Třífázový systém je obvod nebo průmyslová síť, která kombinuje tři zdroje střídavého EMF stejné frekvence, jejichž počáteční fáze jsou vzájemně posunuty o 1/3 periody (neboli 120°). Každý z obvodů třífázového systému se nazývá fáze.
Pokud má EMF ve všech třech fázích stejnou amplitudu a je fázově posunuto o stejný úhel, pak se takový třífázový systém nazývá symetrický.
Třífázový proud má oproti jednofázovému následující výhody:
úspora až 25 % barevných kovů na stavbu elektrického vedení (pro přenos stejného výkonu za stejných podmínek);
možnost použití třífázových asynchronních motorů, jednoduchého designu, pohodlného a spolehlivého provozu;
přítomnost dvou provozních napětí se čtyřvodičovým systémem získaným v případě zapojení do hvězdy.
První přenos třífázového proudu na světě provedl v roce 1891 M. O. Dolivo-Dobrovolsky.
Třífázový sinusový proud se získá následovně. Pokud jsou tři závity umístěny v rovnoměrném magnetickém poli pólů NS, přičemž každý z nich je umístěn vůči druhému pod úhlem 120°, a závity se otáčejí konstantní úhlovou rychlostí, pak se v závitech indukuje emf , který bude také mimo fázi o 120°. Pokud vezmeme počáteční fázi první zatáčky rovnou nule, pak bude emf v zatáčkách vyjádřena rovnicemi:
Obr.34 Rotace závitů v rovnoměrném magnetickém poli
V praxi se pro získání třífázového proudu umístí na stator generátoru střídavého proudu tři vinutí, posunutá v prostoru jedna vůči druhé o 120°. Tyto se nazývají fázová vinutí nebo fáze generátoru.
Stator stroje má tři vinutí se stejným počtem závitů, posunutá o 120° (u dvoupólového stroje). Písmena A, B, C označují začátky; písmena X, Y, Z – konce vinutí.
Hlavní magnetické pole je vytvářeno vinutím umístěným na rotoru. Přes kartáče a kroužky tohoto vinutí je přiváděno konstantní napětí z generátoru stejnosměrného proudu nebo z usměrňovače. Rotor generátoru je poháněn do rotace primárním motorem; jeho magnetické pole prochází statorovými vinutími a indukuje se v nich sinusové EMF.
Vinutí fází generátoru má stejný počet závitů a je vyrobeno z drátu stejného průřezu. EMF, indukované
Obr.35 Získání třífázového střídavého proudu
v těchto vinutích bude mít stejnou velikost. Pokud každý z
tři fáze generátoru pak budou pracovat na samostatné zátěži
bude se jednat o odpojený třífázový systém. V tomto případě je generátor připojen ke spotřebiteli šesti vodiči. Odpojený třífázový systém se v praxi nepoužívá.
Existují dva způsoby připojení fázových vinutí generátorů, transformátorů a spotřebičů třífázového proudu: připojení do hvězdy a připojení do trojúhelníku.
Hvězdné spojení.
Pokud připojíte tři konce (nebo tři začátky) vinutí generátoru k jednomu společnému bodu a zbývající tři volné svorky připojíte k vedení, získáte hvězdicové zapojení.
Takové zapojení je možné, protože na třech koncích vinutí generátoru obdržíme společný potenciál bez ovlivnění distribuce proudů ve fázích spotřebiče. Napětí mezi začátkem a koncem každé fáze generátoru zůstane stejné a jakákoli fáze generátoru bude nezávisle pracovat na svém zatížení.
Obr.36 Hvězdicové zapojení vinutí generátoru
Pokud jsou tři zpětné vodiče zapojeny do jednoho společného vodiče, pak se také nezmění rozložení zatěžovacích proudů mezi jednotlivé fáze. V každém okamžiku bude společným zpětným vodičem protékat proud rovný algebraickému součtu proudů ve všech třech fázích a tři body spotřebitelských fází (začátky nebo konce) budou mít společný potenciál. V tomto případě bude spotřebitel zapojen do hvězdy.
Obr.37 Čtyřvodičový třífázový proudový systém
Společné body, ve kterých jsou spojeny začátky a konce jednotlivých fází generátoru nebo přijímače, se nazývají neutrální nebo nulové body. Společný zpětný vodič spojující nulové body generátoru a spotřebiče se nazývá nulový vodič. Zbývající tři vodiče vedení, kterými se přenáší energie, se nazývají vedení.
Napětí mezi kterýmkoli z vodičů vedení se nazývá fázové napětí. Napětí mezi jakýmikoli linkovými vodiči se nazývá síťové napětí.
Při stejných fázových odporech přijímače (tj. se stejnými aktivními a jalovými odpory v daném pořadí) budou proudy ve fázích stejné a symetrické; úhel posunu mezi proudy bude 120°. Pak je proud v nulovém vodiči.
Pokud je součet tří proudových vektorů nulový, pak projekce
tento součet na osu, tedy součet okamžitých hodnot proudu v
v každém okamžiku je také nula.
Proto žádné změny v třífázovém
systém nenastane, pokud je nulový vodič vyřazen.
Při symetrickém zatížení může být nulový vodič
Obr.38 Hvězdicové zapojení elektrických lamp
být nepřítomen. Při nesymetrické zátěži je proud nulový
drát není nulový. Obvykle má nulový vodič méně
průřez než linkové vodiče.
V tomto případě se ze čtyřvodičového systému stane třívodičový třífázový systém. Takový systém se používá pouze se symetrickým zatížením, kdy v nulovém vodiči není žádný proud. V nepřítomnosti nulového vodiče se proudy vracejí přes lineární vodiče a neustále jsou do nich přerozdělovány.
Pro asymetrickou zátěž by měl být použit čtyřvodičový systém s nulovým vodičem, ve kterém bude protékat vyrovnávací proud rovný geometrickému součtu hodnot efektivních proudů v jednotlivých fázích. Pokud není nulový vodič nebo jeho přerušení s rovnoměrným zatížením, dojde k prudké změně napětí. Odpojení nulového vodiče s nerovnoměrným zatížením je nepřijatelné. Proto je nulový vodič vždy „slepý“, to znamená, že v něm nejsou instalovány žádné pojistky, spínače atd.
Pro bezpečnost údržby je nulový vodič uzemněn, pokud nedochází k pravidelnému monitorování izolačního odporu.
Proud tekoucí v každé jednotlivé fázi generátoru nebo spotřebiče se nazývá fázový proud. Proud v linkovém vodiči se nazývá linkový proud.
Při spojení hvězdičkou.
Při symetrické zátěži fázová napětí
Vektorový diagram pro tento případ:
Z diagramu vyplývá:
39 Vektorový diagram fázového a síťového napětí při spojení hvězdou Obr
Delta připojení.
Pokud je konec první fáze třífázového generátoru připojen k začátku druhé, konec druhé k začátku třetí a konec třetí k začátku první fáze, získat trojúhelníkové spojení.
Obr.40 Třífázový systém s trojúhelníkovým zapojením
Obr.41 Trojúhelníkové spojení
Lineární vodiče jsou připojeny ke spojům začátků a konců. Tím jsou tři vinutí generátoru zapojena do série a tvoří uzavřený obvod
Lineární a fázové napětí jsou stejné: .
Pro určení vztahů mezi fázovými a lineárními proudy nastavíme kladné směry proudů (obr. 40).
Ponechme rovnice podle prvního Kirchhoffova zákona pro okamžité hodnoty proudu v uzlových bodech přijímače A, B, C: pro uzel A
pro uzel B Odtud
A algebraický rozdíl v okamžitých hodnotách proudů bude odpovídat geometrickému rozdílu v jejich efektivních hodnotách:
Ze soustavy rovnic vyplývá:
každý linkový proud se rovná geometrickému rozdílu fázových proudů;
fázový proud, který je redukován, je ten, který má stejný kladný směr jako lineární proud, pokud vezmeme v úvahu
část obvodu: lineární drát – fáze spotřebitele; odpočitatelné
bude zde proud, který má kladný směr, opačný k lineárnímu proudu;
Obr.42 Vektorový diagram fázových a linkových proudů při spojení trojúhelníkem
Pro jakékoli hodnoty fázových proudů je geometrický součet proudů ve vedení roven nule ( ).
A z diagramu vyplývá: nebo
Obr.43 Zapojení elektrických lamp s trojúhelníkem
Při zvažování způsobů připojení do hvězdy a trojúhelníku je třeba mít na paměti, že spotřebitelé mohou být připojeni hvězdou nebo trojúhelníkem bez ohledu na připojení vinutí generátoru.
