Dvoufázová elektrická síť

Dvoufázové elektrické sítě se používaly na počátku 20. století ve střídavých elektrických rozvodných sítích.

Používali dva obvody, jejichž napětí byla vzájemně fázově posunuta o (90 elektrických stupňů). Obvykle byly v obvodech použity čtyři linky - dvě pro každou fázi. Méně běžně se používal jeden společný drát, který měl větší průměr než ostatní dva dráty. Některé z prvních dvoufázových generátorů měly dva plnohodnotné rotory s vinutími pootočenými prostorově o 90°. ${\frac {\pi }{2))$

Poprvé myšlenky použití dvoufázového proudu k vytvoření točivého momentu vyjádřil Dominic Arago v roce 1827 . Praktickou aplikaci popsal Nikola Tesla ve svých patentech z roku 1888 , přibližně ve stejné době vyvinul konstrukci dvoufázového elektromotoru . Dále byly tyto patenty prodány firmě Westinghouse , která začala vyvíjet dvoufázové sítě z USA. Později byly tyto sítě nahrazeny třífázovými, jejichž teorii vypracoval ruský inženýr Michail Osipovič Dolivo-Dobrovolskij , který pracoval v Německu ve společnosti AEG . Vzhledem k tomu, že Teslovy patenty obsahovaly obecné myšlenky na použití polyfázových obvodů, podařilo se společnosti Westinghouse na nějakou dobu omezit jejich vývoj prostřednictvím patentových sporů [1] .

Výhodou dvoufázových sítí bylo, že umožňovaly jednoduchý měkký start elektromotorů. V počátcích elektrotechniky bylo snazší analyzovat a rozvíjet tyto sítě se dvěma oddělenými fázemi [2] . V té době ještě nebyla vytvořena metoda symetrických komponent (byla navržena v roce 1918), což následně poskytlo inženýrům pohodlný matematický nástroj pro analýzu asymetrických režimů zatížení vícefázových elektrických systémů .

Rotující magnetické pole vytvářené ve dvoufázových systémech umožňovalo elektromotorům vytvářet krouticí moment při zastavení rotoru motoru, což je u jednofázových asynchronních elektromotorů nemožné (bez použití speciálních spouštěcích nástrojů). Asynchronní motory používané ve dvoufázových systémech mají stejnou konfiguraci vinutí jako jednofázové motory se startovacím kondenzátorem.

Třífázová elektrická síť vyžaduje vedení s nižší hmotností vodivých materiálů (obvykle kovů) při stejném napětí a větším přenášeném výkonu, ve srovnání s dvoufázovým čtyřvodičovým systémem [3] . Dvoufázová vedení byla ve většině aplikací následně nahrazena třífázovými vedeními v elektrických rozvodných sítích , nicméně stále se používají v některých řídicích systémech, v servopohonech.

Přenášený okamžitý činný výkon v třífázových a dvoufázových elektrických sítích je při symetrické zátěži konstantní . V jednofázových sítích však okamžitý činný výkon kolísá s frekvencí dvojnásobnou oproti síťovému napětí. Toto zvlnění výkonu má za následek zvýšený hluk a mechanické vibrace v elektrických zařízeních s magnetizovatelnými materiály v důsledku magnetostrikčního účinku a také rotační vibrace v hřídelích motorů .

Dvoufázové obvody obvykle používají dva samostatné páry elektrických vodičů. Ale lze použít i tři vodiče, nicméně společným vodičem dvou fázových obvodů protéká vektorový součet fázových proudů, a proto společný vodič musí mít větší průměr. Naproti tomu v třífázových sítích se symetrickou zátěží je vektorový součet fázových proudů nulový, a proto je možné v těchto sítích použít tři vedení stejného průměru. Pro elektrické rozvodné sítě je použití tří vodičů výhodnější než použití čtyř, protože se tím šetří náklady na vedení a náklady na jejich instalaci.

Dvoufázové napětí lze získat z třífázového zdroje připojením jednofázových transformátorů v tzv. Scottově schématu . Symetrické zatížení v takovém třífázovém systému je přesně ekvivalentní symetrickému třífázovému zatížení.

V některých zemích (například v Japonsku ) se Scottův obvod používá k napájení železnic elektrifikovaných jednofázovým frekvenčním systémem střídavého proudu. V tomto případě se v kontaktní síti střídají pouze dvě fáze , nikoli tři. Na dvoukolejných komunikacích mohou být tratě různých směrů napájeny po celé své délce z vlastní fáze dvoufázové sítě, což umožňuje zbavit se střídání fází podél trasy vlaku a instalace neutrálních vložek (i když to komplikuje práci stanic). V Rusku není takový systém rozšířen.

Dvoufázový elektrický proud

Dvoufázový elektrický proud je soubor dvou jednofázových proudů vzájemně fázově posunutých o úhel nebo o 90°: ${\frac {\pi }{2))$

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

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

Pokud jsou dvě vinutí uspořádána v prostoru tak, že jejich osy jsou vzájemně kolmé a systém vinutí je napájen dvoufázovým sinusovým proudem, pak v systému vzniknou dva magnetické toky :

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

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

Protože magnetické toky jsou vzájemně prostorově orientovány pod úhlem 90°, bude výsledný magnetický tok roven jejich geometrickému součtu:

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

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

Viz také

Dvoufázový motor

Poznámky

↑ Rzhonsnitsky B.N. Nikola Tesla - 1959. - 224 s., - 40 000 výtisků.
↑ Thomas J. Blalock První polyfázový systém – pohled zpět na dvoufázové napájení pro střídavé rozvody , v IEEE Power and Energy Magazine , březen-duben 2004, ISSN 1540-7977 str. 63
↑ Terrell Croft a Wilford Summers (ed), American Electricans' Handbook, jedenácté vydání , McGraw Hill, New York (1987) ISBN 0-07-013932-6 strana 3-10, obrázek 3-23

Odkazy

Donald G. Fink a H. Wayne Beaty, Standardní příručka pro elektrotechniky, jedenácté vydání , McGraw-Hill, New York, 1978, ISBN 0-07-020974-X
Edwin J. Houston a Arthur Kennelly, Recent Types of Dynamo-Electric Machinery , copyright American Technical Book Company 1897, publikoval PF Collier and Sons New York, 1902