Corrente alternata trifase

Al giorno d'oggi, è il sistema a corrente alternata trifase più comune in tutto il mondo.

Un circuito elettrico trifase è chiamato un sistema costituito da tre circuiti in cui operano correnti alternate, EMF della stessa frequenza, sfasate tra loro di 1/3 del periodo (φ=2π/ 3). Ogni singolo circuito di un tale sistema è brevemente chiamato la sua fase e il sistema di tre correnti alternate sfasate in tali circuiti è semplicemente chiamato corrente trifase.

Quasi tutti i generatori installati nelle nostre centrali elettriche sono generatori di corrente trifase... In sostanza, ciascuno di questi generatori è una connessione in una macchina elettrica di tre alternatori, progettati in modo tale che l'indotto in essi campi elettromagnetici spostati l'uno rispetto all'altro di un terzo del periodo come mostrato in fig. 1.

Riso. 1. Grafici della dipendenza temporale dell'EMF indotta negli avvolgimenti dell'indotto di un generatore di corrente trifase

Come viene implementato un tale generatore è facilmente comprensibile dal circuito di fig. 2.

Riso. 2. Tre coppie di fili indipendenti collegati a tre indotti di un generatore di corrente trifase alimentano la rete di illuminazione

Ci sono tre armature indipendenti situate sullo statore di una macchina elettrica e sfalsate di 1/3 di cerchio (120O). Un induttore comune a tutti gli indotti ruota al centro della macchina elettrica rappresentata nello schema della scheda magnete permanente.

In ogni bobina viene indotto un campo elettromagnetico alternato stessa frequenza, ma i tempi in cui queste fem passano attraverso lo zero (o attraverso il massimo) in ciascuna delle bobine saranno spostati di 1/3 di un periodo l'uno rispetto all'altro perché l'induttore passa attraverso ciascuna bobina 1/3 di un periodo dopo da quello precedente.

Ogni avvolgimento di un generatore trifase è un generatore di corrente indipendente e una fonte di energia elettrica. Collegando i fili alle estremità di ciascuno come mostrato in fig. 2, otterremmo tre circuiti indipendenti, ciascuno dei quali potrebbe alimentare, ad esempio, determinati ricevitori elettrici lampade elettriche.

In questo caso, per trasferire tutta l'energia che viene assorbita ricevitori elettrici, saranno necessari sei fili. Tuttavia, è possibile collegare gli avvolgimenti di un generatore di corrente trifase in modo tale da gestire quattro o anche tre fili, ovvero risparmiare notevolmente sul cablaggio.

Il primo di questi modi è chiamato connessione a stella (Fig. 3).

Riso. 3. Sistema di cablaggio a quattro fili quando si collega un generatore trifase con una stella. I carichi (gruppi di lampade elettriche I, II, III) sono alimentati con tensioni di fase.

Chiameremo i terminali delle bobine 1, 2, 3 l'inizio ei terminali 1', 2', 3' le estremità delle rispettive fasi.

La connessione delle stelle è che colleghiamo le estremità di tutti gli avvolgimenti a un punto del generatore, che è chiamato punto zero o neutro, e colleghiamo il generatore ai ricevitori di elettricità con quattro fili: tre cosiddetti lineari fili provenienti dall'inizio degli avvolgimenti 1, 2, 3 e filo neutro o neutro che va dal punto zero del generatore. Questo sistema di cablaggio è chiamato a quattro fili.

Le tensioni tra il punto zero e l'origine di ciascuna fase sono chiamate tensioni di fase e le tensioni tra l'origine degli avvolgimenti, ovvero i punti 1 e 2, 2 e 3, 3 e 1, sono chiamate linea... Fase tensioni di solito significano U1, U2, U3, o in forma generale Uf e tensione di linea - U12, U23, U31, o in forma generale Ul.

Tra ampiezze o valori medi tensione di fase e di linea quando si collegano gli avvolgimenti del generatore con una stella, esiste un rapporto Ul = √3Uf ≈ 1,73Ue

Quindi, ad esempio, se la tensione di fase del generatore è Uf = 220 V, quando si collegano gli avvolgimenti del generatore in una stella, la tensione di linea Ul — 380 V.

In caso di carico uniforme delle tre fasi del generatore, ovvero con correnti approssimativamente uguali in ciascuna di esse, la corrente nel filo neutro è zero... Pertanto, in questo caso, è possibile rimuovere il filo neutro e passare a un sistema a tre fili ancora più economico. In questo caso, tutti i carichi sono collegati tra le coppie corrispondenti di conduttori di linea.

In un carico squilibrato, la corrente nel conduttore neutro non è nulla, ma in generale è inferiore alla corrente nei conduttori di linea. Pertanto, il filo neutro può essere più sottile del filo di linea.

Quando si utilizza la corrente alternata trifase, si sforzano di rendere il carico sulle diverse fasi il più uguale possibile.Ecco perché, ad esempio, quando si dispone la rete di illuminazione di una grande casa con un sistema a quattro fili, un filo neutro e uno di quelli lineari vengono introdotti in ogni appartamento in modo tale che in media ogni fase abbia all'incirca la stessa carico.

Un altro modo di collegare gli avvolgimenti del generatore, che consente anche il cablaggio a tre fili, è il collegamento a triangolo mostrato in fig. 4.

Riso. 4. Schema di collegamento degli avvolgimenti di un generatore trifase con triangolo

Qui, la fine di ogni bobina è collegata all'inizio di quella successiva, quindi formano un triangolo chiuso e i fili della linea sono collegati ai vertici di questo triangolo - punti 1, 2 e 3. Quando sono collegati con un triangolo, la tensione di linea del generatore è uguale alla sua tensione di fase: Ul = Ue.

Pertanto, la commutazione degli avvolgimenti del generatore da stella a triangolo porta a una diminuzione della tensione di rete in √3 ≈ 1,73 volte... Anche la connessione a triangolo è consentita solo con lo stesso o quasi lo stesso carico di fase. Altrimenti, la corrente nel circuito chiuso degli avvolgimenti sarà troppo forte, il che è pericoloso per il generatore.

Quando si utilizza la corrente trifase, è anche possibile collegare ricevitori (carichi) separati alimentati da coppie di fili separate a stella, ovvero in modo che un'estremità di essi sia collegata a un punto comune e le altre tre estremità libere siano collegato ai fili di linea della rete o con un triangolo, cioè in modo che tutti i carichi siano collegati in serie e formino un circuito comune, ai punti 1, 2, 3 di cui sono collegati i fili lineari della rete.

Nella fig. 5 mostra il collegamento a stella dei carichi con un sistema di cablaggio a tre fili, e in fig.6 - con un sistema di cablaggio a quattro fili (in questo caso, il punto comune di tutti i carichi è collegato al filo neutro).

Nella fig. 7 mostra uno schema di collegamento del carico delta per un sistema di cablaggio a tre fili.

Riso. 5. Collegamento a stella dei carichi con sistema di cablaggio a tre fili

Riso. 6. Collegamento a stella dei carichi con sistema di cablaggio a quattro fili

Riso. 7. Collegamento a triangolo dei carichi con un sistema di cablaggio a tre fili

In pratica, è importante considerare quanto segue. Quando i carichi sono collegati a triangolo, ogni carico è sotto tensione di linea e quando è collegato a stella, sotto tensione √3 volte inferiore. Per il caso di un sistema a quattro fili, ciò è evidente dalla fig. 6. Ma lo stesso vale per un sistema a tre fili (Fig. 5).

Tra ciascuna coppia di tensioni di linea qui, due carichi sono collegati in serie, le cui correnti sono sfasate di 2π/ 3. La tensione in ciascun carico è uguale alla corrispondente tensione di rete divisa per √3.

Pertanto, quando si commutano i carichi da stella a triangolo, le tensioni su ciascun carico, e quindi la corrente in esso, aumentano di √3 ≈ 1,73 volte. Se, ad esempio, la tensione di linea di una rete a tre fili è 380 V, quando è collegata a stella (figura 5) la tensione di ciascuno dei carichi sarà pari a 220 V e quando è collegata a un triangolo (fig. 7) sarà pari a 380 V.

Nella preparazione dell'articolo sono state utilizzate informazioni tratte da un libro di testo di fisica curato da GS Landsberg.