Třífázový obvod | Systém hvězda a trojúhelník
Existují dva typy systému v elektrickém obvodu, jednofázový a třífázový systém. V jednofázovém obvodu bude pouze jedna fáze, tedy proud poteče pouze jedním vedením a bude zde jedna cesta k návratu nazvaná neutrální linka, která dokončí obvod. Tedy v jednofázovém obvodu lze přenést minimální množství energie. Zde bude generující stanice i stanicí s nákladem jednofázová. Jedná se o starý systém používaný od minulých dob.
V roce 1882 byla provedena nová vynález na vícefázovém systému, který umožňuje použití více fází pro generování, přenos a pro nákladový systém. Třífázový obvod je vícefázový systém, kde jsou tři fáze posílány společně od generátoru k nákladu.
Každá fáze má fázový rozdíl 120o, tedy elektricky 120o úhel. Tedy z celkových 360o jsou tři fáze rovnoměrně rozděleny na 120o každá. Výkon v třífázovém systému je spojitý, protože všechny tři fáze se podílejí na generování celkového výkonu. Sinusoidální vlny pro třífázový systém jsou znázorněny níže-
Tři fáze mohou být použity jako každá samostatná fáze. Pokud je náklad jednofázový, pak lze vzít jednu fázi z třífázového obvodu a neutrální vedení lze použít jako zemlící cestu k dokončení obvodu.
Proč se dává přednost třífázovému systému před jednofázovým?
Existuje mnoho důvodů pro tuto otázku, protože třífázový systém má mnoho výhod oproti jednofázovému obvodu. Třífázový systém lze použít jako tři jednofázová vedení, takže může fungovat jako tři jednofázové systémy. Generování tří fází a jedné fáze je stejné v generátoru, pokud jde o uspořádání cívek v generátoru, aby byl dosažen fázový rozdíl 120o. Vodič potřebný pro třífázový obvod je 75% toho, co je potřeba pro jednofázový obvod. A také okamžitý výkon v jednofázovém systému klesne na nulu, jak vidíme ze sinusoidální křivky, ale v třífázovém systému celkový výkon ze všech fází poskytuje spojitý výkon nákladu.
Dokud teď můžeme říci, že existují tři napěťové zdroje spojené dohromady, aby tvořily třífázový obvod a skutečně jsou uvnitř generátoru. Generátor má tři napěťové zdroje, které působí společně s fázovým rozdílem 120o. Pokud bychom mohli uspořádat tři jednofázové obvody s fázovým rozdílem 120o, pak by se stal třífázovým obvodem. Tedy fázový rozdíl 120o je nezbytný, jinak obvod nebude fungovat, třífázový náklad nebude schopen získat aktivní výkon a může také způsobit poškození systému.
Velikost nebo množství kovu třífázových zařízení nemá velký rozdíl. Pokud teď zvažujeme transformátor, bude mít téměř stejnou velikost pro jednofázový i třífázový systém, protože transformátor bude vytvářet pouze propojení toků. Tedy třífázový systém bude mít vyšší efektivitu oproti jednofázovému, protože pro stejnou nebo malou rozdílnost v hmotnosti transformátoru, bude vedení tří fází, zatímco v jednofázovém systému bude pouze jedno. A ztráty budou minimální v třífázovém obvodu. Celkově lze tedy říci, že třífázový systém bude mít lepší a vyšší efektivitu oproti jednofázovému systému.
V třífázovém obvodu mohou být připojení zajištena dvěma způsoby:
Hvězdicové připojení
Delta připojení
Méně často se používá také otevřené delta připojení, kdy se používají dva jednofázové transformátory, aby poskytovaly třífázový přísun. Tyto jsou obvykle používány pouze v nouzových situacích, protože jejich efektivita je nízká oproti uzavřeným delta-delta systémům (které se používají během standardních operací).
Hvězdicové připojení
V hvězdicovém připojení je čtyři vedení, tři jsou fázová vedení a čtvrté je neutrální, které je přivedeno z hvězdicového bodu. Hvězdicové připojení je preferováno pro dlouhé vzdálenosti přenosu energie, protože má neutrální bod. Zde musíme přijít k konceptu vyváženého a nevyváženého proudu v elektroenergetickém systému.
Pokud bude proud pravidelně proudit všemi třemi fázemi, pak se nazývá vyvážený proud. A pokud proud nebude roven v libovolné fázi, pak je to nevyvážený proud. V tomto případě, během vyváženého stavu nebude proud pramenit neutrálním vedením a tedy neutrální terminál nebude použit. Ale když bude pramenit nevyvážený proud v třífázovém obvodu, neutrální vedení bude mít klíčovou roli. Bude vedou nevyvážený proud k zemi a chránit transformátor. Nevyvážený proud ovlivňuje transformátor a může ho také poškodit, proto se pro dlouhodobý přenos používá hvězdicové připojení.
Hvězdicové připojení je znázorněno níže-
V hvězdicovém připojení je fázové napětí √3 krát fázového napětí. Fázové napětí je napětí mezi dvěma fázemi v třífázovém obvodu a fázové napětí je napětí mezi jednou fází a neutrálním vedením. Proud je stejný pro obě fázové a fázové vedení. Je to znázorněno výrazem níže
Delta připojení
V delta připojení jsou pouze tři vedení a není použit žádný neutrální terminál. Obvykle se delta připojení preferuje pro krátké vzdálenosti kvůli problému s nevyváženým proudem v obvodu. Obrázek ukazuje delta připojení. Na straně spotřebiče může být použito zemlící vedení jako neutrální cesta, pokud je to potřeba.
V delta připojení je fázové napětí stejné jako fázové napětí. A fázový proud je √3 krát fázového proudu. Je to znázorněno výrazem níže,
V třífázovém obvodu mohou být hvězdicové a delta připojení uspořádány čtyřmi různými způsoby:
Hvězdicové-hvězdicové připojení
Hvězdicové-delta připojení
Delta-hvězdicové připojení
Delta-delta připojení
Ale výkon je nezávislý na uspořádání obvodu třífázového systému. Celkový výkon v obvodu bude stejný jak v hvězdicovém, tak v delta připojení. Výkon v třífázovém obvodu lze vypočítat z rovnice níže,
Protože je zde tři fáze, je proveden násobek 3 v normální rovnici výkonu a PF je koeficient využití. Koeficient využití je velmi důležitý faktor v třífázovém systému a někdy kvůli určité chybě je korigován pomocí kapacitorů.
