Rozdíl mezi třífázovým a jednofázovým proudem, střídavý proud v třífázovém obvodu

V domácích elektrických rozvodných sítích se používá především jedna fáze a nulový vodič. To stačí k provozu domácích elektrických spotřebičů, osvětlení a vytápění. Třífázový proud slouží k organizaci technologického procesu výroby. Spotřebiče, sestavy přípojnic, rozvodné desky, měřicí jednotky a celý elektrický obvod jsou nakonfigurovány pro provoz z třífázových proudových sítí.

Třífázový střídavý systém

Třífázové systémové sítě jsou navrženy tak, aby byly napájeny z rozvoden, které dodávají napětí prostřednictvím čtyř vodičů: třífázového a nulového. Toto je jeden ze speciálních případů vícefázových obvodů, kde pracují EMF, které mají sinusový tvar a stejnou frekvenci. Jsou vyráběny stejným zdrojem, ale mají úhel fázového posunu 120 stupňů (2π/3).

Také elektrotechnik M.O. Dolivo-Dobrovolsky, provádějící studii provozu asynchronních motorů, představil čtyřvodičový systém jako pracovní systém pro napájení tohoto typu strojů a jednotek. Každý vodič, který tvoří samostatný obvod v tomto systému, se nazývá „fáze“. Struktura tří fázově posunutých střídavých proudů se nazývá třífázový proud.

Čtyřvodičový napájecí obvod

Důležité! V takové struktuře je fázové napětí 220 V – to ukáže přístroj při měření mezi fázovým a nulovým vodičem. Hodnota síťového napětí bude 380 V při měření mezi dvěma vodiči fázového proudu.

Co je třífázový proud

Jedná se o systém, který kombinuje tři elektrické obvody s proudy, které se fázově liší o 1/3 periody. Navíc jejich vlastní EMF se shodují ve frekvenci a amplitudě a mají stejný fázový posun. Pro takovou strukturu je fázové a síťové napětí 220 V a 380 V. Frekvence periodických oscilací je 50 hertzů (Hz).

Pokud připojíte aktuální sinusové signály z třífázové sítě k osciloskopu, uvidíte, že procházejí svými maximálními body v pravidelném sledu fází.

Obecný vzorec pro AC napájení:

kde:

• P – výkon, (W);
• I – proud, (A);
• U – napětí, (V);
• cosϕ je účiník.

Hodnota cosϕ by měla směřovat k jednotce. Průměrný účiník se pohybuje v rozmezí 0,7-0,8. Čím vyšší je, tím vyšší je účinnost instalace.

V případě 3-fázových sítí bude výkon záviset na schématu zapojení zdroje a zátěže.

Graf třífázového proudu

Proč se používá třífázový proud

Když víte, co je třífázový proud, můžete jasně odpovědět na otázku, proč se používá.

Třífázové systémy střídavého proudu mají řadu výhod, díky kterým vynikají mezi vícefázovými elektrickými strukturami. Mezi výhody patří následující vlastnosti:

• ekonomická přeprava energie na velké vzdálenosti bez snížení parametrů;
• 3-fázové transformátory a kabely mají na rozdíl od jednofázových modelů nižší spotřebu materiálu;
• schopnost zajistit vyvážený energetický systém;
• současná přítomnost dvou napětí v instalacích pro provoz: fázové napětí (220 V) a síťové napětí (380 V).

Pro vaši informaci. Zapojení zářivek do různých fází a jejich instalace do jednoho svítidla výrazně sníží stroboskopický efekt a viditelné blikání.

Nedílnou součástí vybavení každého výrobního podniku jsou asynchronní motory. Pro jejich normální provoz a vývoj jmenovitého výkonu je nutný 3-fázový napájecí zdroj. Poskytuje schopnost vytvářet rotující magnetické pole (MF), které uvádí rotor asynchronního stroje do pohybu. Takové motory jsou ve srovnání s jednofázovými nebo jinými motory hospodárnější, jednodušší na výrobu a jednodušší na provoz.

V elektrárnách jakéhokoli typu (vodní elektrárny, jaderné elektrárny, tepelné elektrárny), ale i alternativních, je výroba střídavého proudu zajištěna pomocí generátorů.

Třífázové elektrické vedení 10 kV

Jak funguje generátor?

Zařízení funguje tak, že přeměňuje rotační energii na elektrickou energii. Elektrický stroj pomocí rotace magnetického pole generuje elektrický proud. V okamžiku, kdy se vinutí drátu (cívka) otáčí v magnetickém poli, magnetické siločáry pronikají do závitů vinutí.

Varování! V důsledku tohoto procesu se elektrony pohybují směrem ke kladnému pólu magnetu. V tomto případě se proud naopak pohybuje směrem k zápornému magnetickému pólu.

Nezáleží na tom, co se při mechanickém působení otáčí, na vinutí nebo magnetickém poli, proud poteče tak dlouho, dokud bude rotace prováděna.

Generátory produkující třífázové napětí mohou mít:

• pevné magnety a pohyblivá (otočná) kotva;
• stacionární stator a rotující magnetické póly.

U zařízení prvního provedení je potřeba zvolit velký proud při vysokém napětí. K tomu musíte použít kartáče (kontakty klouzající po kontaktních kroužcích).

Druhá konstrukce generátoru je jednodušší a více žádaná. Rotor je zde pohyblivý prvek skládající se z magnetických pólů. Stator je stacionární část sestavená z balíku železných plechů navzájem izolovaných a vložených do štěrbin statorového vinutí.

Informace. Tělo rotoru je vyrobeno z masivního železa a má magnetické póly ve formě hrotů. Hroty jsou sestaveny ze samostatných listů. Jejich tvar je zvolen tak, aby se generovaný proud blížil tvaru sinusoidy.

Pólová jádra mají budicí cívky. Do cívek je přiváděn stejnosměrný proud. Posuv se provádí přes grafitové kartáče na kontaktní kroužky umístěné na hřídeli.

Ve schématech je 3fázový generátor nakreslen jako tři vinutí, mezi nimiž je úhel 1200.

Existuje několik způsobů, jak vybudit generátory, jmenovitě:

• nezávislý – pomocí baterie;
• z budiče – pomocí přídavného generátoru upevněného na jednom hřídeli;
• v důsledku samobuzení – vlastního usměrněného proudu.

Patří sem také magnetické buzení dodávané permanentními magnety.

Třífázový generátor střídavého proudu

Třífázová schémata zapojení

Vinutí generátoru nebo transformátoru v třífázových obvodech lze vzájemně propojit podle dvou schémat:

Připojení se provádí na svorkovnici (boru) jednotky nebo transformátoru, kde jsou připojeny konce vinutí.

Zátěž lze připojit ke generátoru (transformátoru) podle následujících schémat:

• spojení hvězda-hvězda pomocí nulového vodiče;
• spojení hvězda-hvězda bez použití nulového vodiče;
• spojení hvězda-trojúhelník;
• diagram trojúhelník-trojúhelník;
• spojení delta-star.

Varování! Tato rozmanitost obvodů je způsobena tím, že vlastní vinutí generátoru a vlastní vinutí zátěže mohou být zapojena různými způsoby. Různé typy vazby mají za následek různé shody mezi fázovými a lineárními hodnotami.

Připojení může být provedeno ve výrobě během montáže generátoru; druhé konce vinutí jsou již připojeny k místu, kde je připojen napájecí kabel. Informace o schématu zapojení vinutí je umístěna na štítku připevněném ke statoru stroje.

Na elektromotorech, transformátorech nebo jiných spotřebičích se také provádějí potřebné manipulace pro přepínání svorek vinutí. Na obrázku níže jsou konce vinutí, spojené propojkou, označeny červenou značkou. Modrá značka – fáze napájení.

Připojení bóru motoru

Hvězdné spojení

Písmenné označení začátku vinutí je „A“, „B“, „C“, konce jsou „X“, „Y“, „Z“. Nulový bod je označen jako “O”. Každé vinutí má dva konce. Při připojení hvězdy jsou všechny tři stejné vývody vinutí (začátky) vzájemně spojeny v jednom bodě „O“. Zátěž je připojena k volným koncům.

Schéma zapojení hvězdicového vinutí

Delta připojení

Při tomto připojení jsou na svorkovnici umístěny propojky, které zapínají vinutí v následujícím pořadí:

• konec “A” – se začátkem “B”;
• konec “B” – se začátkem “C”;
• konec “C” – se začátkem “A”.

Grafické znázornění cívek se podobá trojúhelníku, odtud název.

Když chtějí použít zásuvný asynchronní motor s maximální účinností, jeho vinutí se spojí do trojúhelníku. V tomto případě se fázová napětí shodují (Uл = Uф), Proud vedení se vypočítá pomocí vzorce:

Při připojování motoru jako zátěže je nutné vzít v úvahu řadu nuancí:

• je dosaženo 1,5násobného zvýšení výkonu;
• hodnota rozběhového proudu se z důvodu obtížného startu zvyšuje 7krát oproti proudu provoznímu;
• prudké zvýšení zatížení hřídele elektrického stroje způsobí prudké zvýšení proudu.

Kvůli tomu všemu existuje riziko přehřátí stroje, ke kterému nedochází při připojení zátěžových vinutí podle schématu “hvězdy”. Tam motor není náchylný na přehřívání a jeho start je plynulý.

Připojení vinutí podle schématu “trojúhelníku”.

Při dvou typech zapojení vinutí se rozlišují a definují dva typy proudů: lineární a fázový. Je snadné si zapamatovat rozdíly:

• proud procházející vodičem, který spojuje zdroj s přijímačem, se nazývá linkový proud;
• Proud pohybující se vinutím zdroje nebo zátěže se nazývá fázový proud.

Stojí za to věnovat pozornost výkonovým vzorcům pro různá schémata připojení zdroje se zátěží.

Aktuální výkon v hvězdicovém obvodu je určen vzorcem:

P = 3*Uф*Iф*cosϕ = √3*Uл*Iл*cosϕ,

kde:

• Uph – fázové napětí;
• Uл – síťové napětí;
• If – fázový proud;
• Iл – lineární proud;
• cosϕ – fázový posun.

Aktuální výkon v obvodu „trojúhelník“ se vypočítá podle vzorce:

P = 3* Uф* Iф*cosϕ = √3*Uл*Iл*cosϕ.

Pro vaši informaci. Při nesymetrickém zatížení generátoru (zdroje) při připojení zátěže je nutné dávat pozor na proudy vedení a fáze.

Zapojení v třífázovém obvodu

Fázové a síťové napětí v třífázových obvodech

Dalším parametrem, který vyžaduje pečlivé zvážení, je napětí. Stejně jako proudy může být napětí v tomto případě fázové a lineární. Aby byl jejich rozdíl jasnější, je nejlepší podívat se na grafické znázornění vektorů napětí (fáze). Je již známo, že jsou umístěny v úhlu 1200 vůči sobě. Toto je úhel mezi vinutími třífázového generátoru.

umístění vektorů napětí na diagramu

Při zachování úhlu sklonu vektoru Ub jej vyneseme (změnou znaménka) od bodu, kde končí vektor Ua. Ze získaného vektorového diagramu je pak zřejmé, že lineární vektor napětí Uл je roven vzdálenosti mezi počátečním bodem vektoru napětí Ua a koncovým bodem vektoru napětí Ub. Je patrné, že vektor síťového napětí překračuje fázové napětí. Jak velký je tento rozdíl, lze určit pomocí vzorce:

Protože sin600= √3/2, vzorec má tvar:

Takže Uл = 1,73*Uф

Při praktickém měření napěťových parametrů se fázové napětí měří přiložením sondy testeru k fázovému a nulovému vodiči. Lineární hodnota by měla být měřena přiložením sond ke dvěma fázovým vodičům.

Připojení zátěže ke zdroji v třífázovém obvodu může být provedeno buď třemi vodiči, bez nulového vodiče, nebo pomocí jednoho. Vše závisí na tom, jaký typ neutrálu má síť. V sítích s pevně uzemněným nulovým vodičem slouží nulový vodič k zamezení fázové nesymetrie. Kromě toho se používá v ochranných obvodech proti porušení izolace na těle zařízení. Umožňuje spuštění ochranného vypnutí nebo spálení pojistkové vložky.

Sítě s izolovaným neutrálem fungují perfektně na třífázových vodičích. Zapojení tohoto typu vylučují současné použití fázového i síťového napětí. U tohoto provedení hrozí nebezpečí úrazu elektrickým proudem v důsledku porušení izolace.

Rozdíly od jednofázového proudu

Do bytových domů se zpravidla dodává třífázový střídavý proud. To je způsobeno připojením velkého počtu jednofázových zátěží. V tomto případě je možné rovnoměrně zatížit každou fázi obvodu trafostanice. Tím se zabrání nevyváženosti mezifázového a fázového napětí.

Hlavní rozdíly ve srovnání s jednofázovým proudem leží v následující rovině:

• síťové napětí není určeno k napájení jednofázových spotřebičů;
• hodnota příkonu zátěže závisí na průřezu napájecího kabelu;
• možnost připojení třífázových spotřebitelů k síti;
• přípustnost přepnutí jednofázového spotřebiče na jinou fázi.

V tomto ohledu je použití třífázového proudu ve výrobě efektivnější.

Důležité! Náklady na zařízení, kabelové produkty, elektřinu a měřicí zařízení při připojení napětí 380 V k zařízení jsou výrazně vyšší než u jednofázové sítě.

Je na majiteli domu, jakou aktuální variantu zvolí, zda třífázovou nebo jednofázovou. To platí zejména pro velké soukromé domy, kde moderní elektrické zařízení vyžaduje přítomnost všech tří fází. Náklady na připojení třífázového proudu a instalaci měřicí jednotky budou více než kompenzovány možnostmi použití třífázových spotřebičů na pozemku domácnosti.