Potenza in corrente trifase: alcune formule di calcolo e metodi di misura della potenza

Le correnti alternate e continue differiscono tra loro in molti parametri, e soprattutto in presenza di fasi nel primo tipo. Queste differenze sono associate a formule e metodi più complessi per il calcolo dei valori numerici delle quantità che caratterizzano la corrente alternata, inclusa la potenza della corrente trifase.

Caratteristiche dei circuiti trifase

Gli impianti elettrici che utilizzano la corrente trifase come fonte di alimentazione hanno due principali tipologie di collegamento: "stella" e "triangolo". Negli schemi che mostrano il collegamento di un'alimentazione trifase, è consuetudine designare le fasi utilizzando un insieme di lettere latine:

• A, B, C;
• o U, V, W.

E il cosiddetto neutro è designato dalla lettera N.

In pratica, molto spesso si ha a che fare con la necessità di calcolare la potenza di una corrente elettrica. Nel caso della corrente continua, questo problema viene risolto in modo estremamente semplice, moltiplicando la tensione e la corrente. Queste

i parametri non sono soggetti a variazioni nel tempo, quindi, il valore della potenza sarà invariato, poiché il sistema è bilanciato ed è costantemente in questo stato.

Una situazione completamente diversa si presenta quando è necessario calcolare la potenza di una corrente elettrica che cambia nel tempo in grandezza e direzione del flusso. L'esecuzione di tali calcoli richiede una conoscenza specializzata della natura della corrente alternata e delle sue caratteristiche.

La potenza della corrente trifase è calcolata come la somma dei singoli valori per ogni fase e espresso dalla formula:

A condizione che la rete sia caricata in modo uniforme, la potenza consumata da ciascuno di essi è definito come segue: . Cioè, questo valore in una fase separata si trova usando il prodotto delle corrispondenti tensioni e correnti per il coseno dell'angolo di fase.

E poiché il carico è distribuito equamente su ciascuna fase, le caratteristiche di potenza separatamente saranno uguali tra loro. Di conseguenza, la potenza di una rete trifase in questa situazione può essere trovata moltiplicando questo valore per 3, calcolato per una fase separata: .

Connessione a stella

L'uso di un tale circuito quando si collegano le fasi consente di bilanciare il sistema e ottenere la tensione totale nel punto della loro intersezione N uguale a zero. Nel caso di collegamento a stella, la corrente trifase è caratterizzata da due tipi di tensioni: fase e linea. La tensione di fase viene misurata tra una delle fasi (A, B o C) e il punto zero N, e la tensione lineare mostra il valore della differenza di potenziale tra le due fasi (A-B, B-C o A-C).

La relazione tra le tensioni e le correnti di linea e di fase con un tale schema di connessione è la seguente: e .

E conseguentemente, la caratteristica generale di potenza si trova con la formula:.

Schema di collegamento delta

Quando si collegano carichi in un circuito trifase secondo il principio del "triangolo", i valori delle tensioni lineari e di fase saranno gli stessi e le grandezze dell'intensità della corrente (lineare e di fase) sarà correlata dal rapporto:.

La formula risultante per la potenza di una corrente trifase con un carico uniforme su ciascuna fase in questa connessione sarà simile a .

Misurazione della potenza

Per misurare la potenza dei circuiti trifase, consentono wattmetri, dispositivi speciali progettati per questo scopo. Il loro numero e le modalità di collegamento dipendono dal circuito elettrico specifico: dalle sue caratteristiche e dagli schemi di collegamento del carico. Le reti trifase si distinguono per il numero di fili di alimentazione e la distribuzione del carico sulle fasi, ovvero:

• sistema a tre fili;
• sistema a quattro fili;
• carico uniforme;
• carico asimmetrico.

A seconda della variante della combinazione del sistema e del carico, viene determinato il metodo per misurare la potenza nella rete elettrica.

Carico simmetrico

Se il sistema è composto da quattro fili (3 fasi e "zero") e il carico è distribuito uniformemente tra fasi, quindi per conoscere il valore di potenza totale, è sufficiente avere un dispositivo per misurazioni. L'avvolgimento di corrente del wattmetro è collegato in serie a uno dei fili lineari e l'avvolgimento di tensione del dispositivo di misurazione è collegato tra i fili lineare e neutro. Questo tipo di connessione permette di conoscere il numero di watt per fase. E poiché il carico nel sistema è distribuito uniformemente, la potenza risultante della rete trifase si trova moltiplicando le letture ottenute per il numero di fasi, cioè per 3.

Nel caso di un sistema a tre fili, l'avvolgimento di tensione del dispositivo di misurazione è collegato alla tensione di linea della rete e il suo avvolgimento di corrente fa passare attraverso se stesso la corrente elettrica lineare. Pertanto, la potenza totale della rete sarà maggiore delle letture del wattmetro in una volta.

Distribuzione disomogenea dei consumatori

I circuiti con carichi di fase sbilanciati richiedono l'uso di diversi wattmetri per determinare la caratteristica di potenza. In un sistema composto da quattro fili, tre dispositivi devono essere collegati in modo tale che gli avvolgimenti di tensione di ciascuno siano collegati tra il filo neutro e una delle fasi. Il risultato complessivo si ottiene sommando le singole letture di ciascun wattmetro.

Un sistema a tre fili richiederà un minimo di due wattmetri per determinare la potenza dell'intero circuito. Gli avvolgimenti di tensione di ogni singolo wattmetro sono collegati alla pinza amperometrica in ingresso e al filo di linea libero rimanente. Si sommano le letture ottenute e si ricava il valore di questa grandezza per un circuito trifase. Questo schema elettrico per strumenti di misura si basa sulla prima legge di Kirchhoff.

Tali sfumature sono molto importanti quando si progetta una rete trifase per il settore privato. Inoltre, dovrebbero essere presi in considerazione durante la corretta manutenzione dei sistemi di alimentazione esistenti.