Digitální učební materiál Autor: Ing. Pavel Horlivý Předmět/vzdělávací oblast: Elektrotechnický základ Tematická oblast: Elektromagnetická indukce Téma: Trojfázová soustava Ročník: 2. a 3. Datum vytvoření: září 2013 Název: VY_32_INOVACE_15.1.19. ELE Anotace: Seznamuje žáky se vznikem trojfázové soustavy. Prezentace je určena pro výuku žáků oboru Telekomunikace. Využitím grafických možností sady Microsoft Office 2010 se materiál stává inovativním zejména přehledností výkladu odborného tématu. Využití multimediálních prostředků zvyšuje názornost výuky, usnadňuje porozumění tématu i u slabších žáků a žáků se SPU, udržuje jejich pozornost, podporuje jejich zájem a aktivitu. Metodický pokyn: Materiál je určen pro výuku, vyžaduje použití PC a dataprojektoru. Prezentace primárně slouží pro výklad v hodině, ale může být využita i k samostudiu a pro distanční formu vzdělávání. Materiál vyžaduje použití multimediálních prostředků – PC a dataprojektoru.

Trojfázová soustava Póly magnetu při otáčení mění svoji polohu, a tak se postupně ve všech cívkách indukuje střídavé elektromotorické napětí. V cívkách se indukují tři sinusová střídavá napětí Uf se stejnou frekvencí a s fázovým posunem j odpovídajícím třetině periody 2p/3 tj. 120°. Soustava těchto tří napětí se nazývá trojfázová soustava napětí.

Trojfázová soustava Příklad: Trojfázová soustava napětí jsou 3 stejně velká sinusová napětí o stejné frekvenci, která mají vůči sobě vzájemný fázový posun 120° (třetinu periody). Příklad: Na stůl umístíme tři stejné cívky navzájem svírající úhel 120°. Ve středu mezi cívkami otáčíme permanentním magnetem stálou úhlovou rychlostí w. Na voltmetrech připojených k cívkám můžeme sledovat maximální indukované napětí.

Trojfázová soustava Tři cívky generátoru tvoří vinutí stroje = fáze stroje. V každé fázi se indukuje fázové napětí Uf. Začátky fází (vnější vývody vinutí) se označují U1, V1, W1 a konce fází (vnitřní vývody vinutí fází ) se označují U2, V2, W2. Elektrickým spojením cívek je možno omezit počet vodičů potřebných pro přenos elektrické energie z šesti na čtyři (L1, L2, L3, N), nebo jen na tři sdružené vodiče (L1, L2, L3), vznikne tak sdružená trojfázová soustava. Vodiče L1, L2, L3 připojují v obou případech zdroj trojfázového napětí/proudu a svorek (vývodů vinutí) U1, V1, W1 . Nazývají sdružené vodiče nebo fázové vodiče.

Trojfázová soustava Sdružená napětí jsou stejná, ale větší než fázová napětí o součinitel sdružení fází 3 t.j. 1,73. Součet okamžitých hodnot napětí se v jakémkoli okamžiku rovná nule tedy: u1 + u2 + u3 = 0. Důkaz: V čase t1 je napětí ve fázi Uu = 0, napětí ve fázích Uv, Uw mají stejnou velikost, ale opačné znaménko a jejich součet je nula. V čase t2 je napětí ve fázi Uu v záporném minimu, napětí ve fázích Uv, Uw jsou stejně velká, kladná a rovna poloviční hodnotě maximální hodnoty, tedy opět nule.

Trojfázová soustava – druhy zapojení 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 alternátoru mohou být zapojeny buď do hvězdy -Y nebo trojúhelníka - D, takže alternátor 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).

Spojení do hvězdy (Y) -čtyřvodičová 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 vyrovnávací 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.

Ve čtyřvodičové soustavě jsou dva druhy napětí: 1) mezi nulovým vodičem a druhou svorkou cívky se jedná o napětí fázové "Uf" 2) mezi libovolnými fázovými vodiči je napětí sdružené "Us" (= síťové, mezifázové) (Us = U) Pro harmonický průběh platí: Us= 2Uf . sin p /3 = 1,73 . Uf = √3 .Uf Při tomto spojení prochází fázovými vodiči i cívkami zdroje stejný fázový proud If = I. V ČR je normalizované napětí 3x 230/400V. Na fázové napětí 230V připojujeme drobné spotřebiče. Na sdružené napětí 400V připojujeme trojfázové spotřebiče např. elektromotory, akumulační kamna.

Spojení do trojúhelníku (D) 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. Značíme jej Δ, nebo D. Rozvodná síť nemá střední vodič N

Spojení do trojúhelníku (D) třívodičová 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 procházející fázovými vodiči sítě je přibližně 3 = 1,73 krát větší než fázový

Kontrolní otázky Vyjmenuj druhy zapojení trojfázové soustavy. Popiš jak a kde vzniká trojfázová soustava napětí. Co je to součinitel sdružení fází? Jakými písmeny se značí druhy zapojení? Jaké druhy napětí a proudů je v zapojení do trojúhelníku? Jaké druhy napětí a proudů je v zapojení do hvězdy?

Použité zdroje TKOTZ, Klaus. Příručka pro elektrotechnika. 2. vyd. Praha: Europa-Sobotáles, 2006, 623 s. ISBN 80-867-0613-3. VOŽENÍLEK, Ladislav a František LSTIBŮREK. Základy elektrotechniky II pro 2. a 3. ročník SOU elektrotechnických. Praha: SNTL, 1985. VOŽENÍLEK, Ladislav a Miloš ŘEŠÁTKO. Základy elektrotechniky I. 2. vyd. Praha: SNTL, 1986. Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Ing. Pavel Horlivý.