Zapojení hvězda a trojúhelník – jedná se o dva typy zapojení v třífázových obvodech. Zapojení do hvězdy je 4vodičový systém a zapojení do trojúhelníku je 3vodičový systém.
Než se pustíme do podrobností o zapojení do hvězdy, trojúhelníku a jejich srovnání, promluvme si více o jednofázové a třífázové elektřině.
Obsah
- Rozdíl mezi jednofázovými a třífázovými napájecími zdroji
- Co je to jednofázové napájení?
- Co je třífázové napájení?
- Rozdíl mezi jednofázovými a třífázovými napájecími zdroji
- Spojení hvězda a trojúhelník
- Hvězdné spojení
- Delta připojení
- Porovnání hvězdicových a trojúhelníkových zapojení
Rozdíl mezi jednofázovými a třífázovými napájecími zdroji
Téměř 90 % elektřiny, kterou v každodenním životě používáme, pochází z variabilního zdroje. Ať už se jedná o naše domácí spotřebiče, kancelářské vybavení nebo průmyslové vybavení, k napájení těchto zařízení používáme střídavý proud.
Pokud jste začátečník tak střídavý proudje druh elektřiny, ve kterém se elektrický proud periodicky mění, a to jak ve velikosti, tak ve směru. Navíc, v závislosti na aplikaci, střídavý proud může být dodáván buď v jednofázovém nebo třífázovém systému.
Jednofázový napájecí systém Střídavý proud se skládá ze dvou vodičů známých jako fázový a nulový vodič. U třífázového systému používáte k přenosu energie buď tři vodiče (u třívodičového, třífázového napájení není nulový vodič a všechny tři vodiče jsou fáze) nebo čtyři vodiče.
Pojďme nyní do detailů jednofázových a třífázových systémů a také se podívejme na rozdíl mezi jednofázovými a třífázovými napájecími zdroji.
Co je to jednofázové napájení?
Jak již bylo zmíněno dříve, v jednofázovém napájecím zdroji je energie distribuována pouze pomocí dvou vodičů nazývaných fázový a neutrální. Protože střídavý proud má formu sinusové vlny, napětí v jednofázové síti vrcholí při 90° během kladného cyklu a znovu při 270° během záporného cyklu.
Fázový vodič přenáší proud do zátěže a nulový vodič poskytuje zpětnou cestu pro proud. Typické jednofázové napětí je 220 V a frekvence je 50 Hz (v závislosti na tom, kde žijete).
Protože napětí v jednofázovém napájecím zdroji stoupá a klesá (špičky a poklesy), nelze do zátěže dodávat konstantní výkon.
Výhody jednofázového napájení
- Jedná se o velmi běžnou formu napájení pro nejmenší požadavky na napájení. Téměř všechny domácí elektrické systémy jsou jednofázové, protože domácí spotřebiče vyžadují malé množství energie pro provoz světel, ventilátorů, chladičů, ohřívačů, malých klimatizací atd.
- Návrh a provoz jednofázového elektrického systému je často jednoduchý.
- V závislosti na regionu stačí jednofázový výkon pro zátěže do 2500 W.
- Malé jednofázové motory (obvykle méně než 1 kW) nelze spustit přímo pomocí jednofázového napájení, protože pro motor není dostatečný rozběhový moment. Pro správnou funkci jsou tedy nutné další obvody, jako jsou spouštěče motorů (jako spouštěcí kondenzátory ve ventilátorech a čerpadlech).
- Těžké zátěže, jako jsou průmyslové motory, některá vysoce výkonná průmyslová topidla a další zařízení, nemohou pracovat na jednofázovém napájení.
Co je třífázové napájení?
Třífázové napájení sestává ze tří silových vodičů (nebo tří fází). Také v závislosti na typu obvodu (který jsou dva typy: hvězda a trojúhelník), můžete nebo nemusíte mít neutrální vodič. V třífázovém napájecím systému je každý signál střídavého napájení vzájemně fázově posunutý o 120 0 .
V třífázovém napájecím zdroji by během jednoho cyklu 360 0 každá fáze dosáhla své špičkové hodnoty napětí dvakrát. Navíc výkon nikdy neklesne na nulu. Tento konstantní tok energie a schopnost zvládat vyšší zatížení činí třífázový výkon vhodný pro průmyslové a komerční aplikace.
Jak již bylo zmíněno dříve, existují dva typy konfigurací obvodů v třífázovém napájecím zdroji. Tento Trojúhelník a hvězda. V konfiguraci trojúhelníku není nulový vodič a všechny vysokonapěťové systémy používají tuto konfiguraci.
Pokud jde o konfiguraci Wye, je zde nulový vodič (společná svorka/bod obvodu Wye) a zemnící vodič (někdy).
Napětí mezi dvěma fázemi v třífázovém napájecím zdroji je 380 V a mezi fází a nulovým vodičem je 220 V. Proto můžete zajistit tři jednofázové napájecí zdroje pomocí třífázového napájecího zdroje (jak se běžně dělá pro obytné a aplikace pro malé firmy).
POZNÁMKA. Je rozdíl mezi přímým třífázovým napájením a třífázovým napájením rozděleným do tří jednofázových napájecích zdrojů.
Výhody třífázového napájení
- Pro stejný výkon používá třífázový zdroj méně vodičů než jednofázový zdroj.
- Třífázové napájení je obecně preferovaným zdrojem pro komerční a průmyslové zátěže. I když v některých zemích (například ve většině evropských zemí) je i dodávka elektřiny pro domácnosti třífázová.
- Velmi snadno můžete provozovat velké zátěže.
- Velké třífázové motory (běžně používané v průmyslu) nevyžadují startér, protože fázový rozdíl v třífázovém napájecím zdroji bude dostatečný k zajištění dostatečného počátečního točivého momentu pro spuštění motoru.
- Téměř veškerá energie se vyrábí třífázově. Přestože koncept vícefázového napájení existuje, výzkum ukázal, že třífázový napájecí zdroj je ekonomičtější a snáze se vyrábí.
- Celková účinnost třífázového zdroje je vyšší ve srovnání s jednofázovým zdrojem při stejné zátěži.
Rozdíl mezi jednofázovými a třífázovými napájecími zdroji
Jednofázový systém sestává pouze ze dvou vodičů (drátů): jeden se nazývá fáze (někdy linkový, proudový nebo horký), kterým proud protéká, a druhý se nazývá nulový vodič, který funguje jako zpětná cesta k dokončení obvodu.
V třífázovém systému máme minimálně tři vodiče nebo dráty přenášející střídavé napětí. Je ekonomičtější přenášet energii pomocí třífázového napájecího zdroje ve srovnání s jednofázovým napájecím zdrojem, protože třífázový napájecí zdroj může přenášet třikrát více energie s pouhými třemi vodiči ve srovnání s dvouvodičovým jednofázovým napájecím zdrojem. .
V důsledku toho je většina elektřiny vyrobené a distribuované ve skutečnosti třífázová (ale většina domácností bude dostávat jednofázovou energii).
Pojďme nyní stručně zdůraznit hlavní body rozdílu mezi jednofázovými a třífázovými napájecími zdroji.
- V jednofázovém napájecím zdroji je energie dodávána prostřednictvím dvou vodičů nazývaných fázový a nulový vodič. U třífázového napájení je napájení dodáváno třemi vodiči (čtyři vodiče, pokud je součástí nulový vodič).
- Jednofázové napájecí napětí je 220 V a třífázové napájecí napětí je 380 V.
- Pro stejný příkon vyžaduje jednofázový zdroj více vodičů než třífázový zdroj.
- Účinnost třífázového zdroje je mnohem vyšší než u jednofázového zdroje a také vysílací výkon je větší.
- Protože jednofázové napájení používá pouze dva vodiče, celková složitost sítě je menší ve srovnání se čtyřvodičovým třífázovým zdrojem napájení (včetně nulového vodiče).
Spojení hvězda a trojúhelník
Třífázový napájecí systém lze organizovat dvěma způsoby. Jsou to: hvězda (také nazývaná Y) a trojúhelník (Δ).
Hvězdné spojení
V zapojení do hvězdy jsou 3-fázové vodiče připojeny ke společnému nebo hvězdnému bodu a nulový vodič se odebírá z tohoto společného bodu.
Pokud se používají pouze třífázové vodiče, pak se nazývá třífázový třívodičový systém. Pokud se také používá neutrální bod (což je často případ), pak se nazývá 3fázový 4vodičový systém. Následující obrázek ukazuje typické zapojení do hvězdy.
Delta připojení
V zapojení do trojúhelníku jsou pouze 3 vodiče pro rozvod a všechny 3 vodiče jsou fáze (v zapojení do trojúhelníku není nulový vodič). Následující obrázek ukazuje typické zapojení Delta.
Porovnání hvězdicových a trojúhelníkových zapojení
Pojďme se o těchto spojeních dozvědět více pomocí následujícího srovnání spojení hvězda a trojúhelník.
Hvězdicové připojení (Y)
Delta připojení (Δ)
Připojení do hvězdy je 4vodičové připojení (v některých případech je 4. vodič volitelný).
Zapojení do trojúhelníku je 3vodičové připojení.
K dispozici jsou dva typy systémů připojení do hvězdy: 4vodičový 3fázový systém a 3vodičový 3fázový systém.
V zapojení do trojúhelníku je možný pouze 3vodičový 3fázový systém.
Ze 4 vodičů jsou 3 vodiče pod napětím a 1 vodič je nulový (což je společný bod 3 vodičů).
Všechny 3 vodiče jsou fáze delta.
Při hvězdicovém zapojení je jeden konec všech tří vodičů připojen ke společnému bodu ve tvaru Y, takže všechny tři otevřené konce tří vodičů tvoří tři fáze a společný bod tvoří nulu.
Při zapojení do trojúhelníku je každý vodič spojen se dvěma sousedními vodiči ve tvaru trojúhelníku (Δ) a všechny tři společné spojovací body tvoří tři fáze.
Společný bod hvězdicového spojení se nazývá Neutrální.
V zapojení do trojúhelníku není žádný neutrál
Síťové napětí (napětí mezi libovolnými dvěma fázemi) a fázové napětí (napětí mezi jakoukoli fází a nulovým vodičem) se liší.
Síťové napětí a fázové napětí jsou stejné.
Síťové napětí se rovná trojnásobku fázového napětí, tzn. VL = √3VP. Zde VL je síťové napětí a VP je fázové napětí.
Síťové napětí se rovná fázovému napětí, tzn. VL = VP.
Při zapojení do hvězdy můžete použít dvě různá napětí, protože VL a VP jsou různé. Například v systému 220/380V je napětí mezi libovolným fázovým vodičem a nulovým vodičem 220V a napětí mezi libovolnými dvěma fázemi je 380V.
V zapojení do trojúhelníku získáme pouze jednu hodnotu napětí.
Síťový proud a fázový proud jsou stejné.
Síťový proud je trojnásobkem fázového proudu.
V zapojení do hvězdy IL = IP. Zde IL je proud ve vedení a IP je fázový proud.
V zapojení do trojúhelníku IL = √3 IP
Celkový třífázový výkon v zapojení do hvězdy lze vypočítat pomocí následujících vzorců.
P = 3 x VP x IP x Cos(Φ) popř
P = √3 x VL x IL x Cos(Φ)
Celkový třífázový výkon v zapojení do trojúhelníku lze vypočítat pomocí následujících vzorců.
P = 3 x VP x IP x Cos(Φ) popř
P = √3 x VL x IL x Cos(Φ)
Protože síťové napětí a fázové napětí jsou různé (VL = √3 VP), je izolace požadovaná pro každou fázi menší v zapojení do hvězdy.
V zapojení do trojúhelníku je napětí vedení a fáze stejné, proto je nutná dodatečná izolace jednotlivých fází.
Typicky se hvězdicové zapojení používá v přenosových i distribučních sítích (buď jednofázové nebo třífázové).
Zapojení do trojúhelníku se běžně používá v distribučních sítích.
Vzhledem k tomu, že je zapotřebí méně izolace, lze hvězdicové zapojení použít na delší vzdálenosti.
Na kratší vzdálenosti se používají trojúhelníkové spoje.
Hvězdicová spojení se často používají v aplikacích vyžadujících menší zapínací proud.
Trojúhelníkové spoje se často používají v aplikacích vyžadujících vysoký rozběhový moment.
