeel dat een driefasige bron of belasting bevat.
• In gebalanceerde” Y ” circuits is de lijnspanning gelijk aan fasespanning maal de vierkantswortel van 3, terwijl de lijnstroom gelijk is aan fasestroom.

• In gebalanceerde Δ-circuits is de lijnspanning gelijk aan fasespanning, terwijl de lijnstroom gelijk is aan fasestroom maal de vierkantswortel van 3.