Трофазна наизменична струја
Данас је то најчешћи трофазни систем наизменичне струје широм света.
Трофазно електрично коло назива се систем који се састоји од три кола у којима функционишу наизменичне струје, ЕМФ исте фреквенције, ван фазе једна са другом за 1/3 периода (φ=2π/ 3). Свако појединачно коло таквог система се укратко назива његова фаза, а систем три фазно померене наизменичне струје у таквим колима једноставно се назива трофазна струја.
Готово сви генератори уграђени у наше електране су генератори трофазне струје... У суштини, сваки такав генератор је спој у једној електричној машини од три алтернатора, пројектована тако да индукована у њима ЕМФ померени један према другом за једну трећину периода као што је приказано на сл. 1.
Пиринач. 1. Графики временске зависности ЕМФ индуковане у намотајима арматуре генератора трофазне струје
Како је такав генератор имплементиран, лако је разумети из кола на сл. 2.
Пиринач. 2. Три пара независних жица спојених на три арматуре трофазног струјног генератора напајају расветну мрежу
Постоје три независне арматуре смештене на статору електричне машине и померене за 1/3 круга (120О). Индуктор заједнички за све арматуре ротира у центру електричне машине приказане на дијаграму у облику трајни магнет.
У сваком колуту индукује се наизменична ЕМФ исту фреквенцију, али времена када ови емфс пролазе кроз нулу (или кроз максимум) у сваком од калемова биће померени за 1/3 периода један у односу на други јер индуктор пролази кроз сваки калем 1/3 периода касније од претходног.
Сваки намотај трофазног генератора је независни струјни генератор и извор електричне енергије. Повезивањем жица на крајеве сваког као што је приказано на сл. 2, добили бисмо три независна кола, од којих би свако могло напајати одређене електричне пријемнике, на пример електричне лампе.
У овом случају, да пренесе сву енергију која се апсорбује електрични пријемници, биће потребно шест жица. Међутим, могуће је спојити намотаје трофазног струјног генератора на такав начин да рукују четири или чак три жице, односно значајно штеде ожичење.
Први од ових начина назива се веза звезда (слика 3).
Пиринач. 3. Четворожични систем ожичења при повезивању трофазног генератора са звездом. Оптерећења (групе електричних сијалица И, ИИ, ИИИ) се напајају фазним напонима.
Прикључке калемова 1, 2, 3 ћемо назвати почетком, а терминале 1′, 2′, 3′ крајевима одговарајућих фаза.
Веза звезда је у томе што крајеве свих намотаја повезујемо са једном тачком генератора, која се зове нулта тачка или неутрална, а генератор повезујемо са пријемницима електричне енергије са четири жице: три линеарне тзв. жице које долазе од почетка намотаја 1, 2, 3 и неутралне или неутралне жице које иду од нулте тачке генератора. Овај систем ожичења се зове четворожични.
Напони између нулте тачке и почетка сваке фазе називају се фазни напони, а напони између почетка намотаја, односно тачака 1 и 2, 2 и 3, 3 и 1, називају се линијски... Фаза напони обично означавају У1, У2, У3 или у општем облику Уф и линијски напон — У12, У23, У31 или уопштено Ул.
Између амплитуда или средњих вредности фазни и линијски напон при повезивању намотаја генератора са звездом постоји однос Ул = √3Уф ≈ 1,73Уе
Тако, на пример, ако је фазни напон генератора Уф = 220 В, онда при повезивању намотаја генератора у звезду, линијски напон Ул — 380 В.
У случају равномерног оптерећења три фазе генератора, односно са приближно једнаким струјама у свакој од њих, струја у неутралној жици је нула... Дакле, у овом случају можете уклонити неутралну жицу и пређите на још економичнији трожични систем. У овом случају, сва оптерећења су повезана између одговарајућих парова линијских проводника.
У неуравнотеженом оптерећењу, струја у неутралном проводнику није нула, али уопштено говорећи је мања од струје у линијским проводницима. Стога, неутрална жица може бити тања од линијске жице.
Када раде на трофазну наизменичну струју, настоје да учине оптерећење на различитим фазама што је могуће једнакије.Зато се, на пример, при уређењу расветне мреже велике куће са четворожичним системом у сваки стан уводе неутрална жица и једна од линеарних на начин да у просеку свака фаза има приближно исту оптерећење.
Други начин повезивања намотаја генератора, који такође омогућава трожилно ожичење, је трострука веза приказана на сл. 4.
Пиринач. 4. Шема повезивања намотаја трофазног генератора са троуглом
Овде је крај сваког намотаја повезан са почетком следећег, тако да формирају затворени троугао, а линијске жице су повезане са врховима овог троугла - тачке 1, 2 и 3. Када су спојене са троуглом, линијски напон генератора једнак је његовом фазном напону: Ул = Уе.
Дакле, пребацивање намотаја генератора са звезде на троугао доводи до смањења напона мреже у √3 ≈ 1,73 пута... Делта веза је такође дозвољена само са истим или скоро истим фазним оптерећењем. У супротном, струја у затвореној петљи намотаја ће бити прејака, што је опасно за генератор.
Када се користи трофазна струја, одвојени пријемници (оптерећења) који се напајају одвојеним паровима жица могу се повезати и у звезду, односно тако да је један њихов крај спојен у заједничку тачку, а друга три слободна краја. прикључени на линијске жице мреже или троуглом, односно тако да су сва оптерећења повезана серијски и формирају заједничко коло, на тачке 1, 2, 3 од којих су линеарне жице мреже повезане.
На сл. 5 је приказана звезда веза оптерећења са трожичним системом ожичења, а на сл.6 — са четворожичним системом ожичења (у овом случају, заједничка тачка свих оптерећења је повезана са неутралном жицом).
На сл. Слика 7 приказује дијаграм повезивања троструког оптерећења за трожилни систем ожичења.
Пиринач. 5. Звездаста веза оптерећења са трожилним системом ожичења
Пиринач. 6. Звездаста веза оптерећења са четворожичним системом ожичења
Пиринач. 7. Делта веза оптерећења са трожилним системом ожичења
У пракси је важно узети у обзир следеће. Када су оптерећења повезана у трокут, свако оптерећење је под мрежним напоном, а када је повезано са звездама, под напоном √3 пута мањи. За случај четворожичног система, ово је јасно из сл. 6. Али исти је случај и са трожилним системом (слика 5).
Између сваког пара линијских напона овде су два оптерећења повезана у серију, струје у којима су фазно померене за 2π/3. Напон у сваком оптерећењу је једнак одговарајућем мрежном напону подељеном са √3.
Дакле, при пребацивању оптерећења са звезде на трокут, напони на сваком оптерећењу, а самим тим и струја у њему, расту за √3 ≈ 1,73 пута. Ако је, на пример, линијски напон трожилне мреже 380 В, онда када је спојена у звезду (сл. 5) напон сваког од оптерећења ће бити једнак 220 В, а када је повезан са троугла (сл. 7) биће једнако 380 В.
У припреми чланка коришћене су информације из уџбеника физике који је уредио Г.С. Ландсберг.