Sistema di alimentazione trifase

Una delle opzioni per un sistema di alimentazione multifase è un sistema CA trifase. Ha tre EMF armonici della stessa frequenza, creati da una sorgente di tensione comune. I dati EMF vengono spostati l'uno rispetto all'altro nel tempo (in fase) dello stesso angolo di fase pari a 120 gradi o 2 * pi / 3 radianti.

Il primo inventore di un sistema trifase a sei fili fu Nikola TeslaComunque, un contributo significativo al suo sviluppo fu dato dal fisico e inventore russo Mikhail Osipovich Dolivo-Dobrovolsky, che propose di usare solo tre o quattro fili, il che offrì vantaggi significativi, e fu chiaramente dimostrato in esperimenti con motori a induzione.

In un sistema CA trifase, ogni EMF sinusoidale è nella propria fase, partecipando a un processo periodico continuo di elettrificazione della rete, pertanto i dati EMF sono talvolta indicati semplicemente come "fasi", così come i conduttori che trasmettono dati EMF: prima fase, seconda fase, terza fase. Le fasi sono spostate l'una rispetto all'altra di 120 gradi e i conduttori corrispondenti sono generalmente indicati dalle lettere latine L1, L2, L3 o A, B, C.

Tale sistema è molto economico quando si tratta di trasmissione di energia elettrica via cavo su lunghe distanze. I trasformatori trifase richiedono meno materiali.

I cavi di alimentazione richiedono meno metallo conduttivo (di solito viene utilizzato il rame), poiché le correnti nei conduttori di fase, rispetto ai conduttori monofase, hanno valori effettivi inferiori rispetto ai circuiti monofase di simile potenza trasmessa.

Il sistema trifase è molto bilanciato ed esercita un carico meccanico uniforme sull'impianto di generazione di energia (generatore della centrale elettrica), prolungandone così la durata.

Con l'aiuto di correnti trifase passate attraverso gli avvolgimenti dei consumatori elettrici - varie installazioni e motori, è facile ottenere un campo magnetico parassita rotante necessario per il funzionamento di motori e altri apparecchi elettrici.

I motori trifase sincroni e asincroni hanno un dispositivo semplice e sono molto più economici dei motori monofase e bifase, e ancora di più: i motori CC classici.

Con una rete trifase in un'unica installazione, è possibile ottenere due tensioni operative contemporaneamente: lineare e fase, che consente di avere due livelli di potenza in base allo schema di connessione dell'avvolgimento: un "triangolo" (la versione inglese è "delta") o "stella".

Per quanto riguarda l'alimentazione dei sistemi di illuminazione, collegando tre gruppi di lampade - ciascuno a diverse fasi della rete - è possibile ridurre significativamente lo sfarfallio e liberarsi del dannoso effetto stroboscopico.

Questi vantaggi determinano solo l'uso diffuso di un sistema di alimentazione trifase nella grande industria globale dell'energia elettrica di oggi.

stella

La connessione secondo lo schema a "stella" comporta il collegamento delle estremità degli avvolgimenti di fase del generatore a un punto "neutro" comune (neutro - N), nonché le estremità delle uscite di fase del consumatore.

I fili che collegano le fasi del consumatore con le corrispondenti fasi del generatore sono chiamati fili lineari in una rete trifase. E il filo che collega tra loro i neutri del generatore e del consumatore è un filo neutro (contrassegnato con "N").

In presenza di neutro, una rete trifase risulta essere a quattro fili, e se non c'è neutro - a tre fili. In condizioni in cui le resistenze nelle tre fasi del consumatore sono uguali tra loro, cioè, a condizione che Za = Zb = Zc, il carico sarà simmetrico. Questa è una modalità operativa ideale per una rete trifase.

Se esiste un neutro, la tensione di fase viene chiamata tensione tra qualsiasi filo di fase e un filo neutro. E le tensioni tra qualsiasi filo a due fasi sono chiamate tensioni lineari.

Se la rete ha una connessione a stella, allora sotto carico simmetrico la relazione tra correnti e tensioni di fase e lineari può essere descritta dalle seguenti relazioni:

Si può vedere che le tensioni lineari sono spostate rispetto alle tensioni di fase corrispondenti di un angolo di 30 gradi (pi / 6 radianti):

La potenza alla connessione della "stella" in un carico simmetrico, tenendo conto delle tensioni di fase note, può essere determinata dalla formula:

Sull'importanza dello squilibrio neutro e di fase

Sebbene con un carico assolutamente simmetrico, l'alimentazione ai consumatori è possibile attraverso tre fili con tensioni lineari anche in assenza di neutro, tuttavia, se i carichi sulle fasi non sono strettamente simmetrici, è sempre necessario il neutro.

Se, con un carico asimmetrico, il filo neutro si rompe o la sua resistenza aumenta per qualche motivo, si verifica uno "squilibrio di fase" e quindi i carichi sulle tre fasi possono essere sotto tensioni diverse - da zero a lineari - a seconda della distribuzione delle resistenze di carico fasi al momento della pausa neutrale.

Ma i carichi sono nominalmente progettati rigorosamente per tensioni di fase, il che significa che qualcosa può fallire. Lo squilibrio di fase è particolarmente pericoloso per gli elettrodomestici e l'elettronica, perché a causa di ciò, non solo alcuni dispositivi possono bruciarsi, ma può anche verificarsi un incendio.

Problema delle armoniche multiple del terzo

Molto spesso, oggi gli elettrodomestici e gli altri apparecchi sono dotati di alimentatori a commutazione e senza un circuito di correzione del fattore di potenza integrato. Ciò significa che i momenti di consumo sono limitati da sottili picchi di corrente pulsata vicino alla parte superiore della sinusoide di rete, quando il condensatore del filtro di uscita installato dopo il raddrizzatore viene ricaricato rapidamente e rapidamente.

Quando ci sono molti di questi consumatori collegati alla rete, si verifica un'alta corrente della terza armonica della frequenza principale della tensione di alimentazione. Queste correnti armoniche (multipli del terzo) sono sommate nel conduttore neutro e sono in grado di sovraccaricarlo, nonostante il consumo di energia in ciascuna fase non superi quello consentito.

Il problema è particolarmente rilevante negli edifici per uffici, dove molte apparecchiature per ufficio diverse si trovano in un piccolo spazio. Se tutti gli alimentatori a commutazione incorporati avessero circuiti di correzione del fattore di potenza, ciò risolverebbe il problema.

triangolo

La connessione secondo lo schema "triangolo" presuppone dal lato generatore la connessione della fine del conduttore di prima fase con l'inizio del conduttore di seconda fase, la fine del conduttore di seconda fase con l'inizio del conduttore di terza fase, la fine del conduttore di terza fase con l'inizio del conduttore di prima fase - risulta una figura chiusa - un triangolo.

Le tensioni e le correnti lineari e di fase con un carico simmetrico, rispetto al "triangolo" di connessione, sono correlate come segue:

La potenza in un circuito trifase quando collegata da un triangolo, in condizioni di carico simmetrico, è determinata come segue:

La tabella seguente mostra gli standard di tensione di fase e linea per diversi paesi:

I conduttori di diverse fasi di una rete trifase, così come i conduttori neutri e protettivi, sono tradizionalmente contrassegnati con i loro colori.

Questo viene fatto al fine di prevenire scosse elettriche e garantire la comodità della manutenzione della rete, facilitarne l'installazione e la riparazione, nonché standardizzare la fase delle apparecchiature: la sequenza delle fasi è talvolta molto importante, ad esempio per impostare il senso di rotazione di un motore a induzione, la modalità di funzionamento di un raddrizzatore trifase controllato ecc. In diversi paesi la marcatura del colore è diversa, in alcuni è la stessa.

Vedi: Codice colore filo