Dwufazowy system prądu zmiennego

System dwufazowy był prekursorem dzisiejszego systemu trójfazowego. Jego fazy zostały przesunięte względem siebie o 90°, dzięki czemu pierwsza miała sinusoidalną krzywą napięcia, druga - cosinus.

Najczęściej prąd rozprowadzano na czterech przewodach, rzadziej na trzech, a jeden z nich miał większą średnicę (trzeba go było obliczyć dla 141% prądu w poszczególnych fazach).

Pierwszy z tych generatorów miał dwa wirniki obrócone względem siebie o 90 °, więc wyglądały bardziej jak dwa połączone generatory jednofazowe ustawione na wytwarzanie dwufazowego napięcia przemiennego. Generatory zainstalowane w wodospadzie Niagara w 1895 roku były dwufazowe i były wówczas największe.

Uproszczony schemat generatora dwufazowego

System dwufazowy miał tę zaletę, że pozwalał asynchroniczne silniki elektryczne.

Wirujące pole magnetyczne, które wytwarza prąd dwufazowy, zapewnia wirnikowi moment obrotowy, który jest w stanie obrócić go z pozycji spoczynkowej. System jednofazowy nie może tego zrobić bez użycia kondensatorów rozruchowych. Konfiguracja uzwojenia silnika dwufazowego jest taka sama jak dla jednofazowego silnika z rozruchem kondensatorowym.

Łatwiej było również analizować zachowanie systemu z dwiema całkowicie oddzielnymi fazami. W rzeczywistości dopiero w 1918 roku wynaleziono metodę składowych symetrycznych, która umożliwiła projektowanie systemów z niezrównoważonymi obciążeniami (w zasadzie każdy system, w którym z jakiegoś powodu niemożliwe jest zbilansowanie obciążeń poszczególnych faz, zwykle mieszkaniowych).

Uzwojenie silnika dwufazowego ok. 1893 r.

Większość silniki krokowe można również uznać za silniki dwufazowe.

Dystrybucja trójfazowa, w porównaniu do dystrybucji dwufazowej, wymaga mniejszej liczby przewodów dla tego samego napięcia i tej samej przesyłanej mocy. Wymaga to tylko trzech przewodów, co znacznie obniża koszt instalacji systemu.

Jako źródło prądu dwufazowego zastosowano specjalny generator, który miał dwa zestawy cewek obrócone względem siebie o 90°.

Układy dwu- i trójfazowe można łączyć bezpośrednio za pomocą dwóch transformatorów w tzw. złączu Scotta, co jest rozwiązaniem tańszym i wydajniejszym niż stosowanie przetwornic obrotowych.

Obwód Scotta: fazy Y1, Y2, Y3 układu trójfazowego; R1, R2 — jedna faza układu dwufazowego, R3, R4 — druga faza układu dwufazowego

W czasie, gdy przechodziłem z instalacji dwufazowej na trójfazową, konieczne było podjęcie decyzji, jak równomiernie rozłożyć obciążenie maszyn dwufazowych na instalację trójfazową, aby ją zrównoważyć, ponieważ poszczególnych faz nie można regulować oddzielnie.

Ponadto może przetwarzać energię elektryczną nie tylko z systemu trójfazowego na system dwufazowy, ale także odwrotnie, zapewniając w ten sposób wzajemne połączenie między większymi jednostkami elektrycznymi i wymianę energii między nimi.

Zakładając, że napięcia po stronie trójfazowej i dwufazowej powinny być takie same, jedna z nich jest słyszalna dokładnie w środku, uzwojenie rozdziela się 50:50 i jej końce są podłączone do dwóch faz, a druga ma tylko 86,6 % uzwojenia , odpowiednio, powstaje tam gałąź...

Ten drugi transformator jest podłączony do środka pierwszego, a kran jest podłączony do pozostałej fazy.Prąd jest następnie wytwarzany na uzwojeniach wtórnych, które są przesunięte względem siebie o 90 °.

Niestety to połączenie nie jest w stanie zrównoważyć niezrównoważonego obciążenia poszczególnych faz, niezrównoważenie z układu dwufazowego jest przenoszone na układ trójfazowy i odwrotnie, w zależności od podłączonego źródła.

System został teraz zastąpiony bardziej nowoczesnym systemem trójfazowym prawie na całym świecie, ale system ten jest nadal używany w niektórych częściach Stanów Zjednoczonych, takich jak Filadelfia i South Jersey w USA (gdzie spada). Powody, dla których ten system nadal działa, są historyczne.

Jednofazowa, trójprzewodowa sieć elektroenergetyczna, która jest szczególnie powszechna w Ameryce Północnej, jest czasami błędnie nazywana systemem dwufazowym, mimo że jest to system jednofazowy w głównej instalacji.