Prąd fazowy
Prąd przemienny ( AC ) – charakterystyczny przypadek
prądu elektrycznego okresowo zmiennego, w którym
wartości chwilowe podlegają zmianom w powtarzalny,
okresowy sposób, z określoną częstotliwością. Wartości
chwilowe natężenia prądu przemiennego przyjmują
naprzemiennie wartości dodatnie i ujemne (stąd nazwa
przemienny). Najczęściej pożądanym jest, aby wartośd
średnia cało- okresowa (tzn. składowa stała) wynosiła
zero.
Stosunkowo największe znaczenie praktyczne mają
prąd i napięcie o przebiegu sinusoidalnym. Dlatego też,
w żargonie technicznym często nazwa prąd przemienny
oznacza po prostu prąd sinusoidalny.
Napięcie fazowe - jest to napięcie, którego wartośd
wynosi 230V przy częstotliwości 50Hz w Polsce. Jest to podstawowa wartośd charakteryzująca
instalacje jednofazowe.
Prąd trójfazowy/wielofazowy
Układ kilku napięd źródłowych o jednakowej
częstotliwości, czyli synchronicznych,
przesuniętych względem siebie w fazie, nazywamy
układem wielofazowym.
Układ wielofazowy jest układem symetrycznym,
jeżeli wszystkie napięcia tego układu mają
jednakowe wartości skuteczne (lub amplitudy) i są
względem siebie przesunięte w fazie o taki sam kąt.
Układ trójfazowy symetryczny jest to układ napięd
źródłowych sinusoidalnych o jednakowej
częstotliwości, o jednakowych wartościach
skutecznych (oraz amplitudach),
przesuniętych kolejno w fazie co 2π/3 rad (120°).
Układy trójfazowe są powszechnie stosowane w energetyce ze względu na ekonomikę
i łatwośd wytwarzania, przesyłania i rozdziału energii elektrycznej oraz jej zamianę w energię
mechaniczną.
Napięcie międzyfazowe - Jest to napięcie, którego wartośd wynosi 400V przy 50Hz w Polsce. Jest to
podstawowa wartośd charakteryzująca intalacje trójfazowe. W przypadku ''symetrii'' watośd jest √3
większe od wartości napięcia fazowego.
Rysunek 2. Napięcia źródłowe wytwarzane w prądnicy
trójfazowej
Rysunek 1. Przebieg prąd przemiennego jednofazowego
Rysunek 4. Generator i odbiornik połączone w gwiazdę
(układ gwiazdowy)
Do wytwarzania napięd w układzie trójfazowym służą
prądnice (generatory) trójfazowe.
W prądnicy trójfazowej wyróżniamy stojan (stator) i wirnik
(rotor) pełniący rolę magneśnicy
i wirujący ze stałą prędkością kątową ω . Magneśnice prądnic
napędzanych turbinami
parowymi mają kształt walców o uzwojeniach umieszczonych
w żłobkach i tak dobranych,
aby otrzymad sinusoidalny rozkład indukcji w szczelinie
magnetycznej wzdłuż obwodu.
Na stojanie prądnicy dwubiegunowej znajdują się trzy jednakowe uzwojenia, przesunięte względem
siebie kolejno na obwodzie co 2π/3 rad (120°). Uzwojenia składają się
z szeregowo połączonych zwojów. Boki każdego zwoju znajdują się w dwóch przeciwległych żłobkach.
Podczas ruchu magneśnicy ze stałą prędkością kątową ω w uzwojeniach indukują się siły
elektromotoryczne (napięcia źródłowe) sinusoidalne:
– o jednakowej częstotliwości, ze względu na wspólną magneśnicę,
– o jednakowych amplitudach m E (i wartościach skutecznych), bo uzwojenia
poszczególnych faz są identyczne,
– o fazach przesuniętych co 2π/3 rad (120°), z uwagi na rozmieszczenie uzwojeo na
stojanie.
Połączenie trójkąt / gwiazda
W układzie trójfazowym odbiornik zawiera również trzy fazy, przy czym może byd on połączony w
gwiazdę lub w trójkąt.
W zależności od sposobu połączenia generatora i odbiornika można w układach trójfazowych
wyróżnid cztery rodzaje połączeo. Są to:
Rysunek 3. Uproszczony model prądnicy trójfazowej
Rysunek 5. Generator i odbiornik połączone w trójkąt (układ
trójkątny)
Przy połączeniu w gwiazdę mamy do dyspozycji trzy zaciski odpowiadające poszczególnym fazom i
czwarty zacisk zerowy, który może byd połączony z ziemią.
Współczynnik mocy
Moc czynną, bierną i pozorną można przedstawid graficznie w postaci trójkąta prostokątnego,
zwanego trójkątem mocy.
Z trójkąta tego wynika, że współczynnik mocy jest stosunkiem mocy czynnej do pozornej:
Odbiorniki prądu przemiennego pobierają ze źródła moc pozorną S, a oddają na zewnątrz moc czynną
P w postaci energii cieplnej lub mechanicznej. Współczynnik mocy cosφ jest więc miarą
wykorzystania energii.
W przypadku obciążenia czysto oporowego współczynnik mocy jest równy jedności. Co oznacza
przypadek idealny, ponieważ moc bierna jest równa zeru. W przypadku obciążenia czysto
indukcyjnego i czysto pojemnościowego udział rezystancji jest zerowy, a co za tym idzie współczynnik
mocy jest również zerowy. Każda inna wartośd współczynnika mocy (większa od 0 i mniejsza od 1)
oznacza, że przewody muszą nieśd więcej prądu, niż jest to potrzebne. Pociąga to za sobą
koniecznośd instalowania grubszych przewodów.
Rysunek 6. Generator połączony w trójkąt a odbiornik w gwiazdę
Rysunek 7. Generator połączony w gwiazdę a odbiornik w trójkąt
Moc czynna - W układach prądu przemiennego częśd mocy, którą odbiornik pobiera ze źródła i
zamienia na pracę lub ciepło.
Moc w układach jednofazowych:
- połączenie równoległe
- połączenie szeregowe
Moc w układach trójfazowych napięcie międzyfazowe jest pierwiastek z 3 razy większe niż napięcie
między fazą a przewodem neutralnym .
Moc bierna - Energia, która pulsuje między źródłem energii a odbiornikiem i nie jest zamieniana na
pracę. służy do wytworzenia pola elektromagnetycznego, niezbędnego do działania silników
indukcyjnych i transformatorów .
Moc pozorna - wielkośd fizyczna określana dla obwodów prądu przemiennego. Wyraża się ją jako
iloczyn wartości skutecznych napięcia i natężenia prądu .