Најважније из лекције
Пренос енергије: Генератор (\(20\text{ kV}\)) \(\rightarrow\) Подизање напона (\(\approx 400\text{ kV}\)) \(\rightarrow\) Далеководи \(\rightarrow\) Трафостанице \(\rightarrow\) Дистрибуција (\(220\text{ V} / 380\text{ V}\)).
Трофазна струја: Три наизменичне ЕМС фазно померене за \(120^\circ\) (\(T/3\)). Укупан тренутни напон је нула.
Спреге и напони: Веза „у звезду” (4 проводника) даје фазни напон од \(220\text{ V}\) и међуфазни напон од \(380\text{ V}\). Веза „у троугао” користи 3 проводника.
Индукциони мотор: Трофазна струја на статору производи обртно магнетно поље које покреће ротор асинхроном брзином.
Трофазна струја: Три наизменичне ЕМС фазно померене за \(120^\circ\) (\(T/3\)). Укупан тренутни напон је нула.
Спреге и напони: Веза „у звезду” (4 проводника) даје фазни напон од \(220\text{ V}\) и међуфазни напон од \(380\text{ V}\). Веза „у троугао” користи 3 проводника.
Индукциони мотор: Трофазна струја на статору производи обртно магнетно поље које покреће ротор асинхроном брзином.
Електрична енергија се од електрана до потрошача преноси трансформацијом напона на различите нивоe ради смањења губитака.
У генераторима електрана индукује се наизменични напон од око \(20\text{ kV}\).
Трансформаторима у електрани напон се подиже на неколико стотина киловолти (нпр. \(400\text{ kV}\)) ради далеководног преноса уз минималне губитке енергије.
У трансформаторским подстаницама близу потрошача напон се снижава на десетак киловолти (\(\approx 10\text{--}13\text{ kV}\)), а затим на вредности потрошачке мреже.
Предности наизменичне струје: лако се трансформише на високе напоне (мањи губици при преносу) и лако се помоћу исправљача претвара у једносмерну струју.
Трофазна струја представља систем од три наизменичне струје (електромоторне силе) једнаких амплитуда и фреквенција, које су међусобно фазно померене за угао од \(120^\circ\) односно \(\frac{2\pi}{3}\text{ rad}\).
Фазни помак између узастопних фаза износи трећину периода:
\[ \Delta t = \frac{T}{3} \quad \left(\Delta \varphi = \frac{2\pi}{3} = 120^\circ\right) \]
Збир сва три напона у сваком тренутку једнак је нули:
\[ u_{\text{R}} + u_{\text{S}} + u_{\text{T}} = 0 \]
Калемови у трофазном генератору (алтернатору) симетрично су постављени под угловима од \(120^\circ\). Три фазе означавају се словима R, S и T.
Посебним начинима повезивања калемова генератора смањује се број проводника потребних за пренос трофазне струје са шест на четири или три.
1. Веза „у звезду”:
По један крај сваког од три калема спаја се у заједничку нулту тачку (0) из које полази нулти проводник („нула”). Са преостала три краја полазе фазни проводници (R, S, T). Потребно је укупно 4 проводника.
- Фазни напон (\(U_{\text{f}}\)): напон између било ког фазног проводника и нуле: \(U_{\text{f}} = 220\text{ V}\).
- Међуфазни / линијски напон (\(U_{\text{mf}}\)): напон између било које две фазе: \(U_{\text{mf}} = 380\text{ V}\).
- Кроз нулти проводник струја је једнака нули само ако су све три фазе симетрично (равномерно) оптерећене.
2. Веза „у троугао”:
Крај првог калема везује се за почетак другог, крај другог за почетак трећег, а крај трећег за почетак првог калема (затворено струјно коло). Из чворова полазе 3 фазна проводника.
Монофазна мрежа: користи трожилни кабл (фаза, нула и заштитно уземљење). Напон износи \(220\text{ V}\) и користи се за већину кућних апарата.
Трофазна мрежа: користи петожилни кабл (три фазе: R, S, T, нула и уземљење) или четворожилни (ако су нула и уземљење спојени).
Уземљење одводи вишак наелектрисања у земљу при преоптерећењу или електричном пробоју, штитећи кориснике од струјног удара. Директан контакт са фазним проводником је опасан по живот.
У домаћинствима се трофазни прикључак користи за снажније потрошаче попут електричних шпорета и ТА пећи, док је у индустрији незаменљив због већег напона (\(380\text{ V}\)) и веће снаге за погон машина.
Индукциони (асинхрони) мотор је електромотор који ради на принципу обртног магнетног поља, изум Николе Тесле из 1887. године.
Непокретни део са три калема прикључена на трофазни извор струје. Проласком струје кроз калемове ствара се обртно магнетно поље.
Покретни проводни цилиндар на осовини. Обртно магнетно поље индукује струје у ротору, а спрег магнетних сила га покреће на ротацију.
Мотор се назива асинхрони јер се ротор увек обрће нешто спорије од брзине обртног магнетног поља статора.
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Колики је фазни помак између напона две узастопне фазе у трофазном систему, и колико износи тренутни збир сва три фазна напона?
Фазни помак између две суседне фазе износи \(\Delta \varphi = 120^\circ\) (односно \(\frac{2\pi}{3}\text{ rad}\) или \(\frac{T}{3}\)). Збир сва три напона у сваком тренутку једнак је нули:
\[ u_{\text{R}} + u_{\text{S}} + u_{\text{T}} = 0 \]
Задатак 2 (средњи): Која је разлика између фазног и међуфазног напона у нисконапонској трофазној мрежи и колике су њихове вредности?
Фазни напон је напон између било ког фазног проводника (R, S или T) и нултог проводника, и његова ефективна вредност износи \(U_{\text{f}} = 220\text{ V}\).
Међуфазни напон је напон између било која два фазна проводника (нпр. између R и S), и његова вредност износи \(U_{\text{mf}} = 380\text{ V}\).
Међуфазни напон је напон између било која два фазна проводника (нпр. између R и S), и његова вредност износи \(U_{\text{mf}} = 380\text{ V}\).
Задатак 3 (средњи): Зашто се електрична енергија од електрана преноси далеководима под напоном од неколико стотина киловолти, уместо директно напоном потрошачке мреже?
При истој снази преноса (\(P = U \cdot I\)), повећањем напона \(U\) смањује се јачина струје \(I\) кроз проводнике. Пошто су Џулови топлотни губици на водовима сразмерни квадрату струје (\(P_{\text{gubici}} = I^2 \cdot R\)), пренос на високом напону драматично смањује губитке електричне енергије на великим удаљеностима.
Задатак 4 (тежак): Како се називају две основне спреге калемова трофазног генератора и колико је проводника минимално потребно за пренос струје у сваком од та два случаја? Под којим условом кроз нулти проводник не тече струја?
Два основна начина повезивања су:
- Веза „у звезду” – захтева 4 проводника (3 фазна: R, S, T и један нулти).
- Веза „у троугао” – захтева 3 проводника (спојени крајеви формирају затворену контуру).
