Capire la tensione trifase per selezionare una fonte di alimentazione CA

Differenza tra tensione alternata monofase e trifase

La maggior parte di noi ha familiarità con la tensione monofase fornita dall'azienda elettrica locale. Negli Stati Uniti, questa tensione è in genere di 120 V. Per la tensione monofase, la tensione è espressa come tensione da linea a neutro tra due conduttori di alimentazione (più una messa a terra di sicurezza). Il conduttore neutro è normalmente al potenziale di terra, mentre il conduttore di linea è una tensione CA sinusoidale con un valore RMS di 120Vac. Ciò significa che il picco della tensione CA si alterna da +169,7Vac a -169,7Vac ogni 16,667 msec sulla frequenza di rete statunitense di 60Hz. Per molti altri Paesi, i valori nominali sono invece di 230Vrms @ 50Hz (20 msec).

L'alimentazione monofase è limitata

La tensione monofase può erogare solo una certa quantità di potenza, poiché tutta l'energia deve essere erogata utilizzando i conduttori di linea e di neutro. Questo non è un problema per l'uso domestico, ma per l'uso industriale può essere necessaria una maggiore corrente per far funzionare macchine, motori, illuminazione e altri carichi ad alta potenza. In queste situazioni, è spesso auspicabile aumentare sia la tensione che la corrente per fornire questa maggiore potenza. Un'opzione è quella di utilizzare una connessione bifase, come quella presente in alcune abitazioni statunitensi per il funzionamento delle asciugatrici elettriche. Si tratta di un collegamento a fase divisa, in cui due fasi da 120 Vrms sono distanziate di 180°, fornendo il doppio della tensione da 120 VLN o 240 V Line-to-Line. In questo modo si raddoppia la potenza disponibile. La fase divisa non è comunemente utilizzata in Europa o in Asia, poiché la normale tensione di rete monofase è già compresa tra 220VLN e 240LN.

La tensione alternata trifase è generalmente utilizzata per carichi di potenza più elevati.

Facendo un ulteriore passo avanti, i carichi ad alta potenza vengono in genere alimentati utilizzando tre fasi. In questo modo, la corrente viene distribuita su tre invece che su un unico gruppo di fili, consentendo un cablaggio più piccolo e quindi meno costoso. Le tre sorgenti di tensione sono sfasate di 120° l'una rispetto all'altra per bilanciare le correnti di carico. Questo è illustrato nella Figura 2.

Come determinare le tensioni da linea a linea necessarie

Lo sfasamento di 120° tra ogni forma d'onda può essere effettuato in una delle due rotazioni di fase - A -> B -> C o A -> C -> B. La rotazione di fase non influisce sulla maggior parte dei carichi, ad eccezione dei motori CA trifase che gireranno in direzione opposta se la rotazione di fase viene modificata. Per cambiare la rotazione delle fasi è sufficiente scambiare due dei tre collegamenti di fase. Quando si utilizza una sorgente di alimentazione CA programmabile come la serie AFX, gli angoli di fase per le fasi B e C possono essere programmati rispettivamente a 120° e 240° o 240° e 120° per modificare la rotazione di fase. L'AFX consente anche di programmare gli squilibri di fase per studiare l'effetto delle variazioni di fase su un'unità in prova.

Rapporto tra Delta e Wye

Mentre la "normale" relazione di tensione trifase delta e wye è facilmente catturabile in una semplice formula, questa si applica solo con tensioni uguali tra linea e neutro, perfetto bilanciamento delle fasi e tensioni sinusoidali. In questo caso ideale, la relazione tra la tensione RMS da linea a neutro e la tensione RMS da linea a linea può essere espressa dalla seguente formula:

Questa relazione tra tensione di linea e neutro e tensione di linea è illustrata nel diagramma di fase di Figura 3.

La Figura 4 mostra due esempi tipici di configurazioni di tensione di rete trifase utilizzate negli Stati Uniti. In Europa e in Asia si utilizzano invece configurazioni a 220/380V o 230/400V. Il valore 120VLN per fase è equivalente alla somma vettoriale 208VLL:

_VLL = _120VLN * 1,732 = 207,_84VLL

Si noti che la configurazione della rete a triangolo a 480 V non prevede il collegamento del neutro e viene definita connessione a triangolo a 3 fili + terra. Per simulare questo tipo di rete con una sorgente di alimentazione CA, il carico trifase è collegato a triangolo solo tra le tre fasi di uscita, senza alcun collegamento al terminale di uscita neutro.

Questo rapporto di √3 è importante quando si utilizza una sorgente di alimentazione trifase programmabile, poiché tutte le sorgenti di alimentazione CA di tipo T&M sono programmabili solo nella tensione da linea a neutro.

Pertanto, se una qualsiasi delle condizioni indicate non è vera, non è possibile affidarsi a questa formula per determinare la tensione da linea a linea:

Tensioni VLN identiche su tutte e tre le fasi
Angoli di fase bilanciati sulle fasi B e C
Bassa distorsione, onda sinusoidale pura

Un piccolo sfasamento su una o più delle tre fasi può avere un impatto significativo sulle tensioni VLL, con conseguente squilibrio della corrente di carico. Una tensione distorta causata da un carico non lineare su una o più fasi può anche alterare le tensioni Line to Line.

Perché è importante?

Le sorgenti di alimentazione trifase programmabili sono dotate di angoli di fase regolabili e spesso supportano forme d'onda arbitrarie. Ciò significa che la relazione tra la tensione da linea a neutro e quella da linea a linea non è necessariamente "fissa". Di norma, tutti i generatori di corrente alternata trifase programmabili sono programmati in RMS da linea a neutro, indipendentemente dal tipo di carico (Delta o Wye). Pertanto, potrebbe essere necessario misurare effettivamente la tensione da linea a linea risultante, poiché il calcolo non è valido se non sono soddisfatte queste condizioni.

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Quando si testano carichi trifase, prestare molta attenzione ai parametri di tensione e fase quando si fanno ipotesi sulle tensioni Line to Line applicate all'unità in prova. Se avete bisogno di aiuto, contattate i nostri esperti di test via chat, e-mail o telefono.