Sisteme de alimentare trifazate Circuite AC polifazate Manual electronic
Capitolul 10 - Circuite AC polifazice
Ce este sistemele de alimentare în fază divizată?
Sistemele de alimentare în fază divizată ating eficiența ridicată a conductorului și riscul scăzut de siguranță prin împărțirea tensiunii totale în părți mai mici și alimentarea sarcinilor multiple la acele tensiuni mai mici, în timp ce atrag curenți la niveluri tipice unui sistem de tensiune completă.
Apropo, această tehnică funcționează la fel de bine pentru sistemele de alimentare de curent continuu ca și pentru sistemele de curent alternativ monofazate. Astfel de sisteme sunt de obicei denumite sisteme cu trei fire, mai degrabă decât split-phase, deoarece „phase” este un concept limitat la AC.
Dar știm din experiența noastră cu vectori și numere complexe că tensiunile de curent alternativ nu se adaugă întotdeauna așa cum credem că ar fi dacă ar fi defazate între ele.
Acest principiu, aplicat sistemelor de alimentare, poate fi folosit pentru a produce sisteme de alimentare cu eficiență chiar mai mare a conductorilor și pericol de șoc mai mic decât în cazul fazei divizate.
Exemple
Două surse de tensiune de 120 ° în afara fazei
Să presupunem că am avut două surse de tensiune alternativă conectate în serie la fel ca sistemul în fază divizată pe care l-am văzut înainte, cu excepția faptului că fiecare sursă de tensiune a fost 120 ° defazată cu cealaltă: (Figura de mai jos)
Pereche de surse de 120 Vac, fazate la 120 °, similar cu faza divizată.
Deoarece fiecare sursă de tensiune este de 120 de volți și fiecare rezistor de sarcină este conectat direct în paralel cu sursa respectivă, tensiunea pe fiecare sarcină trebuie să fie de asemenea de 120 de volți. Având în vedere curenți de sarcină de 83,33 amperi, fiecare sarcină trebuie să disipeze încă 10 kilowați de putere.
Cu toate acestea, tensiunea dintre cele două fire „fierbinți” nu este de 240 volți (120 ∠ 0 ° - 120 ∠ 180 °) deoarece diferența de fază dintre cele două surse nu este de 180 °. În schimb, tensiunea este:
Nominal, spunem că tensiunea dintre conductorii „fierbinți” este de 208 volți (rotunjind în sus) și, astfel, tensiunea sistemului de alimentare este desemnată ca 120/208.
Dacă calculăm curentul prin conductorul „neutru”, constatăm că nu este zero, chiar și cu rezistențe de sarcină echilibrate. Legea actuală a lui Kirchhoff ne spune că curenții care intră și ies din nod între cele două sarcini trebuie să fie zero: (Figura de mai jos)
Sârmă neutră transportă un curent în cazul unei perechi de surse fazate la 120 °.
Constatări și concluzii
Deci, constatăm că firul „neutru” poartă un 83,33 amperi, la fel ca fiecare fir „fierbinte”.
Rețineți că transmitem încă 20 kW de putere totală către cele două încărcături, cu firul „fierbinte” al fiecărei încărcături transportând 83,33 amperi ca înainte.
Cu aceeași cantitate de curent prin fiecare fir „fierbinte”, trebuie să folosim aceiași conductori de cupru cu ecartament, deci nu am redus costurile de sistem față de sistemul 120/240 în fază divizată.
Cu toate acestea, am realizat un câștig în siguranță, deoarece tensiunea totală dintre cei doi conductori „fierbinți” este cu 32 de volți mai mică decât în sistemul cu fază divizată (208 volți în loc de 240 volți).
Trei surse de tensiune de 120 ° în afara fazei
Faptul că firul neutru transportă 83,33 amperi de curent ridică o posibilitate interesantă: întrucât transportă curent oricum, de ce să nu folosim cel de-al treilea fir ca un alt conductor „fierbinte”, alimentând un alt rezistor de sarcină cu o a treia sursă de 120 volți având un unghi de fază de 240 °?
În acest fel, am putea transmite mai multă putere (încă 10 kW) fără a mai fi nevoie să adăugăm conductori. Să vedem cum ar putea arăta acest lucru: (Figura de mai jos)
Cu o a treia sarcină fazată la 120 ° față de celelalte două, curenții sunt aceiași ca pentru două sarcini.
Calcule SPICE pentru sistem trifazat
O analiză matematică completă a tuturor tensiunilor și curenților din acest circuit ar necesita utilizarea unei teoreme de rețea, cea mai ușoară fiind Teorema superpoziției.
Vă voi scuti de calculele lungi, extrase, pentru că ar trebui să puteți înțelege intuitiv că cele trei surse de tensiune la trei unghiuri de fază diferite vor furniza 120 de volți fiecare la o triadă echilibrată de rezistențe de sarcină.
Pentru a demonstra acest lucru, putem folosi SPICE pentru a face calculele pentru noi: (Figura de mai jos, listarea SPICE: sistem de alimentare polifazată 120/208)
Circuit SPICE: Trei sarcini 3-Φ fazate la 120 °.
Destul de sigur, obținem 120 de volți pe fiecare rezistor de sarcină, cu (aproximativ) 208 de volți între oricare doi conductori „fierbinți” și curenți de conductori egali cu 83,33 amperi. (Figura de mai jos)
La acel curent și tensiune, fiecare sarcină va disipa 10 kW de putere.
Observați că acest circuit nu are un conductor „neutru” pentru a asigura o tensiune stabilă la toate sarcinile dacă ar trebui să se deschidă.