Obwód trójfazowy | Układ gwiazdowy i trójkątny
W systemie elektrycznym dostępne są dwa rodzaje systemów: obwód elektryczny, jednofazowy i trójfazowy system. W obwodzie jednofazowym jest tylko jedna faza, tzn. prąd przepływa tylko przez jeden przewód, a istnieje jeden powrotny szlak zwany linią neutralną, aby uzupełnić obwód. W związku z tym w systemie jednofazowym można transportować minimalną ilość mocy. Tutaj stacja generująca i stacja odbiorcza będą również jednofazowe. To jest stary system używany od dawna.
W 1882 roku dokonano nowego wynalazku w systemie wielofazowym, który pozwala na wykorzystanie więcej niż jednej fazy do generowania, transmisji i systemu odbiorczego. Obwód trójfazowy to system wielofazowy, w którym trzy fazy są wysyłane razem od generatora do obciążenia.
Każda faza ma różnicę fazową 120o, tzn. kąt elektryczny 120o. Zatem z łącznej sumy 360o, trzy fazy są równomiernie podzielone na 120o każda. Moc w systemie trójfazowym jest ciągła, ponieważ wszystkie trzy fazy uczestniczą w generowaniu całkowitej mocy. Sinusoidalne fale dla systemu trójfazowego przedstawiono poniżej-
Każdą z trzech faz można używać jako osobnej fazy. Jeśli obciążenie jest jednofazowe, to można wziąć jedną fazę z obwodu trójfazowego i użyć neutralnej jako ziemskiej, aby uzupełnić obwód.
Dlaczego system trójfazowy jest preferowany nad systemem jednofazowym?
Istnieje wiele powodów tego pytania, ponieważ system trójfazowy ma wiele zalet nad obwodem jednofazowym. System trójfazowy może być używany jako trzy linie jednofazowe, więc może działać jako trzy systemy jednofazowe. Generowanie trójfazowe i jednofazowe jest takie samo w generatory, z wyjątkiem ułożenia cewek w generatory, aby uzyskać różnicę fazową 120o. Przewodnik potrzebny w obwodzie trójfazowym stanowi 75% przewodnika potrzebnego w obwodzie jednofazowym. Ponadto natychmiastowa moc w systemie jednofazowym spada do zera, jak można zobaczyć na krzywej sinusoidalnej, ale w systemie trójfazowym łączna moc ze wszystkich faz zapewnia ciągłą moc dla obciążenia.
Możemy powiedzieć, że istnieją trzy źródła napięcia połączone razem, tworząc obwód trójfazowy, a właściwie znajdujące się wewnątrz generatora. Generator ma trzy źródła napięcia, które działają razem z różnicą fazową 120o. Jeśli możemy ułożyć trzy obwody jednofazowe z różnicą fazową 120o, stanie się to obwód trójfazowy. Różnica fazowa 120o jest niezbędna, w przeciwnym razie obwód nie będzie działał, obciążenie trójfazowe nie będzie mogło otrzymać aktywnej mocy i może to również spowodować uszkodzenie systemu.
Rozmiar lub ilość metali w urządzeniach trójfazowych nie różni się znacząco. Teraz, jeśli weźmiemy pod uwagę transformator, będzie on prawie takiego samego rozmiaru zarówno dla systemu jednofazowego, jak i trójfazowego, ponieważ transformator tworzy tylko połączenie strumienia magnetycznego. W związku z tym system trójfazowy będzie miał wyższą efektywność w porównaniu do systemu jednofazowego, ponieważ dla tej samej lub niewielkiej różnicy w masie transformatora, linia trójfazowa będzie gotowa, podczas gdy w systemie jednofazowym będzie tylko jedna. Straty będą minimalne w obwodzie trójfazowym. Zatem ogólnie w konkluzji system trójfazowy będzie miał lepszą i wyższą efektywność w porównaniu do systemu jednofazowego.
W obwodzie trójfazowym, połączenia mogą być wykonane w dwóch typach:
Połączenie gwiazdowe
Połączenie trójkątne
Mniej często stosowane jest także połączenie otwartego trójkąta, gdzie dwie transformery jednofazowe są używane do zapewnienia zasilania trójfazowego. Są one zwykle używane tylko w sytuacjach nagłych, ponieważ ich efektywność jest niska w porównaniu do systemów trójkąt-trójkąt (zamknięty trójkąt), które są używane podczas standardowej eksploatacji.
Połączenie gwiazdowe
W połączeniu gwiazdowym jest cztery przewody, trzy przewody to przewody fazowe, a czwarty to neutralny, który jest pobierany z punktu gwiazdy. Połączenie gwiazdowe jest preferowane dla długodystansowej transmisji mocy, ponieważ ma ono punkt neutralny. W tym musimy przejść do koncepcji zbilansowanego i niezbilansowanego prądu w systemie energetycznym.
Gdy równe prądy przepływają przez wszystkie trzy fazy, mówi się o zbilansowanym prądzie. A gdy prąd nie będzie równy w żadnej z faz, to jest niezbilansowany prąd. W przypadku zbilansowanego stanu, nie będzie przepływał żaden prąd przez linię neutralną, a więc terminal neutralny nie będzie używany. Ale gdy będzie przepływał niezbilansowany prąd w obwodzie trójfazowym, linię neutralną ma kluczowe znaczenie. Przeniesie ona niezbilansowany prąd do ziemi i ochroni transformator. Niezbilansowany prąd wpływa na transformator i może go uszkodzić, dlatego połączenie gwiazdowe jest preferowane dla długodystansowej transmisji.
Połączenie gwiazdowe przedstawione jest poniżej-
W połączeniu gwiazdowym, napięcie liniowe jest √3 razy większe od napięcia fazowego. Napięcie liniowe to napięcie między dwiema fazami w obwodzie trójfazowym, a napięcie fazowe to napięcie między jedną fazą a linią neutralną. A prąd jest taki sam zarówno dla linii, jak i fazy. Jest to pokazane na wyrażeniu poniżej
Połączenie trójkątne
W połączeniu trójkątnym jest tylko trzy przewody, a terminal neutralny nie jest pobierany. Zwykle połączenie trójkątne jest preferowane dla krótkich dystansów z powodu problemu z niezbilansowanym prądem w obwodzie. Rysunek przedstawiający połączenie trójkątne przedstawiono poniżej. Na stacji obciążeniowej, ziemia może być używana jako ścieżka neutralna, jeśli jest to wymagane.
W połączeniu trójkątnym, napięcie liniowe jest takie samo, jak napięcie fazowe. A prąd liniowy jest √3 razy większy od prądu fazowego. Jest to pokazane na wyrażeniu poniżej,
W obwodzie trójfazowym, połączenia gwiazdowe i trójkątne mogą być ułożone na cztery różne sposoby:
Połączenie gwiazda-gwiazda
Połączenie gwiazda-trójkąt
Połączenie trójkąt-gwiazda
Połączenie trójkąt-trójkąt
Ale moc jest niezależna od układu obwodu systemu trójfazowego. Łączna moc w obwodzie będzie taka sama zarówno w połączeniu gwiazdowym, jak i trójkątnym. Moc w obwodzie trójfazowym można obliczyć z poniższego równania,
Ponieważ istnieje trzy fazy, wielokrotność 3 jest wprowadzona do normalnego równania mocy, a PF to
