Una delle opzioni per i sistemi multifase circuiti elettriciè un circuito trifase. Nei circuiti elettrici multifase le forze elettromotrici sinusoidali agiscono alla stessa frequenza. Differiscono l'uno dall'altro in fase e sono creati da una fonte di energia comune. Nei circuiti trifase parametri importanti sono tensioni di fase e di linea, diverse nelle loro caratteristiche elettriche.
Cos'è una fase
Ogni parte di un sistema multifase che ha la stessa caratteristica di corrente è chiamata fase. Pertanto, la determinazione della fase ha un doppio significato nell'ingegneria elettrica. In primo luogo, come quantità che cambia sinusoidalmente e, in secondo luogo, come parte separata in un sistema di circuiti elettrici multifase. Il numero di fasi determina il nome dei circuiti: bifase, seifase, ecc.
I circuiti più comuni nell'energia moderna sono trifase. Presentano numerosi vantaggi rispetto ad altri tipi di circuiti, sia monofase che multifase. Sono più economici nella produzione e nella trasmissione di elettricità. Tensione trifase avviene a seguito della rotazione di un magnete all'interno di una bobina. Con il suo aiuto, è abbastanza semplice formarne uno circolare rotante, garantendo il funzionamento motori asincroni. Questo fenomeno è noto come EMF o in altre parole, forza elettromotrice induzione.
Il magnete rotante è chiamato rotore e le bobine poste attorno ad esso formano lo statore. La tensione CA si ottiene convertendo la tensione CC dove la linea retta assume una configurazione sinusoidale con valori positivi e negativi variabili.
Modifica flusso magnetico si verifica a causa della rotazione del rotore, che porta alla formazione di tensione alternata. Lo statore ha tre bobine, ciascuna delle quali ha il proprio circuito elettrico separato. Ciascuna bobina è spostata l'una rispetto all'altra di 120 gradi attorno alla circonferenza. Sotto l'influenza di un magnete rotante, tra le fasi di tutte le bobine si forma la stessa tensione alternata. rete trifase.
I circuiti trifase consentono di ottenere due tensioni operative in un'unica installazione: fase e lineare.
Tensioni di fase e di linea nei circuiti trifase
Tensione di fase: si verifica tra l'inizio e la fine di una fase. In altro modo, è anche definita come la tensione tra uno dei fili di fase e il filo neutro.
Lineare - definito come fase-fase o fase-fase - che si verifica tra due fili o terminali identici di fasi diverse.
Considerando le tensioni e correnti di fase e lineari, va notato che l'indicatore della tensione di fase rappresenta circa il 58% dei parametri lineari. Pertanto, in condizioni operative normali, gli indicatori lineari sono gli stessi e superano gli indicatori di fase di 1,73 volte. Cioè, se la tensione di linea è 380, a cosa è uguale la tensione di fase può essere determinato utilizzando questo coefficiente.
In una rete trifase, la tensione viene solitamente stimata dai dati tensione di linea. Per le linee trifase che partono dalla cabina è prevista una tensione di linea pari a 380 volt. Ciò corrisponde ad una tensione di fase di 220 volt. Nelle reti trifase a quattro fili, la tensione nominale è indicata con la designazione di entrambi i valori - 380/220 V. Ciò significa che entrambi i dispositivi con 380 volt e monofase - con 220 volt sono collegati a tale rete .
Il sistema trifase più utilizzato è quello a 380/220 volt con neutro messo a terra. Gli apparecchi elettrici monofase da 220 volt sono collegati alla tensione di linea tra qualsiasi coppia di fili di fase. Gli apparecchi elettrici trifase sono collegati a tre diversi fili di fase. In quest'ultimo caso l'uso del neutro non è necessario, ma aumenta il rischio di scossa elettrica in caso di rottura dell'isolamento.
La differenza tra tensione di linea e tensione di fase
Prima di considerare il significato pratico di questi parametri, è necessario sapere esattamente in che cosa differiscono tra loro le tensioni lineari e di fase. Tensione concatenata determinata circuito trifase può verificarsi sia tra due fasi che tra una delle fasi e il filo neutro. Tale interazione diventa possibile grazie all'uso di un circuito trifase a quattro fili nel circuito. Le sue caratteristiche principali sono la tensione e la frequenza.
La tensione che si verifica tra due conduttori di fase è considerata lineare e tra i conduttori di fase e zero si verifica una tensione di fase. La tensione di linea viene utilizzata per calcolare le correnti e altri parametri di un circuito trifase. A tali circuiti è possibile collegare non solo contatti trifase, ma anche monofase, ad esempio vari elettrodomestici. Il valore nominale della tensione di linea è 380 V. A volte cambia a causa di vari fattori che intervengono rete locale. Pertanto, tutte le principali differenze tra i due tipi di tensione risiedono nel modo in cui sono collegati gli avvolgimenti.
La tensione lineare è più diffusa grazie al suo utilizzo sicuro e alla comoda distribuzione delle reti. Per misurarla è sufficiente un multimetro, mentre per determinare le caratteristiche della tensione di fase è necessario l'utilizzo di voltmetri, sensori di corrente e altri strumenti particolari.
Il controllo e l'allineamento di questo parametro vengono effettuati utilizzando. Questo dispositivo garantisce che questo indicatore sia mantenuto a un livello standard, inclusa la normalizzazione dell'aumento della tensione.
Utilizzo della tensione di linea e di fase
Un classico esempio di utilizzo della tensione di linea e di fase sono i collegamenti utilizzati all'avvio di un generatore trifase. Il suo design include avvolgimenti primari e secondari, che possono essere collegati a stella o triangolo.
Lo schema del “triangolo” prevede di collegare la fine della prima fase con l'inizio della seconda. Inoltre, ciascun conduttore di fase è collegato ai fili lineari della sorgente di corrente. Di conseguenza, le correnti vengono equalizzate e la tensione di fase diventa uguale alla tensione lineare. Motori elettrici e trasformatori sono collegati utilizzando lo stesso schema.
Un'altra opzione è il circuito a stella. In questo caso, gli inizi di tutti gli avvolgimenti sono collegati alla stessa rete tramite ponticelli. Pertanto, negli avvolgimenti scorrerà una corrente con le caratteristiche di questa rete e la tensione interfase interagirà con tutti i contatti attivi.
Nelle apparecchiature elettriche residenziali condomini, così come nel settore privato, vengono utilizzate reti trifase e monofase. Inizialmente rete elettrica proviene da una centrale elettrica trifase e molto spesso da edifici residenziali L'alimentazione è collegata a una rete trifase. Inoltre si ramifica in fasi separate. Questo metodo viene utilizzato per creare la trasmissione più efficiente di corrente elettrica da una centrale elettrica alla sua destinazione, nonché per ridurre le perdite durante il trasporto.
Per determinare il numero di fasi nel tuo appartamento, basta aprire il quadro di distribuzione situato sul pianerottolo, o direttamente nell'appartamento, e vedere quanti fili entrano nell'appartamento. Se la rete è monofase, ci saranno 2 fili -. Un altro possibile terzo filo è la messa a terra.
Le reti trifase negli appartamenti vengono utilizzate raramente, nei casi di collegamento di vecchie stufe elettriche con tre fasi o carichi potenti sotto forma di sega circolare o dispositivi di riscaldamento. Il numero di fasi può essere determinato anche dalla tensione di ingresso. In una rete monofase la tensione è di 220 volt, in una rete trifase tra fase e zero è anche 220 volt, tra 2 fasi è 380 volt.
Differenze
Se non teniamo conto della differenza nel numero di fili di rete e dello schema di collegamento, possiamo determinare alcune altre caratteristiche delle reti trifase e monofase.
Nel caso di un'alimentazione trifase è possibile uno squilibrio di fase a causa della distribuzione non uniforme delle fasi del carico. Un potente riscaldatore o stufa può essere collegato su una fase e una TV e lavatrice. Quindi si verifica questo effetto negativo, accompagnato da asimmetria di tensioni e correnti nelle fasi, che porta a malfunzionamenti dei dispositivi domestici. Per prevenire tali fattori è necessario pre-distribuire il carico sulle fasi prima della posa dei cavi della rete elettrica.
Una rete trifase richiede più cavi, conduttori e interruttori, il che significa contanti Non puoi risparmiare troppo.
Le capacità energetiche di una rete domestica monofase sono significativamente inferiori a quelle di una rete trifase. Se si prevede di utilizzare diversi consumatori potenti e elettrodomestici, utensili elettrici, è preferibile fornire un'alimentazione trifase alla casa o all'appartamento.
Il vantaggio principale di una rete trifase è la bassa caduta di tensione rispetto ad una rete monofase, a parità di potenza. Ciò può essere spiegato dal fatto che in una rete trifase la corrente nel conduttore di fase è tre volte inferiore rispetto a una rete monofase e non c'è alcuna corrente sul conduttore.
Vantaggi di una rete monofase
Il vantaggio principale è l’economicità del suo utilizzo. Tali reti utilizzano cavi a tre fili, rispetto ai cavi a cinque fili nelle reti trifase. Per proteggere le apparecchiature nelle reti monofase è necessario disporre di interruttori automatici di protezione unipolari, mentre nelle reti trifase non si può fare a meno di interruttori automatici tripolari.
A questo proposito, anche le dimensioni dei dispositivi di protezione differiranno in modo significativo. Anche su uno macchina elettrica C'è già un salvataggio di due moduli. E in termini di dimensioni si tratta di circa 36 mm, che influenzeranno notevolmente il posizionamento delle macchine. E durante l'installazione, il risparmio di spazio sarà superiore a 100 mm.
Reti trifase e monofase per una casa privata
Il consumo di elettricità da parte della popolazione è in costante aumento. A metà del secolo scorso gli elettrodomestici nelle case private erano relativamente pochi. Oggi il quadro è completamente diverso a questo riguardo. I consumatori di energia nelle abitazioni private si stanno moltiplicando a passi da gigante. Pertanto nella propria proprietà privata non c'è più la questione di quale rete di alimentazione scegliere per la connessione. Molto spesso, negli edifici privati, vengono installate reti elettriche a tre fasi e una rete monofase viene abbandonata.
Ma una rete trifase vale un'installazione così superiore? Molte persone credono che collegando tre fasi sarà possibile utilizzare un gran numero di dispositivi. Ma questo non sempre funziona. La potenza massima consentita è determinata nelle condizioni tecniche per la connessione. Di solito questo parametro è di 15 kW per l'intera abitazione privata. Nel caso di una rete monofase, questo parametro è approssimativamente lo stesso. Pertanto, è chiaro che non vi è alcun vantaggio particolare in termini di potenza.
Ma va ricordato che se le reti trifase e monofase hanno la stessa potenza, allora può essere utilizzata per una rete trifase, poiché la potenza e la corrente sono distribuite su tutte le fasi, quindi c'è meno carico su i singoli conduttori di fase. Anche la corrente nominale dell'interruttore per una rete trifase sarà inferiore.
Di grande importanza è la dimensione, che per una rete trifase sarà notevolmente maggiore. Questo dipende dalla taglia di quella trifase, che ha dimensioni maggiori della monofase, ed anche la macchina in ingresso occuperà più spazio. Pertanto, il quadro di distribuzione per una rete trifase sarà composto da più livelli, il che rappresenta uno svantaggio di questa rete.
Ma anche l'alimentazione trifase ha i suoi vantaggi, che si esprimono nel fatto che è possibile collegare ricevitori di corrente trifase. Possono essere anche altri dispositivi potenti, il che è un vantaggio di una rete trifase. La tensione operativa di una rete trifase è di 380 V, che è superiore rispetto a quella di tipo monofase, il che significa che sarà necessario prestare maggiore attenzione ai problemi di sicurezza elettrica. Lo stesso vale per la sicurezza antincendio.
Svantaggi di una rete trifase per una casa privata
Di conseguenza, si possono identificare diversi svantaggi dell'utilizzo di una rete trifase per una casa privata:
- È necessario ottenere le condizioni tecniche e l'autorizzazione per connettere la rete dall'alimentazione.
- A causa dell'aumento della tensione aumenta il rischio di scosse elettriche e anche il rischio di incendio.
- Ingombro notevole del quadro di alimentazione. Per i proprietari case di campagna tale svantaggio non è di grande importanza, poiché hanno abbastanza spazio.
- È necessaria l'installazione sotto forma di moduli sul pannello di ingresso. In una rete trifase ciò è particolarmente vero.
Vantaggi dell'alimentazione trifase per abitazioni private
- È possibile distribuire il carico uniformemente tra le fasi per evitare squilibrio di fase.
- È possibile collegare alla rete potenti consumatori di energia trifase. Questo è il vantaggio più tangibile.
- Riduzione dei valori nominali dei dispositivi di protezione in ingresso, nonché riduzione dell'ingresso.
- In molti casi è possibile ottenere l'autorizzazione dalla società di vendita dell'energia per aumentare il livello massimo consentito di consumo di energia elettrica.
Di conseguenza, possiamo concludere che praticamente l'introduzione di una rete di alimentazione trifase è consigliata per gli edifici privati e le case con una superficie abitabile superiore a 100 m2. L'alimentazione trifase è particolarmente adatta per i proprietari che intendono effettuare l'installazione sega circolare, caldaia per riscaldamento, vari azionamenti con motori elettrici trifase.
Altri proprietari di case private non hanno bisogno di passare all'alimentazione trifase, poiché ciò può solo creare ulteriori problemi.
Tra due conduttori di fase, a volte viene indicato come fase-fase o fase-fase. La tensione di fase è considerata tra il filo neutro e uno dei fili di fase. In condizioni operative normali, le tensioni lineari sono le stesse e superano le tensioni di fase di 1,73 volte.
Tensioni di esercizio del circuito trifase
I circuiti trifase presentano numerosi vantaggi rispetto a quelli multifase e monofase; con il loro aiuto è possibile ottenere facilmente un campo magnetico circolare rotante, che garantisce il funzionamento dei motori asincroni. La tensione di un circuito trifase viene valutata dalla sua tensione lineare; per le linee che si estendono dalle sottostazioni è impostata su 380 V, che corrisponde a una tensione di fase di 220 V. Per indicare la tensione nominale di un circuito trifase a quattro fili. rete, vengono utilizzati entrambi i valori: 380/220 V, sottolineando che possono connettersi non solo dispositivi trifase, progettato per una tensione nominale di 380 V, ma anche monofase - per 220 V.
Una fase è una parte di un sistema multifase che ha la stessa caratteristica di corrente. Indipendentemente dal metodo di collegamento delle fasi, in un circuito trifase ci sono tre valori di tensione identici. Sono spostati l'uno rispetto all'altro in fase di un angolo di 2π/3. Un circuito a quattro fili, oltre a tre tensioni lineari, ha anche tre tensioni di fase.
Tensioni nominali
Le tensioni nominali più comuni per i ricevitori CA sono 220, 127 e 380 V. Le tensioni di 220 e 380 V vengono spesso utilizzate per alimentare dispositivi industriali, mentre 127 e 220 V vengono utilizzate per i dispositivi domestici. Tutti (127, 220 e 380 V) sono considerati le tensioni nominali di una rete trifase. La loro presenza in una rete a quattro fili consente di collegare ricevitori monofase progettati per 220 e 127 V o 380 e 220 V.
Differenze nei sistemi di distribuzione elettrica
Il sistema trifase più utilizzato è 380/220 V con neutro messo a terra, ma esistono altri metodi di distribuzione dell'elettricità. Ad esempio, in alcune aree popolate è possibile trovare un sistema trifase con un neutro isolato senza messa a terra e una tensione di linea di 220 V.
In questo caso non è richiesto un filo neutro e la probabilità di danno scossa elettrica in caso di guasto dell'isolamento si riduce a causa del neutro non messo a terra. I ricevitori trifase sono collegati a cavi trifase e i ricevitori monofase sono collegati alla tensione di linea tra qualsiasi coppia di cavi di fase.
Attualmente, il cosiddetto sistema di corrente alternata trifase, inventato e sviluppato nel 1888 dall'ingegnere elettrico russo Dolivo-Dobrovolsky, si è diffuso in tutto il mondo. Fu il primo a progettare e costruire un generatore trifase, un motore a induzione trifase e una linea elettrica trifase. Questo sistema fornisce il massimo condizioni favorevoli trasferimenti energia elettrica via filo e consente di costruire motori elettrici semplici nel design e facili da utilizzare.
Un sistema trifase di circuiti elettrici è un sistema costituito da tre circuiti in cui operano campi elettromagnetici alternati della stessa frequenza, sfasati l'uno rispetto all'altro di 1/3 di un periodo (j=120°). Ciascun circuito di tale sistema è chiamato fase e il sistema di tre correnti alternate sfasate in tali circuiti è chiamato corrente trifase.
Mantenere uno sfasamento costante tra le fluttuazioni di tensione all'uscita di tre generatori indipendenti è un compito tecnico piuttosto complesso. In pratica, i generatori trifase vengono utilizzati per produrre tre correnti sfasate. L'induttore nel generatore è un elettromagnete, il cui avvolgimento è alimentato DC. L'induttore è il rotore e l'armatura del generatore è lo statore. Ciascun avvolgimento del generatore è un generatore di corrente indipendente. Collegando i fili alle estremità di ciascuno di essi, come mostrato in figura, otterremmo tre circuiti indipendenti, ciascuno dei quali potrebbe fornire energia a determinati ricevitori, ad esempio lampade elettriche. In questo caso, per trasmettere tutta l'energia assorbita dai ricevitori, sarebbe necessario sei fili È possibile, tuttavia, collegare tra loro gli avvolgimenti di un generatore di corrente trifase in modo tale da poter cavarsela con quattro o anche tre fili, ovvero risparmiare notevolmente sul cablaggio.
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Nel caso di un carico uniforme di tutte e tre le fasi, la corrente nel filo neutro è zero e non può essere utilizzata. A carico asimmetrico la corrente nel filo neutro non è zero, ma è significativamente più debole della corrente nei fili lineari. Pertanto, il filo neutro potrebbe essere più sottile dei fili di fase.
Gli avvolgimenti di un generatore trifase possono essere collegati in un triangolo. In questo caso l'estremità di ciascun avvolgimento è collegata all'inizio del successivo, in modo da formare un triangolo chiuso, e i fili lineari sono collegati ai vertici