Valori di tensione, corrente e potenza per collegamenti a stella e triangolo

La grande scoperta delle leggi di Faraday: quando un filo attraversa le linee di forza di un campo magnetico, nel filo viene indotta una forza elettromotrice, provocando una corrente nel circuito in cui entra questo filo, che è servita come base per la creazione di generatori elettrici con un rotore rotante - un magnete. In questo caso EMF è indotto negli avvolgimenti dello statore (vedi — Un'applicazione pratica della legge di Faraday sull'induzione elettromagnetica).

Le tensioni risultanti possono essere molto diverse: tutto dipende dal design del generatore, dal numero di avvolgimenti nello statore e da come sono collegati. Nell'ingegneria elettrica pratica, tuttavia, il più diffuso è il sistema di corrente sinusoidale trifase proposto dall'eccezionale ingegnere russo M.O. Dolivo-Dobrovolsky nel 1888 (57 anni dopo la scoperta di Faraday).

Di tutti i sistemi multifase, quelli trifase forniscono la trasmissione più economica di energia elettrica su lunghe distanze e consentono di creare generatori, motori e trasformatori affidabili e di facile utilizzo.Ma tre avvolgimenti possono essere collegati in due modi: «triangolo» (Fig. 1) e «stella» (Fig. 2).

Riso. 1

Riso. 2

La fase è la tensione Uph creata da un avvolgimento, Ul lineare è la tensione tra due conduttori lineari. In altre parole, tensione di fase Indica se la tensione tra ciascuno dei fili della linea e il filo neutro.

Quando un generatore simmetrico è collegato a stella, la tensione di linea è 1,73 volte superiore alla tensione di fase, cioè Uk = 1,73 • Uph. Ciò deriva dal fatto che Ul è la base di un triangolo isoscele con angoli acuti 30°: Ul = UAB = Uf2 cos 30° = 1,73 • Uph.

Quando collegato e caricato a stella, la corrente di linea corrispondente è uguale alla corrente di fase del carico. Se il carico trifase è simmetrico, la corrente nel conduttore di neutro sarà 0. In questo caso la necessità del conduttore di neutro scompare completamente e il circuito trifase diventa a tre conduttori. Questa connessione è chiamata «stella-stella senza conduttore neutro». Con un carico di fase simmetrico, le correnti di linea sono 1,73 superiori alle correnti di fase, Il = 1,73 • 3If.

Quando si collega un generatore trifase a una stella, vengono utilizzate due tensioni, il che distingue vantaggiosamente questa connessione da una connessione a triangolo. Ma quando il carico è collegato a triangolo, tutte le fasi sono al di sotto dello stesso valore numerico della tensione di linea, indipendentemente dalla resistenza di fase, che è importante per l'illuminazione dei carichi: le lampade a incandescenza.

Un sistema trifase con filo neutro viene utilizzato per alimentare i ricevitori con due tensioni che differiscono di un fattore 1,73, ad esempio gambe collegate alla tensione di fase e motori collegati alla tensione di linea.

La tensione nominale è determinata dalla costruzione dei generatori e dal metodo di collegamento dei suoi avvolgimenti.

La figura 3 mostra le relazioni che determinano il valore di potenza per il circuito in corrente alternata nei collegamenti a stella ea triangolo.

Riso. 3.

In apparenza le formule sono le stesse, non sembra esserci alcun guadagno o perdita di potenza per questi due tipi di circuiti. Ma non saltare alle conclusioni.

Quando si ricollega da triangolo a stella, c'è una tensione 1,73 volte inferiore per ogni avvolgimento di fase, sebbene la tensione di rete rimanga la stessa.La riduzione della tensione fa diminuire la corrente negli avvolgimenti delle stesse 1,73 volte. Eppure, quando sono collegati a triangolo, la corrente di linea era 1,73 volte superiore alla corrente di fase, e ora queste correnti sono uguali. Di conseguenza, la corrente di linea quando viene ricollegata a una stella diminuisce di 1,73 x 1,73 = 3 volte.

La nuova potenza è infatti calcolata con la stessa formula, ma sostituisce valori diversi!

Quando si ricollega un motore elettrico da un triangolo a una stella e lo si alimenta dalla stessa rete, la potenza sviluppata da questo motore si riduce di 3 volte. Quando si passa dagli avvolgimenti stella a triangolo di generatori o avvolgimenti secondari di trasformatori, la tensione di rete diminuisce di 1,73 volte, ad esempio da 380 a 220 V.

La potenza del generatore o del trasformatore rimane la stessa perché la tensione e la corrente in ciascun avvolgimento di fase vengono preservate, anche se la corrente nei fili della linea aumenta di 1,73 volte.Quando si commutano gli avvolgimenti dei generatori o gli avvolgimenti secondari dei trasformatori da triangolo a stella, si verificano i fenomeni opposti: la tensione di linea della rete aumenta di 1,73 volte, le correnti negli avvolgimenti di fase rimangono le stesse, le correnti nei fili di linea diminuiscono di 1,73 volte.