Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu Orbis pictus 21. století

OB21-OP-EL-ZEL-JANC-L-3-016 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 - 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]

W = P * t = 1,73 * U * I * cos φ * t [Ws] 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