Trojfázový střídavý proud - teorie
reklama
Vznik trojfázového střídavého napětí
Pokus 1:
Otáčejte silným tyčovým magnetem mezi třemi stejnými cívkami,
prostorově uspořádanými symetricky na obvodu kruhu kolem rotujícího magnetu s
osami vzdálenými úhlově 120°.
Výroba tří střídavých napětí vzájemně fázově posunutých o 120°
(obr. 1).
Ke každé z cívek připojte stejnosměrný voltmetr s nulou uprostřed stupnice. Otáčejte magnetem konstantní rychlostí.
Ručky všech tří přístrojů se během jedné celé otáčky magnetu vychýlí jednou vlevo a jednou vpravo.
Pokud se rotor s póly otáčí, indukuje se na všech cívkách napětí se stejnou amplitudou i kmitočtem. Průběhy napětí jsou vzhledem k uspořádání cívek vzájemně časově posunuty o 1/3 periody. Úhel fázových posunů je tedy 120°.
Tři cívky takového generátoru tvoří vinutí stroje, nazývané fáze 1) stroje. V každé fázi je indukováno napětí, nazývané fázové napětí. Začátky fází (vnější vývody vinutí fází z předních cívkových stran) se označují U1, V1, W1 a konce fází (vnitřní vývody vinutí fází ze zadních cívkových stran) se označují U2, V2, W2. Sdružením (elektrickým spojením) cívek je možno omezit počet vodičů potřebných pro přenos elektrické energie z šesti na čtyři (L 1, L2, L3, N), nebo jen na tři sdružené vodiče (L 1, L2, L3) a vznikne tak sdružená trojfázová soustava.
Sdružená trojfázová napěťová soustava je tvořena 3 sinusovými napětími fázově posunutými o 120°.
Sdružení fází
Spojíme-li do jednoho uzlu konce
fází U2, V2, W2, dostaneme zapojení do hvězdy, označované Y
Trojfázová soustava s grafem průběhů a vektorovými diagramy
(obr. 2).
Tento uzel je nulovým bodem hvězdy. Do nulového bodu připojujeme nulový vodič (nebo též střední vodič, nebo neutrální vodič) N.
Spojíme-li fázová vinutí sériově, tj. konec jednoho vinutí se začátkem dalšího vinutí, např. U2 - V1, V2 - W1, W2 - U1, vznikne zapojení do trojúhelníku, označované Δ, nebo D.
Vodiče L1, L2, L3 vedoucí v obou případech od zdroje (výrobce) trojfázového napětí (proudu) ze svorek (vývodů vinutí) U1, V1, W1 se nazývají sdružené vodiče, fázové vodiče nebo síťové vodiče.
1) slovo fáze má tedy v elektrotechnice (v české terminologii) dvojí význam, znamená jednak fázový posun, jednak jednu část (větev) mnohofázové soustavy
Pokus 2:
Změřte v trojfázové síti
Měření napětí v trojfázové soustavě
(obr.1)
napětí mezi fázemi, tzv. sdružená napětí a pak napětí fází proti nulovému vodiči, tzv. fázová napětí.
Sdružená napětí jsou stejná, fázová napětí jsou také stejná, ale menší než napětí sdružená (síťová).
Poměr mezi sdruženým napětím např. U31 a fázovým napětím např. U1N se nazývá činitel sdružení:
400V | U31 | |||||
-------- | =√3 | >>>> | ------- | =√3 | ||
230V | U1N |
V trojfázové soustavě se činitel √3 se nazývá činitelem sdružení (fázi). |
Napětí mezi dvěma fázemi, např. mezi L1 a L2, se nazývá sdružené nebo síťové napětí. Vztah mezi sdruženými a fázovými napětími v trojfázové soustavě je patrný z vektorového diagramu na obr.2
Vektorový diagram napětí při spojení do hvězdy
a z grafu časových průběhů na obr.3.
Graf průběhu fázových a sdruženého napětí
Ve vektorovém diagramu na obr.2 tvoří fázová napětí U1N, U3N a sdružené napětí U31 rovnoramenný trojúhelník s úhly u základny 30°. Tento trojúhelník lze rozložit na dva pravoúhlé trojúhelníky. S využitím trigonometrických funkcí lze odvodit:
U31 | √3 | ||||
----- | = | U1N * cos 30° =U1N | ------- | >>> | U31 = U1N √3 |
2 | 2 |
Z obrázku 2 je zřejmé, že U31 je geometrickým (vektorovým) rozdílem mezi U3N a U1N. Ve vektorové symbolice
U31 = U3N - U1N1
Je-li vytvořen grafický průběh rozdílu okamžitých hodnot napětí U3N, U1N (obr.3), půjde pak o průběh okamžité hodnoty U31 sdruženého napětí U31. I z tohoto grafu je vidět, že amplituda U31 je √3 krát větší než amplituda U1N.
V čtyřvodičové trojfázové soustavě 400V je síťové (sdružené) napětí 400V (efektivní hodnota) a fázová napětí (mezi fází a nulovým vodičem) U1N, U2N a U3N jsou 230V
Napětí ve čtyřvodičové soustavě
(obr. 4).
Toto umožňuje současný provoz trojfázových spotřebičů na jmenovité napětí 400V, např. motorů, elektrických sporáků nebo akumulačních kamen na noční proud, jakož i spotřebičů na střídavé napětí 230V, např. žárovek nebo televizorů v jedné rozvodné síti.
1) tučné písmo, podtržení nebo pruh nad symboly může označovat vektory a tím i příslušné vektorové operace mezi nimi
TEXT Z OBLASTÍ | SOUVISEJÍCÍ KONTAKT |
---|---|