Verschillen
zesfasig electriciteitsnet
Electriciteit

Het zesfasig electriciteitsnet wordt meestal lokaal gebruikt om gelijkspanning te leveren aan grote verbruikers.
-

-

Je zal zesfasige stroomnetten normaal niet aantreffen bij de particuliere stroomverdeling. Een zesfasige net kan wel lokaal aangelegd worden door middel van een aangepaste transfo.

Een zesfasige net wordt meestal gebruikt om gelijkspanning te maken (zeer hoge vermogens), bijvoorbeeld voor de voeding van tramlijnen die nog op gelijkspanning werken. De gelijkspanning is meer regelmatig als de gelijkrichter gevoed wordt met een zesfasige net. Ook is de netbelasting evenwichtiger (betere crestfactor).

Rechts een omzetter voor de voeding van tramlijnen, bestaande uit twee driefasige transformatoren. Door aan secundaire zijde een delta en een ster schakeling te gebruiken kan men de tussenliggende fasen opwekken. De wikkelverhoudingen van beide transfo's moeten aangepast zijn om eenzelfde lijnspanning te leveren. De zes fasen worden naar de gelijkrichter gestuurd.



Overigens kan men werken met één driefasige transformator die tweemaal drie secundaire wikkelingen heeft (zie afbeelding links) en een driefasige spanning omzet naar een zesfasige spanning.

Bij de distributie van electriciteit wordt er soms gebruik gemaakt van een zesfasig net omdat daardoor de stroomverdeling over de geleiders beter gebeurt. Als er toch 6 kabels gelegd moeten worden vanwege de hoge stromen, is het interessanter om het vermogen via een zesfasig net te transporteren. Transformatoren zijn toch nodig om de spanning omhoog te transformeren, de transformatoren kunnen dan evengoed ook gebruikt worden om een zesfazig net te maken. Bij dergelijke hoge vermogens gebruikt men 6 losse transfo's, maar dat veranderd niets aan de werking.

Bedrijven die een zesfasig net nodig hebben (meestal om efficiente gelijkrichting te kunnen toepassen) zijn grootverbruikers die een eigen electriciteitscabine op middenspanning hebben. De meerkost van een aangepaste transformator is maar een deel van de volledige kostprijs van de installatie.

Een kenmerk van een zesfasig net is dat de lijnspanning gelijk is aan de fasespanning, maar dat zal u waarschijnlijk worst wezen.

Gelijkspanningstoepassingen

Er zijn talrijke toepassingen die gelijkspanning nodig hebben, zoals galvanoplastie (zeer lage spanning), laadpalen voor electrische auto's, motorsturing met frekwentieregelaars,... (laagspanning), zendstations (hoogspanning) en het vervoer van electriciteit onder de vorm van gelijkspanning (zeer hoge spanning).

Bij hexaphasé wordt de spanning met 12 diodes gelijkgericht 'zie hierboven). Voor zeer hoge stromen wordt er gewerkt met transformatoren die twee tussenfasen geven in plaats van één. Het gelijkrichten gebeurt hier met 18 diodes (fasesprong = 20° in plaats van 30°). Een dergelijk systeem wordt gebruikt als men wisselspanning wenst te gelijkrichten voor transport over lange afstanden (er zijn dan minder verliezen).

De middenste transfo-uitgang (aangegeven als 2) heeft aan de secundaire kant een gewone sterschakeling. Men had ook een driehoekschakeling kunnen gebruiken, maar de overgang van ster naar driehoek of omgekeerd vangt beter de stoorpulsen op (harmonischen).

De bovenste wikkelingen (aangegeven als 1) hebben

  • een fase die bestaat uit 1/3 "rode fase" en 2/3 "groene fase"
  • een fase die bestaat uit 1/3 "groene fase" en 2/3 "blauwe fase" en
  • een fase die bestaat uit 1/3 "blauwe fase" en 2/3 "rode fase".
Dit is ook het geval voor de onderste uitgang (3). De lijn wordt evenwichtig belast, want iedere fase bestaat uit een wikkeling van 1/3 en een wikkeling van 2/3.

Veel verder dan 18 diodes gaat men niet, want de winst die men kan halen (lagere rimpel en minder harmonischen op het primair net) weegt niet meer op tegenover de toenemende complexiteit.

De "fase shifting transformer" in de figuur hierboven is een transformator met heelwat wikkelingen (en om het overzichtelijk te houden heb ik een aantal wikkelingen niet getekend).

We hebben eerst de primaire wikkelingen ▄▄▄ die in driehoek geschakeld zijn, dan zijn de drie bovenste wikkelingen in de figuur rechts.

Dan hebben we drie onafhankelijke uitgangen:

  1. ▄▄▄ We hebben eerst de drie wikkelingen die overeenkomen met de wikkelingen "2" van de schakeling hierboven. Het is een klassieke sterschakeling waarbij de nulgeleider (neutre) niet gebruikt wordt. De uitgang is 60° verschoven ten opzichte van het primair (overgang van ster naar driehoek of omgekeerd).

  2. ▄▄▄ Dan hebben we de uitgang "3" waarbij iedere uitgang uit 1/3 van een wikkeling en 2/3 van een andere wikkeling bestaat. Het is hier ook een sterschakeling zonder nulgeleider. De uitgang is 40° verschoven ten opzichte van het primair.

  3. ▄▄▄ En uiteindelijk hebben we uitgang "1" die niet volledig getekend werd, maar enkel voorgesteld werd als een schema voor de duidelijkheid. Deze uitgang gebruikt dezelfde onderverdeling van de spoelen (1/3 en 2/3), maar anders geschakeld. De uitgang is 20° verschoven ten opzichte van het primair.
De transformator zal in de praktijk niet gebouwd worden zoals op de voorstelling, met opeenvolgende wikkelingen (axiaal), maar de wikkelingen zullen op twee lagen gelegd worden, met onderaan het primair en daarbovenop de verschillende secundaire wikkelingen (radiaal). Voor zeer hoge vermogens gebruikt men drie of negen monofasige transformatoren.

Naargelang het gelijkstroomvermogen dat geleverd moet worden zal men verschillende schakelingen gebruiken:

  • Voor laagvermogen gebruikt men het monofasig net. De rimpel is zeer sterk aanwezig en zonder voorzorgmaatregelen is de crestfactor slecht.

  • Voor de meeste toepassingen gebruikt men het driefasig electriciteitsnet dat met 6 diodes wordt gelijkgericht. De rimpel op de gelijkspanning is al veel lager en de harmonischen die door de schakelende diodes ontstaan kan door filters onderdrukt worden. Een transformator is meestal niet nodig.

  • Voor zwaardere toepassingen gebruikt men een zesfasig net dat met 12 diodes gelijkgericht wordt. De schakeling is complexer, maar de belasting van het net is meer evenwichtig. Er wordt doorgaans geen filtering toegepast (elko's), want door de hoge stromen en spanningen zouden enorme elko's nodig zijn.

  • Voor heel specifieke toepassingen gebruikt men een negenfasig net met gelijkrichting met 18 diodes.
Gelijkrichterschakelingen worden ingedeeld op basis van het aantal pulsen die naar de gelijkstroomkant gestuurd worden per periode van de wisselstroom:
  • Een monofase halve golf gelijkrichter is een éénpulscircuit (één puls per periode, 360° tussen pulsen), enkel voor zeer lage vermogens
  • Een monofase dubbele gelijkrichter (graetz gelijkrichter, 180° tussen de pulsen) is een tweepulscircuit
  • Een driefasige dubbele gelijkrichter is een zespulscircuit (60° tussen de pulsen)
  • Een zesfasige dubbele gelijkrichter is een 12-pulscircuit (30° tussen de pulsen)
  • Een negenfasige dubbele gelijkrichter is een 18-pulscircuit (20° tussen de pulsen)
Het aantal diodes komt niet noodzakelijk overeen met het aantal pulsen per periode!

Gelijkrichting van wisselspanning

Rechts de voorstelling van de driefasige wisselspanning. De drie fasen zijn 120° ten opzichte van elkaar verschoven (360°/3).

De tweede grafiek toont ons de dubbelzijdige gelijkrichting van de spanning. De negatieve halven zijn naar de positieve kant omgeklapt en we hebben toppen om de 60° per periode.

De rimpel die overblijft na de gelijkrichting is 0.866 van de piekspanning. Dit is gemakkelijk te berekenen: de golfvorm is een sinus (of een cosinus, wat gemakkelijker is voor de berekeningen). De topwaarde wordt bereikt bij cos(0) = 1. Twee lijnen kruisen elkaar halverwege tussen twee toppen, dus met een verplaatsing van 30°. En cos(30) = 0.866.

Gaan we verder met hexafasé, dan hebben we dubbel zoveel toppen per periode, de verschuiving is dus 15°, de rimpelspanning is dus cos(15) = 0.966. De rimpelspanning is nu zo laag geworden dat filtering door middel van elko's niet meer nodig is voor de meeste toepassingen (rimpelspanning 5% van de piekspanning).

En uitgeindelijk hebben we een negenfasig net met 18 pulsen in een periode, dus 20° tussen de pulsen en de kruising na 10°. De rimpelspanning bedraagt nu cos(10) = 0985 of 1.5% van de piekspanning. De rimpelspanning die men hier bekomt (zonder filtering) is minder dan de rimpelspanning die men zou bekomen met de gelijkrichting en filtering van een monofasige spanning (filtering door middel van een elko van zeer hoge waarde).

Electrische auto's kunnen zowel met wisselspanning als met gelijkspanning geladen worden. Bij wisselspanning wordt een ingebouwde gelijkrichter gebruikt, en die mag niet te groot en te zwaar zijn. Het laden is meestal beperkt tot 2kW (monofasig net) of 6kW (driefasig net). Per uur laden kan slechts een tiental kilometer autonomie bijgetankt worden (monofasig net).

Bij het laden met gelijkspanning wordt een zwaardere statische lader gebruikt. Het laadvermogen kan oplopen tot 100kW en wordt beperkt door de batterij zelf (ingebouwde monitoring van de batterij). Vaak wordt het vermogen van een laadstation verdeeld over de laadposten. Zijn er bijvoorbeeld drie auto's aan het laden, dan is het vermogen beperkt tot 33kW per voertuig.

Monofasig electriciteitsnet

Bij een monofasige spanning gaat de gelijkgerichte spanning altijd naar nul. De rimpelspanning bedraagt 100% van de topwaarde van de wisselspanning. Voor de meeste toepassingen moet de gelijkgerichte spanning gefilterd worden. Door het filteren ontstaat er een zeer slechte crestfactor (er loopt enkel stroom door op het ogenblik dat de elko bijgevuld wordt). Hoe groter de waarde van de elko, hoe lager de rimpelspanning (bij een vaste belasting), maar hoe slecht de crestfactor is. Een dergelijke vorm van gelijkrichting en filtering is daarom niet meer toegelaten vanaf een bepaald vermogen.

In plaats van de spanning gelijk te richten met diodes, kan men ook thyristoren gebruiken. Het is dan mogelijk het inschakelmoment te bepalen en dus de uitgangsspanning. Er ontstaan sterke harmonischen en er zijn zware filters nodig aan de ingang. De electriciteitsnormen worden strenger en strenger en een installatie met thyristoren wordt daardoor veel te duur.

Electronische apparaten zoals versterkers worden monofasig gevoed. Men beperkt de rimpelspanning tot minder dan 5% [rust] en 10% [maximaal vermogen]. Dit doet men zuiver uit economisch oogpunt, om minder zware elko's te moeten gebruiken.

Men onderdrukt de rimpel via electronische weg door een voorwaartse regeling: men voegt de rimpel in tegenfase aan de ingang van de versterker. Op deze pagina verschillende voorbeelden van voorwaartse regeling en tegenkoppeling.

Links to relevant pages - Liens vers d'autres pages au contenu similaire - Links naar gelijkaardige pagina's

-