Breve cenni storici

Storicamente, fu il primo a descrivere il fenomeno del campo magnetico rotante, e la data di questa scoperta è considerata il 12 ottobre 1887, il momento in cui gli scienziati depositarono domande di brevetto relative a un motore asincrono e alla tecnologia di trasmissione dell'elettricità. Il 1 maggio 1888 negli Stati Uniti, Tesla ricevette i suoi principali brevetti: per l'invenzione di macchine elettriche polifase (incluso un motore elettrico asincrono) e per sistemi di trasmissione di energia elettrica attraverso corrente alternata polifase.

L'essenza dell'approccio innovativo di Tesla a questo problema era la sua proposta di costruire l'intera catena di generazione, trasmissione, distribuzione e utilizzo dell'elettricità come un unico sistema di corrente alternata multifase, comprendente un generatore, una linea di trasmissione e un motore a corrente alternata, che Tesla allora la chiamò “induzione”.

Nel continente europeo, parallelamente all'attività inventiva di Tesla, un problema simile è stato risolto da Mikhail Osipovich Dolivo-Dobrovolsky, il cui lavoro mirava a ottimizzare il metodo di utilizzo su larga scala dell'elettricità.

Basandosi sulla tecnologia della corrente bifase di Nikola Tesla, Mikhail Osipovich ha sviluppato in modo indipendente un sistema elettrico trifase (come caso speciale di un sistema multifase) e un motore elettrico asincrono dal design perfetto - con un rotore a "gabbia di scoiattolo". Mikhail Osipovich ricevette un brevetto per il motore l'8 marzo 1889 in Germania.

Un ricevitore simmetrico ha la stessa resistenza in ciascuna delle sue fasi. La tensione tra i punti neutri è zero, la somma delle tensioni di fase è zero e la corrente nel conduttore neutro è zero.

Pertanto, per un ricevitore simmetrico collegato da una stella, la presenza di un neutro non ne pregiudica il funzionamento. Ma rimane in vigore la relazione tra tensioni lineari e di fase:

Un ricevitore asimmetrico collegato a stella, in assenza di un conduttore neutro, avrà una tensione di polarizzazione neutra massima (la conduttività neutra è zero, la resistenza è infinita):

In questo caso anche la distorsione delle tensioni di fase del ricevitore è massima. Il diagramma vettoriale delle tensioni di fase della sorgente, con la costruzione della tensione di neutro, riflette questo fatto:

Ovviamente, quando cambiano i valori o la natura delle resistenze del ricevitore, il valore della tensione di polarizzazione neutra varia entro ampi limiti e il punto neutro del ricevitore sul diagramma vettoriale può essere posizionato in una varietà di luoghi. In questo caso, le tensioni di fase del ricevitore varieranno in modo significativo.

Conclusione: un carico simmetrico consente la rimozione del filo neutro senza influenzare le tensioni di fase al ricevitore; un carico asimmetrico durante la rimozione del conduttore neutro porta immediatamente all'eliminazione del collegamento rigido tra le tensioni del ricevitore e le tensioni di fase del generatore - ora solo le tensioni lineari del generatore influenzano le tensioni di carico.

Un carico asimmetrico porta all'asimmetria delle tensioni di fase su di esso e ad uno spostamento del punto neutro più lontano dal centro del triangolo del diagramma vettoriale.

Un filo neutro è quindi necessario per equalizzare le tensioni di fase del ricevitore in condizioni di asimmetria o quando si collegano ricevitori monofase progettati per tensione di fase anziché lineare su ciascuna fase.

Per lo stesso motivo, è impossibile installare un fusibile nel circuito del filo neutro, poiché se il filo neutro si rompe ai carichi di fase, si verificherà una tendenza.

Calcoli per il "triangolo"

Consideriamo ora il collegamento delle fasi del ricevitore secondo il circuito "triangolo". La figura mostra i terminali della sorgente e non c'è filo neutro e non c'è nessun posto dove collegarlo. Il compito con tale schema di collegamento è solitamente quello di calcolare le correnti di fase e di linea con tensione di sorgente e resistenze di carico di fase note.

Le tensioni tra i fili lineari sono le tensioni di fase quando il carico è collegato a triangolo. Escludendo dalla considerazione la resistenza dei fili lineari, equiparamo le tensioni lineari della sorgente alle tensioni lineari delle fasi del consumatore. Le correnti di fase vengono chiuse attraverso resistenze di carico complesse e attraverso fili.

Si considera che la direzione positiva della corrente di fase sia la direzione corrispondente alle tensioni di fase, dall'inizio alla fine della fase, e per le correnti lineari, dalla sorgente al ricevitore. Le correnti nelle fasi di carico si trovano secondo la legge di Ohm:

Un circuito trifase è un caso speciale di sistemi elettrici multifase, che sono un insieme di circuiti elettrici in cui operano EMF della stessa frequenza, sfasati l'uno rispetto all'altro di un certo angolo. Si noti che solitamente questi campi elettromagnetici, principalmente nell'ingegneria energetica, sono sinusoidali. Tuttavia, nei moderni sistemi elettromeccanici, dove i convertitori di frequenza vengono utilizzati per controllare i motori degli attuatori, il sistema di tensione è generalmente non sinusoidale. Viene chiamata ciascuna parte di un sistema multifase caratterizzata dalla stessa corrente fase, quelli. fase è una sezione del circuito relativa al corrispondente avvolgimento del generatore o trasformatore, linea e carico.

Pertanto, il concetto di "fase" ha due significati diversi nell'ingegneria elettrica:

• fase come argomento di una quantità variabile sinusoidalmente;
• fase come parte integrante di un sistema elettrico multifase.

Lo sviluppo dei sistemi multifase è stato guidato dalla storia. La ricerca in questo settore è stata guidata dalle esigenze di sviluppo della produzione e i progressi nello sviluppo di sistemi multifase sono stati facilitati dalle scoperte nella fisica dei fenomeni elettrici e magnetici.

Il prerequisito più importante per lo sviluppo dei sistemi elettrici multifase fu la scoperta del fenomeno del campo magnetico rotante (G. Ferraris e N. Tesla, 1888). I primi motori elettrici erano bifase, ma avevano scarse prestazioni. Il sistema a tre fasi si è rivelato il più razionale e promettente, i cui principali vantaggi saranno discussi di seguito. Un grande contributo allo sviluppo dei sistemi trifase è stato dato dall'eccezionale ingegnere elettrico russo M.O. Dobrovolsky, che ha creato motori asincroni trifase, trasformatori, proposto circuiti a tre e quattro fili, e quindi è giustamente considerato il fondatore. di sistemi trifase.

La sorgente di tensione trifase è un generatore trifase, sul cui statore (vedi Fig. 1) è posizionato un avvolgimento trifase. Le fasi di questo avvolgimento sono disposte in modo tale che i loro assi magnetici sono spostati l'uno rispetto all'altro nello spazio di una quantità elettrica. lieto. Nella fig. 1, ciascuna fase dello statore è convenzionalmente rappresentata come un giro. Gli inizi degli avvolgimenti sono solitamente indicati rispettivamente con le lettere maiuscole A, B, C e le estremità con le lettere maiuscole x, y, z. La FEM negli avvolgimenti stazionari dello statore è indotta come risultato dell'intersezione delle loro spire dal campo magnetico creato dalla corrente dell'avvolgimento di campo del rotore rotante (in Fig. 1, il rotore è convenzionalmente rappresentato come un magnete permanente, che è utilizzato in pratica a potenze relativamente basse). Quando il rotore ruota a una velocità uniforme, negli avvolgimenti delle fasi dello statore vengono indotti campi elettromagnetici sinusoidali che cambiano periodicamente della stessa frequenza e ampiezza, ma differiscono a causa di uno sfasamento spaziale di rad. (vedi Fig. 2).

Attualmente i più diffusi sono i sistemi trifase. Tutte le grandi centrali elettriche e i consumatori funzionano con corrente trifase, che è associata a una serie di vantaggi dei circuiti trifase rispetto a quelli monofase, i più importanti dei quali sono:

Trasmissione economica di elettricità su lunghe distanze;

L'azionamento elettrico più affidabile ed economico che soddisfa i requisiti di un azionamento elettrico industriale è un motore asincrono con rotore a gabbia di scoiattolo;

La possibilità di ottenere un campo magnetico rotante utilizzando avvolgimenti stazionari, su cui si basa il funzionamento di motori sincroni e asincroni, nonché di numerosi altri dispositivi elettrici;

Equilibrio dei sistemi trifase simmetrici.

Da considerare il più importante proprietà di equilibrio sistema trifase, che verrà dimostrato in seguito, introduciamo il concetto di simmetria di un sistema multifase.

Viene chiamato il sistema EMF (tensioni, correnti, ecc.). simmetrico, se è costituito da m vettori EMF (tensioni, correnti, ecc.) di uguale grandezza, sfasati l'uno rispetto all'altro dello stesso angolo. In particolare, il diagramma vettoriale per un sistema EMF simmetrico corrispondente a un sistema sinusoidale trifase in Fig. 2, è mostrato in Fig. 3.

Fig.3	Fig.4

Tra i sistemi asimmetrici, il sistema a due fasi con uno sfasamento di 90 gradi è di maggiore interesse pratico (vedi Fig. 4).

Tutti i sistemi simmetrici trifase e m-fase (m>3), nonché un sistema bifase, lo sono equilibrato. Ciò significa che sebbene nelle singole fasi la potenza istantanea pulsa (vedi Fig. 5, a), cambiando durante un periodo non solo la grandezza, ma in generale anche il segno, la potenza istantanea totale di tutte le fasi rimane costante durante l'intero periodo della FEM sinusoidale (vedi Fig. 5,b).

L’equilibrio è della massima importanza pratica. Se la potenza istantanea totale pulsasse, una coppia pulsante agirebbe sull'albero tra la turbina e il generatore. Un carico meccanico così variabile avrebbe un effetto dannoso sull'impianto di generazione di energia, riducendone la durata. Le stesse considerazioni valgono per i motori elettrici multifase.

Se la simmetria viene rotta (il sistema a due fasi di Tesla non viene preso in considerazione a causa della sua specificità), anche l'equilibrio viene rotto. Pertanto, nel settore energetico, si garantisce rigorosamente che il carico del generatore rimanga simmetrico.

Schemi di collegamento per sistemi trifase

Un generatore (trasformatore) trifase ha tre avvolgimenti di uscita, identici nel numero di spire, ma che sviluppano una FEM sfasata di 120°. Sarebbe possibile utilizzare un sistema in cui le fasi dell'avvolgimento del generatore non fossero collegate galvanicamente tra loro. Questo è il cosiddetto sistema disconnesso. In questo caso ciascuna fase del generatore deve essere collegata al ricevitore con due fili, cioè ci sarà una linea a sei fili, il che è antieconomico. A questo proposito, tali sistemi non sono ampiamente utilizzati nella pratica.

Per ridurre il numero di fili sulla linea, le fasi del generatore sono collegate galvanicamente tra loro. Esistono due tipi di connessioni: in una stella E in un triangolo. A sua volta, quando è collegato a una stella, il sistema può esserlo tre- E quattro fili.

Collegamento a stella

Nella fig. La Figura 6 mostra un sistema trifase quando le fasi del generatore e del carico sono collegate a stella. Qui i fili AA', BB' e CC' sono fili lineari.

Lineare chiamato il filo che collega l'inizio delle fasi degli avvolgimenti del generatore e del ricevitore. Viene chiamato il punto in cui le estremità delle fasi sono collegate in un nodo comune neutro(in Fig. 6 N e N’ sono rispettivamente i punti neutri del generatore e del carico).

Viene chiamato il filo che collega i punti neutri del generatore e del ricevitore neutro(mostrato con una linea tratteggiata in Fig. 6). Viene chiamato un sistema trifase quando collegato a stella senza filo neutro tre fili, con filo neutro – quattro fili.

Vengono chiamate tutte le quantità relative alle fasi variabili di fase, alla linea - lineare. Come si può notare dal diagramma in Fig. 6, quando collegati a stella, le correnti lineari e sono uguali alle corrispondenti correnti di fase. Se è presente un filo neutro, la corrente nel filo neutro . Se il sistema delle correnti di fase è simmetrico, allora. Di conseguenza, se la simmetria delle correnti fosse garantita, il filo neutro non sarebbe necessario. Come verrà mostrato di seguito, il filo neutro garantisce il mantenimento della simmetria delle tensioni ai capi del carico quando il carico stesso è sbilanciato.

Poiché la tensione alla sorgente è opposta alla direzione della sua EMF, le tensioni di fase del generatore (vedi Fig. 6) agiscono dai punti A, B e C al punto neutro N; - tensioni di carico di fase.

Le tensioni di linea agiscono tra i fili di linea. In accordo con la seconda legge di Kirchhoff per le tensioni lineari, possiamo scrivere

;

(1)

;

(2)

Di solito viene preso nei calcoli . Poi per il caso rotazione di fase diretta, (A rotazione di fase inversa sfasamenti y e cambio di posto). Tenendo conto di ciò, in base alle relazioni (1) ... (3), è possibile determinare complessi di tensioni lineari. Tuttavia, con la simmetria della tensione, queste quantità possono essere facilmente determinate direttamente dal diagramma vettoriale in Fig. 7. Dirigendo l'asse reale del sistema di coordinate lungo il vettore (la sua fase iniziale è zero), contiamo gli sfasamenti delle tensioni lineari rispetto a questo asse e determiniamo i loro moduli secondo (4). Quindi per le tensioni lineari otteniamo: ; .

Collegamento triangolare

A causa del fatto che una parte significativa dei ricevitori inclusi nei circuiti trifase sono asimmetrici, nella pratica è molto importante, ad esempio, nei circuiti con dispositivi di illuminazione, garantire l'indipendenza delle modalità operative delle singole fasi. Oltre al circuito a quattro fili, anche i circuiti a tre fili hanno proprietà simili quando le fasi del ricevitore sono collegate a triangolo. Ma le fasi del generatore possono anche essere collegate a triangolo (vedi Fig. 8).

Per un sistema EMF simmetrico abbiamo

.

Pertanto, in assenza di carico nelle fasi del generatore nel circuito di Fig. 8 correnti saranno zero. Tuttavia, se si scambia l'inizio e la fine di una qualsiasi delle fasi, nel triangolo scorrerà una corrente di cortocircuito. Pertanto, per un triangolo, è necessario osservare rigorosamente l'ordine di collegamento delle fasi: l'inizio di una fase è collegato alla fine di un'altra.

Lo schema di collegamento delle fasi del generatore e del ricevitore in un triangolo è mostrato in Fig. 9.

È ovvio che quando collegate a triangolo, le tensioni di linea sono uguali alle corrispondenti tensioni di fase. Secondo la prima legge di Kirchhoff, la connessione tra le correnti lineari e di fase del ricevitore è determinata dalle relazioni

Allo stesso modo, le correnti di linea possono essere espresse attraverso le correnti di fase del generatore.

Nella fig. La Figura 10 mostra un diagramma vettoriale di un sistema simmetrico di correnti lineari e di fase. La sua analisi mostra che con l’attuale simmetria

.

(5)

In conclusione, notiamo che oltre alle connessioni stella-stella e delta-triangolo considerate, nella pratica vengono utilizzati anche circuiti stella-triangolo e delta-stella.

Letteratura

1. Nozioni di base teoria dei circuiti: libro di testo. per le università / G.V. Zeveke, P.A. Ionkin, A.V. –5a edizione, rivista. –M.: Energoatomizdat, 1989. -528 p.
2. Bessonov L.A. Fondamenti teorici dell'ingegneria elettrica: Circuiti elettrici. Manuale per gli studenti delle specialità di ingegneria elettrica, energia e ingegneria strumentale delle università. –7a edizione, rivista. e aggiuntivi –M.: Più in alto. scuola, 1978. –528 p.

Testare domande e compiti

Un circuito trifase è costituito da tre elementi principali: un generatore trifase, una linea di trasmissione con tutte le apparecchiature necessarie e ricevitori (consumatori). Viene chiamata la tensione tra il filo della linea e il neutro (Ua, Ub, Uc). fase. Viene chiamata la tensione tra due fili di linea (UAB, UBC, UCA). lineare. Per collegare avvolgimenti a stella, con carico simmetrico, vale la relazione tra correnti e tensioni lineari e di fase:

14. Ricevitori simmetrici e asimmetrici in circuiti trifase, diagrammi vettoriali.

.

Diagramma vettoriale quando si collega il ricevitore con una stella in caso di carico simmetrico .

15. Corrente nel filo neutro nei circuiti trifase. Filo neutro (zero funzionante). - il cavo, collegando tra loro i neutri degli impianti elettrici reti elettriche trifase. Quando si collegano gli avvolgimenti Generatore e ricevitore di potenza secondo lo schema “stella”, fase voltaggio dipende dal carico collegato a ciascuna fase. Se ad esempio viene collegato un motore trifase, il carico sarà simmetrico e la tensione tra i centri neutro del generatore e del motore sarà nulla. Tuttavia, se a ciascuna fase è collegato un carico diverso, il cosiddetto tensione di polarizzazione neutra, che causerà uno squilibrio della tensione di carico. In pratica, ciò può portare al fatto che alcuni consumatori avranno una bassa tensione e altri avranno un'alta tensione. La sottotensione porta al funzionamento errato degli impianti elettrici collegati e la sovratensione può inoltre causare danni alle apparecchiature elettriche o il verificarsi di fuoco. Il collegamento dei punti neutri del generatore e del ricevitore di potenza con un filo neutro consente di ridurre la tensione di polarizzazione neutra quasi a zero e di equalizzare le tensioni di fase sul ricevitore di potenza. Si creerà solo un po' di tensione resistenza filo neutro.

15 Domanda Corrente nel filo neutro nei circuiti trifase.

I circuiti trifase con un filo neutro sono chiamati circuiti a quattro fili.

Di solito non si tiene conto della resistenza dei fili /

Quindi fase ad es. il ricevitore sarà uguale alla fase. tensione del generatore. .

Dato che le resistenze complesse sono uguali, si determinano le correnti

Conforme a 1 ordine Corrente di Kirgoff nel neutro. filo

Quando simmetrico. per esempio

Durante il trasporto per esempio

Il filo neutro equalizza le tensioni di fase.

16 Modalità operative di un successore trifase.

Esistono due tipi di connessioni: stella e triangolo. A sua volta, quando collegato a stella, il sistema può essere a tre o quattro fili.

Collegamento a stella

Nella fig. La Figura 6 mostra un sistema trifase quando le fasi del generatore e del carico sono collegate a stella. Qui i fili AA', BB' e CC' sono fili lineari.

Lineare chiamato il filo che collega l'inizio delle fasi degli avvolgimenti del generatore e del ricevitore. Viene chiamato il punto in cui le estremità delle fasi sono collegate in un nodo comune neutro(in Fig. 6 N e N’ sono rispettivamente i punti neutri del generatore e del carico).

Viene chiamato il filo che collega i punti neutri del generatore e del ricevitore neutro(mostrato con una linea tratteggiata in Fig. 6). Viene chiamato un sistema trifase quando collegato a stella senza filo neutro tre fili, con filo neutro – quattro fili.

Vengono chiamate tutte le quantità relative alle fasi variabili di fase, alla linea - lineare. Come si può vedere dal diagramma in Fig. 6, quando collegati a stella, le correnti lineari e sono uguali alle corrispondenti correnti di fase. Se è presente un filo neutro, la corrente nel filo neutro . Se il sistema delle correnti di fase è simmetrico, allora. Di conseguenza, se la simmetria delle correnti fosse garantita, il filo neutro non sarebbe necessario. Come verrà mostrato di seguito, il filo neutro garantisce il mantenimento della simmetria delle tensioni ai capi del carico quando il carico stesso è sbilanciato.

Poiché la tensione alla sorgente è opposta alla direzione della sua EMF, le tensioni di fase del generatore (vedi Fig. 6) agiscono dai punti A, B e C al punto neutro N; - tensioni di carico di fase.

Le tensioni di linea agiscono tra i fili di linea. In accordo con la seconda legge di Kirchhoff per le tensioni lineari, possiamo scrivere

;

Si noti che è sempre la somma delle tensioni lungo un circuito chiuso.

Nella fig. La Figura 7 mostra un diagramma vettoriale per un sistema di tensione simmetrico. Come mostra la sua analisi (i raggi delle tensioni di fase formano i lati di triangoli isosceli con angoli alla base pari a 300), in questo caso

Di solito viene preso nei calcoli . Poi per il caso rotazione di fase diretta, (A rotazione di fase inversa sfasamenti y e cambio di posto). Tenendo conto di ciò, in base alle relazioni (1) ... (3), è possibile determinare complessi di tensioni lineari. Tuttavia, con la simmetria della tensione, queste quantità possono essere facilmente determinate direttamente dal diagramma vettoriale in Fig. 7. Dirigendo l'asse reale del sistema di coordinate lungo il vettore (la sua fase iniziale è zero), contiamo gli sfasamenti delle tensioni lineari rispetto a questo asse e determiniamo i loro moduli secondo (4). Quindi per le tensioni lineari otteniamo: ; .

Collegamento triangolare

A causa del fatto che una parte significativa dei ricevitori inclusi nei circuiti trifase sono asimmetrici, nella pratica è molto importante, ad esempio, nei circuiti con dispositivi di illuminazione, garantire l'indipendenza delle modalità operative delle singole fasi. Oltre al circuito a quattro fili, anche i circuiti a tre fili hanno proprietà simili quando le fasi del ricevitore sono collegate a triangolo. Ma le fasi del generatore possono anche essere collegate a triangolo (vedi Fig. 8).

Per un sistema EMF simmetrico abbiamo

.

Pertanto, in assenza di carico nelle fasi del generatore nel circuito di Fig. 8 correnti saranno zero. Tuttavia, se si scambia l'inizio e la fine di una qualsiasi delle fasi, nel triangolo scorrerà una corrente di cortocircuito. Pertanto, per un triangolo, è necessario osservare rigorosamente l'ordine di collegamento delle fasi: l'inizio di una fase è collegato alla fine di un'altra.

Lo schema di collegamento delle fasi del generatore e del ricevitore in un triangolo è mostrato in Fig. 9.

È ovvio che quando collegate a triangolo, le tensioni di linea sono uguali alle corrispondenti tensioni di fase. Secondo la prima legge di Kirchhoff, la connessione tra le correnti lineari e di fase del ricevitore è determinata dalle relazioni

Allo stesso modo, le correnti di linea possono essere espresse attraverso le correnti di fase del generatore.

Nella fig. La Figura 10 mostra un diagramma vettoriale di un sistema simmetrico di correnti lineari e di fase. La sua analisi mostra che con l’attuale simmetria

In conclusione, notiamo che oltre alle connessioni stella-stella e delta-triangolo considerate, nella pratica vengono utilizzati anche circuiti stella-triangolo e delta-stella.

Le apparecchiature elettriche trifase (trasformatori, generatori, linee elettriche in cavo) sono soggette a fasatura obbligatoria prima del primo collegamento alla rete o dopo il completamento della riparazione successiva, a seguito della quale potrebbe verificarsi una violazione della sequenza delle fasi .

La fasatura consiste nel verificare la coincidenza di fase delle tensioni di ciascuna delle 3 fasi dell'impianto elettrico acceso con le corrispondenti tensioni di rete. Questo tipo di controllo è sicuramente necessario, perché durante le operazioni di montaggio, installazione e riparazione di apparecchiature elettriche, le fasi potrebbero essere riorganizzate.

Nelle macchine elettriche, ad esempio, non è escluso che i terminali di potenza degli avvolgimenti statorici siano designati in modo errato; I cavi nei giunti di collegamento possono avere conduttori di fasi opposte collegati tra loro.

In tutti questi casi, l'unica via d'uscita è eseguire la messa in fase. Di norma, questa operazione tecnologica si compone di 3 fasi principali elencate di seguito.

Controllo e confronto della sequenza di fase di un impianto elettrico e di una rete. Questa operazione viene eseguita prima di accendere direttamente il funzionamento in parallelo di più reti funzionanti in modo indipendente, un nuovo generatore e un generatore che ha subito una revisione importante, durante la quale lo schema di collegamento degli avvolgimenti dello statore alla rete potrebbe essere cambiato.

Solo quando si ottengono risultati positivi dalla messa in fase, i generatori o, ad esempio, i trasformatori vengono sincronizzati e accesi per il funzionamento in parallelo.

Controllo dell'identità o del colore dei conduttori di fase, che successivamente dovrà essere collegato. Questa operazione ha lo scopo di verificare il corretto collegamento di tutti gli elementi dell'impianto tra loro. In poche parole, viene verificata la correttezza della fornitura di conduttori che trasportano corrente al dispositivo di commutazione.

Controllo della coincidenza di fase delle tensioni con lo stesso nome, cioè l'assenza di un angolo di sfasamento tra di loro. Nelle reti elettriche, quando si fasano linee elettriche e trasformatori di potenza che appartengono allo stesso sistema elettrico, è sufficiente eseguire le ultime 2 operazioni, poiché tutti i generatori che funzionano in modo sincrono con la rete hanno lo stesso ordine di fase.

Dispositivi di fasatura. Oggi esistono molte tecniche che dipendono dalla destinazione d'uso delle apparecchiature elettriche, dagli schemi di collegamento degli avvolgimenti e dai dispositivi e dai dispositivi utilizzati. I principali strumenti e dispositivi includono:

Voltmetri CA, utilizzato per mettere in fase impianti elettrici fino a 1 kV e collegato direttamente ai terminali delle apparecchiature elettriche.

Indicatori di fase, il cui principio di funzionamento è simile al principio di funzionamento di un IM (motore asincrono), quando quando una bobina di dispositivi è collegata a una rete di corrente trifase, si forma un campo magnetico rotante che fa sì che il disco di lavoro ruotare. In questo caso, dal senso di rotazione del disco, si può giudicare il corretto ordine delle fasi delle correnti che attraversano le bobine.

Dispositivi universali (indicatori di fase volt-ampere portatili, indicatori di fase universali).

Megaohmmetri, che sono dispositivi portatili necessari per misurare la resistenza di isolamento in ampi intervalli, che si sono dimostrati molto efficaci nella produzione di fasatura.

Indicatori di tensione per la fasatura. Questi dispositivi sono adatti per mettere in fase impianti elettrici superiori a 1 kV. Quando si esegue un'operazione su un dispositivo disconnesso (sezionatore, interruttore automatico), vengono fornite tensioni di fase su ciascun lato.

Allo stesso tempo, le sonde del dispositivo vengono portate alle parti che trasportano corrente del dispositivo in fase, quindi viene monitorato il bagliore della lampada di segnalazione sul dispositivo.

Vale la pena considerare che la combustione della lampada indica una mancata corrispondenza di fase e l'assenza di luce della lampada indica un'accensione coerente e la possibilità di accendere il dispositivo di commutazione.

Metodi di fasatura. Questa operazione può essere preliminare; eseguita durante l'installazione e la riparazione delle apparecchiature elettriche e la messa in fase immediatamente prima della messa in servizio, eseguita prima della prima accensione dell'apparecchiatura, quando le fasi potrebbero essere scambiate.

La maggior parte dei generatori di corrente alternata, nonché delle linee di trasmissione di potenza, utilizzano sistemi trifase. La trasmissione attuale avviene su tre linee (o quattro) invece che su due. La corrente trifase è un sistema di corrente elettrica alternata in cui i valori delle correnti e delle tensioni cambiano secondo una legge sinusoidale. La frequenza delle oscillazioni della corrente sinusoidale in Russia e in Europa è di 50 Hz.

Perché utilizzare la corrente trifase

Il trasporto di elettricità dalle centrali elettriche a luoghi remoti comporta l’uso di fili e cavi molto lunghi che hanno un’elevata resistenza. Ciò significa che parte dell'energia andrà persa, dissipata sotto forma di calore. Riducendo le correnti trasmesse lungo le linee elettriche, le perdite possono essere notevolmente ridotte.

La forma più comune di produzione di energia elettrica è la generazione trifase. Nell'industria, per azionare i motori elettrici viene spesso utilizzata la corrente alternata trifase.

Vantaggi di un sistema trifase:

1. La possibilità di avere tensioni di fase e lineari in circuiti trifase di due valori diversi: alto - per consumatori potenti, basso - per altri;
2. Perdite ridotte durante il trasporto di energia, da qui l'uso di fili e cavi più economici;
3. Le macchine trifase hanno una coppia più stabile rispetto alle macchine monofase (prestazioni più elevate);
4. Migliori prestazioni nei generatori trifase;
5. In alcuni casi, la corrente continua deve essere ottenuta da corrente alternata. Allo stesso tempo, l'uso della corrente trifase rappresenta un vantaggio significativo, poiché l'ondulazione della tensione raddrizzata è molto inferiore.

Cos'è la corrente trifase

Un sistema CA trifase è costituito da tre segnali di corrente sinusoidali, le cui differenze sono un terzo di ciclo o 120 gradi elettrici (un ciclo completo è 360°). Passano attraverso i loro massimi in un ordine regolare chiamato sequenza di fasi. La tensione sinusoidale è proporzionale al coseno o al seno della fase.

Tre fasi vengono solitamente fornite su tre (o quattro) fili e le tensioni di fase e di linea nei circuiti trifase rappresentano le differenze di potenziale tra coppie di conduttori. Le correnti di fase sono quantità di corrente in ciascun conduttore.

Schemi elettrici trifase

In una configurazione del circuito a stella, ci sono tre fili di fase. Se i punti zero del sistema di alimentazione e del ricevitore sono collegati, si ottiene una "stella" a quattro fili.

Il circuito distingue tra la tensione fase-fase situata tra i conduttori di fase (è anche chiamata lineare) e la tensione di fase tra i singoli conduttori di fase e il conduttore N.

Quale sia la tensione di fase è determinata più chiaramente costruendo vettori: questi sono tre vettori simmetrici U(A), U(B) e U(C). Qui puoi vedere qual è la tensione di linea:

• U(AB) = U(A) – U(B);
• U(BC) = U(B) – U(C);
• U(CA) = U(C) – U(A).

Importante! Le costruzioni vettoriali danno un'idea dello spostamento tra le tensioni di fase coerenti e quelle interfase - 30°.

Pertanto la tensione di linea per un circuito a stella con carichi uniformi può essere calcolata come segue:

Uab = 2 x Ua x cos 30° = 2 x Ua x √3/2 = √3 x Ua.

Altri indicatori della tensione di fase si trovano in modo simile.

La tensione lineare e di fase, se sommiamo le quantità vettoriali di tutte le fasi, sono uguali a zero:

• U(A) + U(B) + U(C) = 0;
• U(AB) + U(BC) + U(CA) = 0.

Se un ricevitore elettrico con una resistenza identica in ciascuna fase è collegato alla stella:

quindi puoi calcolare le correnti lineari e di fase:

• Ia = Ua/Za;
• Ib = Ub/Zb;
• Ic = Uc/Zc.

Applicate ai casi generali di un sistema “a stella”, le quantità di corrente lineare sono identiche a quelle di fase.

Di solito si presuppone che la sorgente che alimenta i ricevitori elettrici sia simmetrica e solo l'impedenza determina il funzionamento del circuito.

Poiché l'indicatore della corrente sommata corrisponde a zero (legge di Kirchhoff), nel caso di un sistema a quattro fili nel conduttore neutro non scorre corrente. Il sistema si comporterà allo stesso modo indipendentemente dal fatto che sia presente o meno il conduttore neutro.

Per la potenza attiva di un ricevitore trifase vale la formula:

P = √3 x Uф I x cos φ.

Potere reattivo:

Q = √3 x Uф I x sin φ.

"Y" per carico asimmetrico

Questa è una configurazione circuitale in cui l'entità della corrente di una fase è diversa da un'altra o gli sfasamenti delle correnti sono diversi rispetto alle tensioni. Le tensioni interfase rimarranno simmetriche. Utilizzando le costruzioni vettoriali, viene determinato l'aspetto di uno spostamento del punto zero dal centro del triangolo. Il risultato è l'asimmetria dei valori della tensione di fase e l'aspetto di Uo:

Uo = 1/3 (U(A) + U(B) + U(C)).

Nonostante il carico asimmetrico, l'indicatore della corrente sommata è zero.

Importante! Il funzionamento del circuito con carico asimmetrico dipende dalla presenza o meno del conduttore N.

Se viene collegato un conduttore N con un'impedenza insignificante Zo = 0 il circuito si comporta diversamente. I punti zero dell'alimentatore e del ricevitore di potenza sono collegati galvanicamente e hanno lo stesso potenziale. La tensione di fase di diverse fasi acquisisce valori identici, e il valore corrente èN-conduttore:

Io = I(A) + I(B) + I(C).

Quando si trasmette potenza, è comune utilizzare sistemi a tre fili a livelli di alta e media tensione. A bassi livelli di tensione, dove è difficile evitare carichi sbilanciati, vengono utilizzati sistemi a quattro fili.

Schema "Δ".

Collegando l'estremità di ciascuna fase del ricevitore di potenza all'inizio della successiva si ottiene una corrente trifase con le fasi collegate in serie. La configurazione circuitale risultante è chiamata "triangolo". In questa forma può funzionare solo a tre fili.

Con l'aiuto di costruzioni vettoriali, comprensibili anche per i manichini, vengono illustrate tensioni e correnti di fase e lineari. Ogni fase del ricevitore elettrico è collegata ad una tensione lineare tra due conduttori. Le tensioni di linea e di fase sono identiche sul ricevitore di potenza.

Le correnti interfase per il “triangolo” sono I(A), I(B), I(C). Fase – I(AB), IBC), I(CA).

Le correnti lineari si trovano da costruzioni vettoriali:

• I(A) = I(AB) – I(CA);
• I(B) = I(BC) – I(AB);
• I(C) = I(CA) – I(BC).

La quantità di corrente sommata in un sistema simmetrico corrisponde a zero. Valori efficaci delle correnti di fase:

I(AB) = I(BC) = I(CA) = U/Z.

Poiché lo sfasamento tra U e I è di 30°, la corrente di linea in questa configurazione sarà pari a:

I(A) = I(AB) – I(CA) = 2 x I(AB) x cos 30° = 2 x Iph x √3/2 = √3 x Iph.

Importante! Il valore efficace della corrente di linea è √3 volte il valore efficace della corrente di fase.

Corrente trifase e monofase

La configurazione del circuito a "Y" consente di utilizzare due diverse tensioni quando si alimentano i consumatori nelle reti domestiche e industriali: 220 V e 380 V. 220 V si ottiene utilizzando due conduttori. Uno di questi è la fase, l'altro è il conduttore N. La tensione tra loro corrisponde alla tensione di fase. Se prendi 2 conduttori, entrambi rappresentanti fasi, la tensione tra le fasi è chiamata lineare ed è pari a 380 V. Tutte e 3 le fasi vengono utilizzate per la connessione.

Le principali differenze tra sistemi monofase e trifase:

1. La corrente monofase comporta l'alimentazione attraverso un conduttore, trifase - attraverso tre;
2. Per completare un circuito di alimentazione monofase sono necessari 2 conduttori: un altro neutro, per trifase - 4 (più neutro);
3. La potenza maggiore viene trasmessa in tre fasi, a differenza di un sistema monofase;
4. La rete monofase è più semplice;
5. Se un filo di fase non funziona correttamente in una rete monofase, la potenza viene completamente persa; in una rete trifase viene alimentata attraverso le restanti due fasi.

Interessante. Nikola Tesla, lo scopritore delle correnti polifase e inventore del motore a induzione, ha utilizzato una corrente bifase con una differenza di fase di 90°. Tale sistema è adatto a creare un campo magnetico rotante più di quello monofase, ma inferiore a tre -fase. Il sistema a due fasi si diffuse dapprima negli Stati Uniti, ma poi scomparve completamente dall'uso.

Oggi quasi tutta l'alimentazione elettrica si basa sulla corrente trifase a bassa frequenza che utilizza singole fasi in parallelo. Quasi tutte le centrali elettriche dispongono di generatori che producono corrente trifase. I trasformatori possono funzionare con corrente trifase o monofase. La presenza di potenza reattiva in tali reti richiede l'installazione di apparecchiature di compensazione.

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