Fázový proud: co to je, jak ho najít, výhody a nevýhody, metody měření

Ve většině zemí, včetně Ruska, se používá třífázový systém napájení. Využívá sinusové elektromagnetické síly, které generuje jeden generátor a mají synchronní frekvenci. Při připojování k třífázové síti byste měli pochopit, co jsou fázové a síťové proudy, a také napětí.

Výhody a nevýhody třífázových sítí

Hlavní výhodou třífázových střídavých elektrických sítí je snadné generování točivého magnetického pole. To vedlo k vytvoření asynchronních motorů s kotvou nakrátko jako nejběžnějších aktuátorů na světě.

Třífázové napájení motorů s kotvou nakrátko snadno poskytuje následující vlastnosti:

• snadné obrácení. Změnou fázového sledu na statoru pomocí spouštěčů je možné změnit směr otáčení;
• Snížení rozběhových proudů. Přepnutím hvězda-trojúhelník statorových vinutí se snižuje rozběhový proud – fázový proud, když motor opouští klidový stav;
• kroková regulace rychlosti. Přepínáním pólových párů se třífázový systém přemění na šestifázový systém pro dvourychlostní asynchronní motory;
• Plynulá regulace otáček. Změnou frekvence a amplitudy třífázového napájení je možné regulovat otáčky zkratovaného motoru v určitých mezích.

V třífázových napájecích systémech umožňuje použití menšího počtu vodičů a zmenšeného průřezu neutrálního vodiče na dlouhé vzdálenosti značné úspory neželezných kovů. Magnetický obvod a vinutí třífázových transformátorů se stejnými rozměry jsou výrazně výkonnější než u jednofázových, což je také důležité.

Použití třífázových ohřívačů umožňuje při přepínání hvězda-trojúhelník dosáhnout různých fázových topných proudů. To umožňuje regulaci rychlosti ohřevu objektu, což je užitečné při zapínání a ekonomické při udržování nastavené teploty.

Široké používání zářivek a LED světel v průmyslu při připojení k různým fázím třífázového systému snižuje stroboskopický efekt. Fázový posun napájecích proudů snižuje pulzace světelných zdrojů.

Jedním z hlavních požadavků na třífázové zátěže je zabránění fázové nerovnováze. K tomu je nutné rozdělit jednofázové spotřebiče do skupin a rovnoměrně je rozložit ve třech fázích. Kromě toho, pokud jsou na mechanismech instalovány střídavé motory, je nutné sledovat správný sled fází, aby se stroje a jednotky po zapnutí otáčely správným směrem. V průmyslu to sledují elektrikáři.

V soukromém domě je rozdělení spotřebitelů do skupin na majiteli. Pokud v domě nejsou plánovány žádné výkonné třífázové spotřebiče, jako jsou kotle nebo varné desky, není nutné takové sítě uvnitř pokládat. Je to drahé a může existovat omezení výkonu připojení z elektrické sítě.

Co je to třífázový generátor

Základem třífázové sítě je generátor, na jehož kotvě jsou umístěna tři vinutí. Jsou od sebe po obvodu rozmístěna o 120 stupňů. V každé uzavřené cívce, rotující v rovnoměrném magnetickém poli statoru jako uzavřený rám, se vytvoří sinusový elektromotorický proud, který vytvoří proud stejné frekvence a tvaru.

Aby se zabránilo vzájemnému působení cívek a vytváření elektromotorického pole vzájemné indukce, musí být navíjeny buď ve směru, nebo proti směru hodinových ručiček, ale všechny ve stejném směru. Střídavý proud je z kroužků odváděn kartáči a přiváděn do zátěže. Každá cívka je fáze. Jsou označeny latinskými písmeny A, B, C. Střídavé proudy přítomné ve fázích se nazývají fázové proudy. Označují se I_Ф nebo pro každou fázi I_А, I_В, I_СProudy tekoucí ve větvích zátěže se obvykle nazývají lineární. Hodnota lineárních proudů závisí na velikosti fázových napětí a typu zátěže.

Vzorce pro určení hodnoty EMF v každé nezávislé cívce generátoru v závislosti na úhlu natočení budou vypadat takto:

Elektromotorické síly lze graficky znázornit jako tři sinusoidy posunuté o 1/3 periody.

Proudy vznikají podobným způsobem, pokud jsou na statoru generátoru umístěna vinutí rozmístěná pod úhlem 120 stupňů (2π/3) a otáčí se permanentní magnet – rotor elektrického stroje. Pohon, který zajišťuje rovnoměrné otáčení rotoru, může být libovolný.

Zapojení vinutí generátoru

Vinutí generátoru jsou zapojena buď do hvězdy, nebo do trojúhelníku. V prvním případě jsou začátky vinutí elektrického stroje spojeny dohromady (N_А+ Н_В+ Н_С) a konce K_А, K._В, K._С jsou vyvedeny k zátěži (konce k sobě a začátky k zátěži jsou také správně). Při zapojení do trojúhelníku je začátek jednoho vinutí připojen ke konci druhého (N_А+К_В, H_В+К_С, H_С+К_А) a připojovací body jsou vyvedeny k zátěži.

Hvězdné spojení

Při připojení generátoru střídavého proudu k zátěži v hvězdicovém zapojení v asymetrických systémech, kdy mohou být fáze zatíženy různě, se používá nulový vodič. S jeho pomocí se nulový vodič generátoru připojí k nulovému vodiči přijímače. To může eliminovat fázovou nerovnováhu, pokud existuje rozdíl mezi napětími bodů N a n.

S různými odpory v přijímači se fázové proudy liší velikostí. Proud ve vodiči spojujícím neutrály se určí jako součet vektorů všech fázových proudů:

Rozdíl potenciálů mezi vodiči spojujícími vinutí generátoru a přijímače se nazývá síťové napětí. Při zapojení do hvězdy je fázové napětí potenciálem na výstupu vinutí a nulovým bodem hvězdy. Pro určení vztahu mezi hodnotami síťového a fázového napětí použijte vzorec:

V zapojení do hvězdy mají fázové a svazkové proudy stejnou hodnotu v přijímačích se stejnými odpory. Pokud se odpory neshodují, bude velikost svazkových a fázových proudů určena zátěží.

Zapojení generátoru a třífázové zátěže do hvězdy je možné bez nulového vodiče se stejným odporem fází přijímače. Poměr napětí a proudů v tomto případě odpovídá variantě se symetrickou zátěží. Trojfázový asymetrický přijímač bez vodiče spojujícího nuly vytváří nouzovou situaci.

Delta připojení

Spojení začátku jednoho vinutí třífázového generátoru s koncem druhého tvoří trojúhelník – uzavřený obvod, jehož součet EMF uvnitř se rovná 0.

Při zapojení vinutí do trojúhelníku v případě symetrického zatížení platí vztah mezi síťovými a fázovými proudy a napětími:

Podle Kirchhoffova zákona lze ve vrcholech trojúhelníku přijímače lineární proudy určit pomocí vzorců:

Proudy ve fázích přijímače lze zjistit pomocí Ohmova zákona:

U asymetrické zátěže (různý odpor fází přijímače) se předpokládá, že tato zátěž (asymetrie) neovlivňuje fázová napětí a proudy generátoru, tj. výkon zdroje je nekonečně velký ve srovnání s výkonem přijímače. Za tohoto předpokladu zůstává vztah mezi fázovými a síťovými proudy stejný jako u symetrické zátěže.

Pokud je nutné znát hodnotu proudu a napětí v trojfázovém obvodu, často se měří jeden z proudů a jedno z napětí. Parametr se měří stejným způsobem jako v jednofázovém obvodu. K tomu se používají voltmetry, ampérmetry a proudové transformátory.

Související videa