5. Configuraţii stea şi triunghi trifazate

Acasă » Curent alternativ » 10 - Circuite polifazate

Configuraţia stea (Y)

Acest tip de configuraţie este cel considerat până acum în secţiunile precedente. Aceasta se caracterizează prin existenţa unui punct comun tuturor surselor de tensiune.

Dacă redesenăm circuitul, folosind în loc de sursele de tensiune bobine, reprezentând înfăşurările generatorului, şi rearanjăm poziţia acestora, configuraţia devine mai aparentă.

Linii şi faze

Cei trei conductori ce pleacă de la sursele de alimentare (înfăşurări) înspre sarcină, poartă numele de „linii”, iar înfăşurările propriu-zise sunt denumite „faze”. Într-un sistem „Y” (stea), prezenţa conductorului neutru nu este obligatorie, deşi ajută la evitarea problemelor de potenţial în cazul în care una dintre sarcini este scoasă din funcţiune.

Tensiunea şi curentul de linie şi de fază

La măsurarea tensiunilor şi curenţilor într-un sistem trifazat, trebuie să fim atenţi ce şi unde anume măsurăm. Tensiunea de linie se referă la valoarea tensiunii măsurată între oricare doi conductori, într-un sistem trifazat echilibrat. În circuitul de sus, tensiunea de linie este aproximativ 208 V. Tensiunea de fază se referă la tensiunea măsurată la bornele oricărui component (înfăşurarea sursei sau impedanţa) într-un circuit trifazat. Acolo unde există fir neutru, putem spune că tensiunea de fază se măsoară între linie şi neutru. în circuitul de sus, tensiune de fază este de 120 V. Ambii termeni, tensiunea/curentul de linie şi tensiunea/curentul de fază au aceeaşi logică: primul se referă la tensiunea/curentul prin oricare dintre conductori (linie), iar celălalt la tensiunea/curentul prin oricare component.

Sursele şi sarcinile dintr-o configuraţie în stea au tot timpul tensiunile de linie mai mari decât tensiunile de fază, iar curenţii de linie egali cu cei de fază. Mai mult, dacă sursa sau sarcina este echilibrată, tensiunea de linie va fi egală cu produsul dintre tensiunea de fază şi radical de ordin doi din trei:

Configuraţia triunghi (Δ)

Un alt tip de configuraţie pentru sistemele de alimentare trifazate este configuraţia triunghi, denumită şi „delta”, după litera grecească Δ.

La o primă vedere, am putea presupune că sursele de tensiune astfel conectate, ar produce un scurt-circuit, din cauză că electronii sunt liberi să se deplaseze în jurul triunghiului neexistând o altă rezistenţă decât impedanţa internă a înfăşurărilor. Însă, datorită diferenţelor de fază dintre cele trei surse, acest lucru nu se întâmplă.

Aplicarea legii lui Kirchhoff pentru tensiune

Putem verifica acest lucru aplicând legea lui Kirchhoff pentru tensiune şi să vedem dacă suma tensiunilor din interiorul buclei formate din laturile triunghiului este într-adevăr zero. Dacă suma este zero, atunci nu va există nicio cădere de tensiune necesară pentru împingerea electronilor de-a lungul buclei, şi prin urmare, nu va exista nici curent şi nici posibilitatea apariţiei scurt-circuitului. Începând cu înfăşurarea de sus şi continuând în direcţie trigonometrică, expresia legii lui Kirchhoff pentru tensiune arată astfel:

Într-adevăr, suma acestor trei vectori este zero.

Deschiderea circuitului de alimentare

O altă metodă prin care putem demonstra că nu poate exista curent electric în jurul circuitului format de cele trei surse de alimentare (înfăşurări), este să „deschidem” bucla la unul dintre noduri, şi să calculăm diferenţa de potenţial (tensiunea) dintre cele două ramuri.

Începând cu înfăşurarea din dreapta şi continuând în sens trigonometric, ecuaţia legii lui Kirchhoff pentru tensiune arată astfel:

Rezultatul obţinut este într-adevăr zero, ceea ce înseamnă că nu va exista circulaţie de curent în bucla formată de triunghiul surselor de alimentare, atunci când circuitul este închis.

Tensiunea şi curentul de linie şi de fază

Datorită faptului că fiecare pereche de conductori, într-o configuraţie triunghi, este conectată direct la bornele unei singure înfăşurări, tensiunea de linie va fi egală cu tensiunea de fază. De asemenea, datorită faptului că fiecare conductor are un punct comun cu două înfăşurări, curentul de linie va fi suma vectorilor celor doi curenţi de fază.

Exemplu

Să luăm un circuit ca şi exemplu.

Căderea de tensiune pe fiecare rezistor va fi de 120 V, iar curentul fiecărei faza va fi de 83,33 A:

Comparaţie între sistemele trifazate stea şi triunghi

Un avantaj al utilizării configuraţiei triunghi, constă în lipsa firului neutru. În conexiunea stea, firul neutru este necesar pentru preluarea oricăror curenţi în cazul în care sarcina este dezechilibrată. Acest lucru nu este însă necesar (nici măcar posibil!) într-o configuraţie triunghi. Fiecare element fiind conectat direct la bornele sursei respective, tensiunea din circuit va fi aceeaşi indiferent de comportamentul individual al sarcinilor.

Probabil că cel mai mare avantaj a conexiunii triunghi este toleranţa sistemului în caz de defect. Defectarea uneia dintre înfăşurări nu va influenţa tensiunea sarcinii şi nici curentul!

Singura consecinţă al unui defect într-una dintre înfăşurări, pentru un sistem în configuraţie triunghi, este creşterea curentului de fază pentru înfăşurările rămase.

Să comparăm acest comportament cu cel al unui sistem în configuraţie stea, dar cu aceeaşi configuraţie sa sarcinii (triunghi).

Cu o sarcină în configuraţie triunghi (Δ), căderea de tensiune pe două dintre sarcini scade la jumătate (104 V), iar una dintre sarcini rămâne la tensiunea originală, 208 V. O sarcină în configuraţie Y, suferă şi mai mult de pe urma aceluiaşi defect al înfăşurării.

În acest caz, numărul sarcinilor ce suferă o reducere a tensiunii se ridică la două, iar căderea de tensiunea pe cea de a treia sarcină este zero! Din această cauză, sursele de tensiune în configuraţie triunghi (Δ) sunt preferate pentru fiabilitatea lor. Totuşi, dacă este necesară o tensiune duală (120/208), sau curenţi de linie mai mici, sunt preferate sistemele în conexiune stea (Y).