Trojfázový proud: některé vzorce pro výpočet a metody měření výkonu

Střídavý a stejnosměrný proud se od sebe liší v mnoha parametrech a zejména přítomností fází u prvního typu. Tyto rozdíly jsou spojeny se složitějšími vzorci a metodami pro výpočet číselných hodnot veličin charakterizujících střídavý proud, včetně výkonu třífázového proudu.

Charakteristika třífázových obvodů

Elektrické systémy využívající jako zdroj energie třífázový proud mají dva hlavní typy připojení: hvězda a trojúhelník. Ve schématech znázorňujících připojení třífázového napájení Je obvyklé označovat fáze pomocí sady latinských písmen:

• A, B, C;
• nebo U, V, W.

A takzvaný neutrál je označen písmenem N.

V praxi se poměrně často musíme potýkat s potřebou vypočítat výkon elektrického proudu. V případě stejnosměrného proudu se tento problém řeší extrémně jednoduše – násobením napětí a proudu. Tyto parametry se v průběhu času nemění, proto hodnota výkonu zůstane nezměněna, protože systém je vyvážený a je neustále v tomto stavu.

Zcela jiná situace nastává, když je potřeba vypočítat výkon elektrického proudu, který se v čase mění ve velikosti a směru toku. Provádění takových výpočtů vyžaduje speciální znalosti o povaze střídavého proudu a jeho vlastnostech.

Výkon třífázového proudu se vypočítá jako součet jednotlivých hodnot v každé fázi a vyrajaetsya vzorec:

Za předpokladu, že zatížení sítě je rovnoměrné, je výkon spotřebovaný každým z nich definován následovně: . To znamená, že tato hodnota na samostatné fázi se zjistí vynásobením odpovídajících napětí a proudů kosinusem úhlu fázového posunu.

A protože je zátěž rozložena rovnoměrně do každé fáze, budou si jednotlivé výkonové charakteristiky navzájem rovné. V důsledku toho lze výkon třífázové sítě v této situaci zjistit vynásobením této hodnoty vypočtené pro jednotlivou fázi 3: .

Hvězdné spojení

Použití takového obvodu při spojování fází umožňuje vyrovnat systém a získat celkové napětí v bodě jejich průsečíku N rovné nule. V případě zapojení do hvězdy je třífázový proud charakterizován dvěma typy napětí: fázovým a lineárním. Fázové napětí se měří mezi jednou z fází (A, B nebo C) a nulovým bodem N a lineární napětí ukazuje hodnotu rozdílu potenciálů mezi dvěma fázemi (A-B, B-C nebo A-C).

Vztah mezi lineárními a fázovými napětími a proudy s takovým schématem zapojení je následující: a.

a proto, obecnou výkonovou charakteristiku zjistíme podle vzorce: .

Schéma zapojení trojúhelníku

Při připojování zátěží v třífázovém obvodu podle principu „delta“ budou hodnoty lineárního a fázového napětí stejné a hodnoty proudu (lineární a fáze) budou stejné. bude souviset: .

Výsledný vzorec pro výkon 3fázového proudu s rovnoměrným zatížením každé fáze v tomto zapojení bude vypadat.

Měření výkonu

Wattmetry, speciální přístroje určené k tomuto účelu, umožňují měřit výkon třífázových obvodů. Jejich počet a způsoby připojení závisí na konkrétním elektrickém obvodu: jeho charakteristikách a schématu připojení zátěže. Třífázové sítě se vyznačují počtem napájecích vodičů a rozložením zátěže mezi fázemi, a to:

• třívodičový systém;
• čtyřvodičový systém;
• rovnoměrné zatížení;
• asymetrické zatížení.

V závislosti na kombinaci systému a zátěže je stanovena metodika měření výkonu v elektrické síti.

Symetrické zatížení

Pokud se systém skládá ze čtyř vodičů (3 fáze a „nula“) a zátěž je rovnoměrně rozdělena mezi fázemi, pak pro zjištění celkového množství energie stačí mít jedno měřicí zařízení. Proudové vinutí wattmetru je zapojeno do série s jedním z lineárních vodičů a napěťové vinutí měřicího zařízení je zapojeno mezi lineární a nulový vodič. Tento typ zapojení umožňuje zjistit počet wattů v jedné fázi. A protože zátěž v systému je rozložena rovnoměrně, výsledný výkon třífázové sítě se zjistí vynásobením získaných hodnot počtem fází, to znamená 3.

U třívodičového systému je napěťové vinutí měřicího zařízení připojeno k lineárnímu napětí sítě a jeho proudové vinutí prochází lineárním elektrickým tokem. Celkový výkon sítě tak bude několikanásobně větší než údaj wattmetru.

Nerovnoměrné rozložení spotřebitelů

Obvody s nesymetrickým zatížením fází vyžadují použití několika wattmetrů pro určení výkonových charakteristik. V systému sestávajícím ze čtyř vodičů musíte připojit tři zařízení tak, aby napěťová vinutí každého z nich byla zapojena mezi nulový vodič a jednu z fází. Celkový výsledek se zjistí sečtením jednotlivých odečtů každého wattmetru.

Třívodičový systém bude vyžadovat minimálně dva wattmetry k určení výkonu celého obvodu. Napěťová vinutí každého jednotlivého wattmetru jsou připojena ke vstupní proudové svorce a zbývajícímu volnému lineárnímu vodiči. Výsledné hodnoty se sečtou a získá se hodnota této hodnoty pro třífázový obvod. Tento obvod pro připojení měřicích přístrojů vychází z prvního Kirchhoffova zákona.

Takové nuance jsou velmi důležité při navrhování třífázové sítě pro soukromý sektor. Měly by být také brány v úvahu při správné údržbě stávajících napájecích systémů.