Transcript Trojfázová soustava

Tato prezentace byla vytvořena
v rámci projektu
Orbis pictus
21. století
Trojfázová soustava
OB21-OP-EL-ZEL-JANC-L-3-016
Trojfázová soustava
Trojfázovou soustavu napětí
představují 3 stejně velká
sinusová napětí o stejné
frekvenci, která mají vůči sobě
vzájemný fázový posun 120°
(třetinu periody).
Trojfázová soustava



Tři stejné cívky položíme na desku stolu tak, aby osy jejich
jader svíraly navzájem úhel 120°. Mezi cívkami otáčíme
magnetem stálou úhlovou rychlostí. Na voltmetrech
připojených k cívkám můžeme sledovat maximální
indukované napětí.
Vzhledem k tomu, že póly magnetu při otáčení mění svoji
polohu, indukuje se střídavé elektromotorické napětí postupně
ve všech cívkách. V cívkách se indukují tři sinusová střídavá
napětí se stejnou frekvencí a s fázovým
rozdílem odpovídajícím třetině periody.
Soustava těchto tří napětí je
trojfázová soustava napětí.
Trojfázová soustava

Tři cívky generátoru tvoří vinutí stroje = fáze stroje.
V každé fázi je indukováno napětí = 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.
Trojfázová soustava
 Vodiče L1, L2, L3 spojují
tady v obou případech
zdroj (výrobce)
trojfázového
napětí/proudu a svorek
(vývodů vinutí) U1, V1,
W1.
 Nazývají se sdružené
vodiče, fázové vodiče
nebo síťové vodiče.
Trojfázová soustava

Sdružená napětí jsou stejná, fázová napětí jsou také stejná, ale
menší než napětí sdružená (= fázová, síťová).

Součet okamžitých hodnot napětí se v jakémkoli okamžiku
rovná nule.

Tady je vysvětlení:
V čase t1 je napětí ve fázi U kladné a maximální, napětí ve
fázích V, W mají stejnou velikost (polovinu maximální
hodnoty), ale opačné znaménko a jejich součet je nula.
Trojfázová soustava
Když ke každé
z cívek
připojíme
stejnosměrný
voltmetr
s nulou
uprostřed
stupnice a
budeme magnetem otáčet konstantní rychlostí, ručky všech tří
přístrojů se během jedné otáčky magnetu vychýlí jednou vlevo a
jednou vpravo.
Trojfázová soustava

Střídavý elektrický proud se vyrábí pomocí synchronních
generátorů (alternátorů), které obsahují tři cívky navzájem
otočené o 120 stupňů. Střídavé napětí, vznikající v takovém
generátoru se nazývá trojfázové napětí.

Cívky generátoru mohou být zapojeny do hvězdy nebo
trojúhelníka, takže generátor má pak tři vývody, které
nazýváme fáze. Každá ze tří fází má průběh napětí proti
sousedním fázím fázově posunut o 120 stupňů.

Všechny alternátory veřejné elektrické sítě pracují navzájem
synchronně s jmenovitou frekvencí 50 Hz v Evropě nebo 60
Hz v USA.
Trojfázová soustava
 Spojení
trojfázového vinutí do hvězdy (Y) =>
čtyřvodičová soustava
Trojfázová soustava
Začátky
všech tří cívek alternátoru spojíme do jednoho uzlu,
tedy nulového bodu z něhož vyvedeme střední vodič
(= nulový vodič, neutrální vodič) "N".
Nulovým
vodičem prochází proud .
V praxi není tento proud nulový, ale má vždy menší hodnotu
než proud ve fázovém vodiči.

Konce cívek spojíme s fázovými vodiči L1 - L3 následovně:
Trojfázová soustava

Ve čtyřvodičové soustavě jsou dva druhy napětí:
1) mezi nulovým vodičem a druhou svorkou cívky se
nazývá napětí fázové "Uf„
2) mezi libovolnými fázovými vodiči je napětí sdružené
(=síťové, mezifázové) „Us" (Us = U)
 Při tomto spojení prochází fázovými vodiči i cívkami
zdroje stejný fázový proud If = I
Trojfázová soustava

V ČR je normalizované napětí 3x 230/400V.

Na fázové napětí 230V připojujeme drobné spotřebiče
jako např. žárovky televize atd.

Na sdružené napětí 400V připojujeme trojfázové
spotřebiče např. elektromotory, akumulační kamna.
Trojfázová soustava


Spojení trojfázového vinutí do trojúhelníku
=> třívodičová soustava
Spojíme-li fázová vinutí sériově, tj. konec jednoho vinutí se
začátkem dalšího vinutí (konec jedné cívky spojíme se
začátkem cívky druhé), např. U2 - V1, V2 - W1, W2 - U1,
vznikne zapojení do trojúhelníku, označované Δ, nebo D.
Rozvodná síť nemá střední vodič.
Trojfázová soustava

V třívodičové soustavě je:
- jeden druh napětí:
mezi libovolnými vodiči je fázové napětí (= napětí jedné
fáze).
- dva proudy:
1) fázový proud protékající fázemi při zatížení
2) sdružený (síťový) proud - prochází fázovými vodiči sítě
- je přibližně 1,73 * větší než
fázový
Trojfázová soustava


Souměrná a nesouměrná trojfázová soustava
a) souměrná
- všechna napětí jednotlivých fází jsou stejně velká,
- mají stejný kmitočet
- jsou posunutá navzájem o stejný úhel
b) nesouměrná
- nesouměrnost soustavy může být trojí:
a)
b)
c)
Trojfázová soustava

Velkou výhodou třífázové soustavy je, že při lineární a
symetrické (tj. ve všech třech fázích stejné) zátěži je z
generátoru v každém okamžiku periody odebírán konstantní
výkon, takže na něm nevznikají momentové rázy.
Trojfázová soustava
Elektrický výkon trojfázové soustavy
a) činný výkon celé soustavy:
- činný výkon trojfázové soustavy je roven součtu výkonů
jednotlivých fází:
P = PU + PV + PW
- při souměrném zatížení je činný výkon ve všech fázích
stejný:
P = 3 * Uf * If * cos φ
cos φ… účiník spotřebiče
cos φ = P * S-1
S=*U*I
[VA]
Trojfázová soustava
- činný výkon trojfázové soustavy počítáme zejména pomocí
sdružených napětí a proudů:
P = 1,73* U * I * cos φ
b) činný výkon jedné fáze:
PU = Uf * If * cos φ
Práce v trojfázové soustavě
W = P * t = 1,73 * U * I * cos φ * t
[Ws]
Trojfázová soustava



Soustava využívající 3 cívky je nejoptimálnější.
Při použití 2 cívek by se mohl rotor elektromotoru zastavit v
tzv. „mrtvé poloze“; tj. v takové poloze, z níž by se nebyl
schopen bez zásahu zvenčí dostat. V této poloze se síly
působící na rotor navzájem kompenzují a nejsou schopné jej
uvést do pohybu.
Při použití 4, 5, … by byl chod elektromotorů sice
pravidelnější, ale vzrostly by náklady na provoz
elektrorozvodné sítě (místo čtyř vodičů by bylo nutné mít 5, 6,
…) vodičů.
 Děkuji

za pozornost
Ing. Ladislav Jančařík
Literatura

J. Kubrycht, R. Musil, L. Voženílek: Elektrotechnika pro 1.
ročník učebních oborů elektrotechnických, SNTL Praha 1980

A. Blahovec: Elektrotechnika II, Informatorium Praha 2005