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Verständnis der Dreiphasenspannung für die Auswahl einer AC -Quelle

Verstehen der dreiphasigen Spannung zur Auswahl von AC -Quelle

Der Unterschied zwischen einphasiger und dreiphasiger Wechselspannung

Die meisten von uns sind mit der einphasigen Spannung vertraut, die in unseren Häusern vom örtlichen Stromversorger bereitgestellt wird. In den USA beträgt diese in der Regel 120 V. Bei einphasiger Spannung wird die Spannung als Spannung zwischen zwei Stromleitern (plus Schutzleiter) ausgedrückt. Der Neutralleiter liegt normalerweise auf Erdpotential, während der Netzleiter eine sinusförmige Wechselspannung mit einem Effektivwert von 120Vac darstellt. Das bedeutet, dass der Spitzenwert der Wechselspannung alle 16,667 ms bei der US-Netzfrequenz von 60 Hz von +169,7 Vac auf -169,7 Vac wechselt. In vielen anderen Ländern lauten diese Nennwerte stattdessen 230Vrms @ 50Hz (20 msec).

Einphasiger Strom ist begrenzt

Einphasige Spannung kann nur eine bestimmte Menge an Strom liefern, da der gesamte Strom über die Leitungs- und Neutralleiter übertragen werden muss. Für den Hausgebrauch ist dies kein Problem, aber in der Industrie kann mehr Strom erforderlich sein, um Maschinen, Motoren, Beleuchtung und andere Hochleistungslasten zu betreiben. In solchen Situationen ist es oft wünschenswert, sowohl die Spannung als auch den Strom zu erhöhen, um diese höhere Leistung zu liefern. Eine Möglichkeit ist der zweiphasige Anschluss, wie er in einigen US-Haushalten für den Betrieb von elektrischen Trocknern verwendet wird. Dies wird als Split-Phase-Verbindung bezeichnet, bei der zwei 120Vrms-Phasen um 180° phasenverschoben sind und die doppelte 120VLN- oder 240V-Line-to-Line-Spannung liefern. Dadurch verdoppelt sich die verfügbare Leistung. In Europa oder Asien wird die geteilte Phase nicht verwendet, da die normale einphasige Netzspannung bereits 220VLN bis 240LN beträgt.

Dreiphasen-Wechselspannung wird typischerweise für höhere Leistungslasten verwendet

Um noch einen Schritt weiter zu gehen, werden Lasten mit hoher Leistung in der Regel über drei Phasen versorgt. Dadurch wird der Strom auf drei statt auf eine Reihe von Leitungen verteilt, was eine kleinere und damit kostengünstigere Verkabelung ermöglicht. Die drei Spannungsquellen sind um 120° zueinander phasenverschoben, um die Lastströme auszugleichen. Dies ist in Abbildung 2 dargestellt.
Abbildung 2: Dreiphasige Spannungswellenformen bei unterschiedlichen Drehzahlen

Erforderliche Spannungen von Leitung zu Leitung ermitteln

Die 120°-Phasenverschiebung zwischen den einzelnen Wellenformen kann in einer von zwei Phasendrehungen erfolgen - A -> B -> C oder A -> C -> B. Die Phasendrehung wirkt sich auf die meisten Lasten nicht aus, mit Ausnahme von Drehstrommotoren, die sich in die entgegengesetzte Richtung drehen, wenn die Phasendrehung geändert wird. Die Änderung der Phasendrehung kann durch Vertauschen von zwei beliebigen der drei Phasenanschlüsse erfolgen. Bei Verwendung einer programmierbaren -Quelle wie der AFX-Serie können die Phasenwinkel für die Phasen B und C entweder auf 120° und 240° oder 240° und 120° programmiert werden, um die Phasendrehung zu ändern. Mit dem AFX können auch Phasenungleichgewichte programmiert werden, um die Auswirkungen von Phasenschwankungen auf ein zu prüfendes Gerät zu untersuchen.

Verhältnis von Delta und Wye

Während die "normale" Dreiphasen-Dreieck- und Sternpunkt-Spannungsbeziehung leicht in einer einfachen Formel erfasst werden kann, gilt dies nur für gleiche Spannungen zwischen Leitung und Nullleiter, perfekte Phasenbalance und sinusförmige Spannungen. Für diesen Idealfall kann die Beziehung zwischen der Effektivspannung von Leitung zu Neutral und der Effektivspannung von Leitung zu Leitung durch die folgende Formel ausgedrückt werden:

Dreiphasen-Spannungsformel.png

Diese Beziehung zwischen der Spannung zwischen Leitung und Nullleiter und der Spannung zwischen den Leitungen ist im Phasendiagramm in Abbildung 3 dargestellt.
Abbildung 3: Dreiphasen-Phasendiagramm

Abbildung 4 zeigt zwei typische Beispiele für dreiphasige Netzspannungskonfigurationen, die in den Vereinigten Staaten verwendet werden. In Europa und Asien werden stattdessen in der Regel 220/380V- oder 230/400V-Konfigurationen verwendet. Die 120VLN pro Phase entspricht der 208VLL-Vektorsumme:

VLL = 120VLN * 1,732 = 207,84VLL

Beachten Sie, dass die 480-V-Delta-Netzkonfiguration keinen Nullleiteranschluss hat und als 3-Draht+Erde-Delta-Anschluss bezeichnet wird. Um diese Art von Netz mit einer -Quelle zu simulieren, wird die dreiphasige Last nur als Dreieck zwischen den drei Ausgangsphasen angeschlossen, ohne Verbindung zum neutralen Ausgangsanschluss.

Abbildung 4: Typische dreiphasige Spannungskonfigurationen in den USA

Dieses Verhältnis von √3 ist wichtig, wenn eine programmierbare dreiphasige -Quelle verwendet wird, da alle T&M-Wechselstromquellen nur in der Spannung zwischen Leitung und Nullleiter programmierbar sind.  

Wenn also eine der genannten Bedingungen nicht zutrifft, können Sie sich nicht einfach auf diese Formel verlassen, um die Spannung von Leitung zu Leitung zu bestimmen:

  1. Identische VLN-Spannungen auf allen drei Phasen
  2. Ausgeglichene Phasenwinkel an Phase B und C
  3. Geringe Verzerrung, reine Sinuswelle
Eine kleine Phasenverschiebung auf einer oder mehreren der drei Phasen kann sich erheblich auf die VLL-Spannungen auswirken, was ebenfalls zu einem Ungleichgewicht des Laststroms führt. Eine verzerrte Spannung, die durch eine nichtlineare Last auf einer oder mehreren Phasen verursacht wird, kann auch die Spannungen zwischen den Leitungen beeinträchtigen.

Warum ist das so wichtig?

Programmierbare dreiphasige Wechselstromquellen haben einstellbare Phasenwinkel und unterstützen häufig die Fähigkeit, beliebige Wellenformen zu erzeugen. Das bedeutet, dass das Verhältnis zwischen der Spannung zwischen Leitung und Neutralleiter und der Spannung zwischen Leitung und Neutralleiter nicht unbedingt "fest" ist. In der Regel werden alle programmierbaren Dreiphasen-Wechselstromquellen unabhängig von der Art der Last (Dreieck oder Stern) als Effektivwert zwischen Leitung und Nullleiter programmiert. Daher kann es notwendig sein, die resultierende Netz-zu-Netz-Spannung tatsächlich zu messen, da ihre Berechnung nicht gültig ist, wenn diese Bedingungen nicht erfüllt sind.

Brauchen Sie Hilfe? Kontaktieren Sie uns

Wenn Sie dreiphasige Lasten prüfen, achten Sie genau auf die Spannungs- und Phasenparameter, wenn Sie Annahmen über die an das zu prüfende Gerät angelegten Netzspannungen treffen. Wenn Sie Hilfe benötigen, kontaktieren Sie unsere Testexperten per Chat, E-Mail oder Telefon.

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Der Unterschied zwischen einphasiger und dreiphasiger Wechselspannung

Die meisten von uns sind mit der einphasigen Spannung vertraut, die in unseren Häusern vom örtlichen Stromversorger bereitgestellt wird. In den USA beträgt diese in der Regel 120 V. Bei einphasiger Spannung wird die Spannung als Spannung zwischen zwei Stromleitern (plus Schutzleiter) ausgedrückt. Der Neutralleiter liegt normalerweise auf Erdpotential, während der Netzleiter eine sinusförmige Wechselspannung mit einem Effektivwert von 120Vac darstellt. Das bedeutet, dass der Spitzenwert der Wechselspannung alle 16,667 ms bei der US-Netzfrequenz von 60 Hz von +169,7 Vac auf -169,7 Vac wechselt. In vielen anderen Ländern lauten diese Nennwerte stattdessen 230Vrms @ 50Hz (20 msec).

Einphasiger Strom ist begrenzt

Einphasige Spannung kann nur eine bestimmte Menge an Strom liefern, da der gesamte Strom über die Leitungs- und Neutralleiter übertragen werden muss. Für den Hausgebrauch ist dies kein Problem, aber in der Industrie kann mehr Strom erforderlich sein, um Maschinen, Motoren, Beleuchtung und andere Hochleistungslasten zu betreiben. In solchen Situationen ist es oft wünschenswert, sowohl die Spannung als auch den Strom zu erhöhen, um diese höhere Leistung zu liefern. Eine Möglichkeit ist der zweiphasige Anschluss, wie er in einigen US-Haushalten für den Betrieb von elektrischen Trocknern verwendet wird. Dies wird als Split-Phase-Verbindung bezeichnet, bei der zwei 120Vrms-Phasen um 180° phasenverschoben sind und die doppelte 120VLN- oder 240V-Line-to-Line-Spannung liefern. Dadurch verdoppelt sich die verfügbare Leistung. In Europa oder Asien wird die geteilte Phase nicht verwendet, da die normale einphasige Netzspannung bereits 220VLN bis 240LN beträgt.

Dreiphasen-Wechselspannung wird typischerweise für höhere Leistungslasten verwendet

Um noch einen Schritt weiter zu gehen, werden Lasten mit hoher Leistung in der Regel über drei Phasen versorgt. Dadurch wird der Strom auf drei statt auf eine Reihe von Leitungen verteilt, was eine kleinere und damit kostengünstigere Verkabelung ermöglicht. Die drei Spannungsquellen sind um 120° zueinander phasenverschoben, um die Lastströme auszugleichen. Dies ist in Abbildung 2 dargestellt.
Abbildung 2: Dreiphasige Spannungswellenformen bei unterschiedlichen Drehzahlen

Erforderliche Spannungen von Leitung zu Leitung ermitteln

Die 120°-Phasenverschiebung zwischen den einzelnen Wellenformen kann in einer von zwei Phasendrehungen erfolgen - A -> B -> C oder A -> C -> B. Die Phasendrehung wirkt sich auf die meisten Lasten nicht aus, mit Ausnahme von Drehstrommotoren, die sich in die entgegengesetzte Richtung drehen, wenn die Phasendrehung geändert wird. Die Änderung der Phasendrehung kann durch Vertauschen von zwei beliebigen der drei Phasenanschlüsse erfolgen. Bei Verwendung einer programmierbaren -Quelle wie der AFX-Serie können die Phasenwinkel für die Phasen B und C entweder auf 120° und 240° oder 240° und 120° programmiert werden, um die Phasendrehung zu ändern. Mit dem AFX können auch Phasenungleichgewichte programmiert werden, um die Auswirkungen von Phasenschwankungen auf ein zu prüfendes Gerät zu untersuchen.

Verhältnis von Delta und Wye

Während die "normale" Dreiphasen-Dreieck- und Sternpunkt-Spannungsbeziehung leicht in einer einfachen Formel erfasst werden kann, gilt dies nur für gleiche Spannungen zwischen Leitung und Nullleiter, perfekte Phasenbalance und sinusförmige Spannungen. Für diesen Idealfall kann die Beziehung zwischen der Effektivspannung von Leitung zu Neutral und der Effektivspannung von Leitung zu Leitung durch die folgende Formel ausgedrückt werden:

Dreiphasen-Spannungsformel.png

Diese Beziehung zwischen der Spannung zwischen Leitung und Nullleiter und der Spannung zwischen den Leitungen ist im Phasendiagramm in Abbildung 3 dargestellt.
Abbildung 3: Dreiphasen-Phasendiagramm

Abbildung 4 zeigt zwei typische Beispiele für dreiphasige Netzspannungskonfigurationen, die in den Vereinigten Staaten verwendet werden. In Europa und Asien werden stattdessen in der Regel 220/380V- oder 230/400V-Konfigurationen verwendet. Die 120VLN pro Phase entspricht der 208VLL-Vektorsumme:

VLL = 120VLN * 1,732 = 207,84VLL

Beachten Sie, dass die 480-V-Delta-Netzkonfiguration keinen Nullleiteranschluss hat und als 3-Draht+Erde-Delta-Anschluss bezeichnet wird. Um diese Art von Netz mit einer -Quelle zu simulieren, wird die dreiphasige Last nur als Dreieck zwischen den drei Ausgangsphasen angeschlossen, ohne Verbindung zum neutralen Ausgangsanschluss.

Abbildung 4: Typische dreiphasige Spannungskonfigurationen in den USA

Dieses Verhältnis von √3 ist wichtig, wenn eine programmierbare dreiphasige -Quelle verwendet wird, da alle T&M-Wechselstromquellen nur in der Spannung zwischen Leitung und Nullleiter programmierbar sind.  

Wenn also eine der genannten Bedingungen nicht zutrifft, können Sie sich nicht einfach auf diese Formel verlassen, um die Spannung von Leitung zu Leitung zu bestimmen:

  1. Identische VLN-Spannungen auf allen drei Phasen
  2. Ausgeglichene Phasenwinkel an Phase B und C
  3. Geringe Verzerrung, reine Sinuswelle
Eine kleine Phasenverschiebung auf einer oder mehreren der drei Phasen kann sich erheblich auf die VLL-Spannungen auswirken, was ebenfalls zu einem Ungleichgewicht des Laststroms führt. Eine verzerrte Spannung, die durch eine nichtlineare Last auf einer oder mehreren Phasen verursacht wird, kann auch die Spannungen zwischen den Leitungen beeinträchtigen.

Warum ist das so wichtig?

Programmierbare dreiphasige Wechselstromquellen haben einstellbare Phasenwinkel und unterstützen häufig die Fähigkeit, beliebige Wellenformen zu erzeugen. Das bedeutet, dass das Verhältnis zwischen der Spannung zwischen Leitung und Neutralleiter und der Spannung zwischen Leitung und Neutralleiter nicht unbedingt "fest" ist. In der Regel werden alle programmierbaren Dreiphasen-Wechselstromquellen unabhängig von der Art der Last (Dreieck oder Stern) als Effektivwert zwischen Leitung und Nullleiter programmiert. Daher kann es notwendig sein, die resultierende Netz-zu-Netz-Spannung tatsächlich zu messen, da ihre Berechnung nicht gültig ist, wenn diese Bedingungen nicht erfüllt sind.

Brauchen Sie Hilfe? Kontaktieren Sie uns

Wenn Sie dreiphasige Lasten prüfen, achten Sie genau auf die Spannungs- und Phasenparameter, wenn Sie Annahmen über die an das zu prüfende Gerät angelegten Netzspannungen treffen. Wenn Sie Hilfe benötigen, kontaktieren Sie unsere Testexperten per Chat, E-Mail oder Telefon.

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