Kalkulator mocy w obwodzie prądu trójfazowego

Zasilanie trójfazowe działa przy napięciu i prądach przesuniętych w fazie o 120 stopni na trzech przewodach. Jako system prądu przemiennego umożliwia łatwe podniesienie napięcia za pomocą transformatorów do wysokiego napięcia do transmisji i z powrotem do dystrybucji, co zapewnia wysoką wydajność. Trójprzewodowy obwód trójfazowy jest zwykle bardziej ekonomiczny niż równoważny dwuprzewodowy obwód jednofazowy przy tym samym napięciu linia-ziemia, ponieważ wykorzystuje mniej materiału przewodnika do przesyłania określonej ilości energii elektrycznej. Zasilanie trójfazowe jest wykorzystywane głównie bezpośrednio do zasilania dużych silników i innych ciężkich obciążeń. Małe obciążenia często wykorzystują tylko dwuprzewodowy obwód jednofazowy, który może pochodzić z systemu trójfazowego.

Zobacz również: Obliczanie procentowego spadku napięcia dla obwodów  

W elektrotechnice trójfazowe systemy elektroenergetyczne mają co najmniej trzy przewody przewodzące napięcia przemienne, które są przesunięte w czasie o jedną trzecią okresu. Układ trójfazowy może być ułożony w trójkąt (∆) lub w gwiazdę (Y) (oznaczany również jako trójnik w niektórych obszarach, ponieważ symbolicznie jest podobny do litery „Y”). „Gwiazda” umożliwia korzystanie z dwóch różnych napięć ze wszystkich trzech faz, na przykład system 230/400 V, który zapewnia napięcie 230 V między przewodem neutralnym (koncentratorem) a dowolną z faz oraz 400 V w dowolnych dwóch fazach. Z kolei układ delta zapewnia tylko jedno napięcie, ale ma większą redundancję, ponieważ może nadal działać normalnie z jednym z trzech uzwojeń zasilających w trybie offline, aczkolwiek przy 57,7% całkowitej pojemności. Prąd harmoniczny w przewodzie neutralnym może być bardzo duży, jeśli podłączone są obciążenia nieliniowe.

Do pomiaru mocy w systemie trójfazowym są wymagane co najmniej dwa przetworniki, gdy nie ma przewodu neutralnego, lub trzy przetworniki, gdy jest przewód neutralny. Twierdzenie Blondela mówi zaś, że liczba wymaganych elementów pomiarowych jest o jeden mniejsza niż liczba przewodów przewodzących prąd. Ponadto w symetrycznym trójfazowym systemie zasilania, każdy z trzech przewodów przewodzi prąd przemienny o tej samej częstotliwości i amplitudzie napięcia względem wspólnego odniesienia, ale z różnicą faz wynoszącą jedną trzecią cyklu (tj. 120 stopni przesuniętych w fazie). Wspólne odniesienie jest zwykle połączone z ziemią i często z przewodem przewodzącym prąd, zwanym przewodem neutralnym. Ze względu na różnicę faz napięcie na dowolnym przewodzie osiąga szczyt w jednej trzeciej cyklu po jednym z pozostałych przewodów i jednej trzeciej cyklu przed pozostałym przewodem. To opóźnienie fazowe zapewnia stały transfer mocy do zrównoważonego obciążenia liniowego. Umożliwia również wytwarzanie wirującego pola magnetycznego w silniku elektrycznym i generowanie innych układów faz za pomocą transformatorów (np. układ dwufazowy z transformatorem Scott-T).

Może Cię zainteresować: PN-EN 61936-1:2011/A1 Instalacje elektroenergetyczne prądu przemiennego o napięciu wyższym od 1 kV  

Duże znaczenie praktyczne ma także weryfikacja kolejności faz w obwodzie. Dwa źródła zasilania trójfazowego nie mogą być połączone równolegle, chyba że mają taką samą kolejność faz, na przykład podczas podłączania generatora do sieci rozdzielczej pod napięciem lub podczas łączenia dwóch transformatorów równolegle. W przeciwnym razie połączenie będzie zachowywać się jak zwarcie i popłynie nadmiar prądu. Kierunek obrotów silników trójfazowych można odwrócić, zamieniając dowolne dwie fazy; testowanie maszyny przez chwilowe włączenie silnika w celu zaobserwowania jego obrotów może być jednak niepraktyczne lub szkodliwe. Kolejność faz dwóch źródeł można zaś zweryfikować, mierząc napięcie między parami zacisków i obserwując, czy zaciski o bardzo niskim napięciu między nimi będą miały tę samą fazę, podczas gdy pary o wyższym napięciu są na różnych fazach. Jeżeli bezwzględna identyczność faz nie jest wymagana, przyrządy do badania rotacji faz można wykorzystać do identyfikacji sekwencji rotacji za pomocą jednej obserwacji. Przyrząd do badania rotacji faz może zawierać miniaturowy silnik trójfazowy, którego kierunek obrotów można bezpośrednio obserwować przez obudowę przyrządu. Inny wzór wykorzystuje parę lamp i wewnętrzną sieć przesunięcia fazowego do wyświetlania rotacji faz. Inny typ przyrządu może być podłączony do niezasilanego silnika trójfazowego i może wykrywać małe napięcia indukowane przez magnetyzm szczątkowy, gdy wał silnika jest obracany ręcznie. Lampka lub inna lampka kontrolna pokazująca kolejność napięć na zaciskach dla danego kierunku obrotu wału.

W porównaniu z jednofazowym zasilaczem prądu przemiennego, który wykorzystuje dwa przewody (fazowy i neutralny), zasilacz trójfazowy bez przewodu neutralnego i o takim samym napięciu fazowym i prądzie na fazę może przesyłać trzy razy więcej mocy przy użyciu tylko 1,5 razy więcej przewodów (tj. trzy zamiast dwóch). W ten sposób stosunek pojemności do materiału przewodnika jest podwojony. Stosunek pojemności do materiału przewodnika wzrasta do 3:1 w przypadku nieuziemionego układu trójfazowego i układu jednofazowego z uziemieniem centralnym (lub 2,25:1, jeśli oba mają uziemienie o tej samej grubości co przewody). Prowadzi to do wyższej wydajności, mniejszej wagi i czystszych przebiegów. Zasilacze trójfazowe posiadają właściwości, które czynią je pożądanymi w systemach dystrybucji energii elektrycznej:

• Prądy fazowe mają tendencję do wzajemnego znoszenia się, sumując się do zera w przypadku liniowo zrównoważonego obciążenia. Umożliwia to zmniejszenie rozmiaru przewodu neutralnego, ponieważ przewodzi on niewielki prąd lub nie ma go wcale. Przy zrównoważonym obciążeniu wszystkie przewody fazowe przenoszą ten sam prąd, a więc mogą mieć ten sam rozmiar.

• Przeniesienie mocy na liniowo zrównoważone obciążenie jest stałe. W zastosowaniach silnikowych/generatorowych pomaga to zredukować wibracje.

• Systemy trójfazowe mogą wytwarzać wirujące pole magnetyczne o określonym kierunku i stałej wielkości, co upraszcza projektowanie silników elektrycznych, ponieważ nie jest wymagany obwód rozruchowy.