8.1 : Circuiti Trifase

I sistemi di distribuzione dell'alimentazione CA hanno tre categorie: sistemi monofase, bifase e trifase. Il circuito monofase, comune negli ambienti residenziali, utilizza tipicamente un sistema a due fili che collega una singola sorgente CA a vari carichi. Questi circuiti supportano gli elettrodomestici standard che funzionano a 120 volt (V) e 240 V, come lampade, televisori e forni a microonde. I primi generatori, l'impianto idroelettrico delle Cascate del Niagara installato nel 1895, erano bifase e progettati da Nikola Tesla. Il sistema di alimentazione bifase è meno comune e il sistema a tre fili incorpora due sorgenti di tensione sfasate tra loro di 90 gradi.

Il sistema trifase a quattro fili è prevalente nelle applicazioni industriali. Questo sistema comprende tre sorgenti CA identiche in ampiezza e frequenza ma con una differenza di fase di 120 gradi tra loro. I carichi in un tale sistema possono essere collegati in una configurazione a Y (stella) o a triangolo (Δ).

Il vantaggio dei circuiti trifase risiede nella loro efficienza e stabilità. Forniscono potenza con pulsazioni inferiori rispetto ai sistemi monofase, con conseguente trasmissione di potenza più fluida e vibrazioni ridotte al minimo, un fattore cruciale per macchinari industriali come i motori a induzione. Un altro vantaggio è la ridotta quantità di materiale conduttore necessario per trasmettere una determinata quantità di potenza, che rende i sistemi trifase più convenienti rispetto alle loro controparti monofase.

Il rapporto tra le tensioni e le correnti di linea e di fase nei sistemi trifase collegati a Y è dato da:

E per i sistemi connessi in Δ:

Queste equazioni mostrano la relazione tra le tensioni e le correnti concatenate con quelle attraverso ciascuna fase, che è essenziale quando si calcola la potenza totale nei sistemi trifase. La potenza totale per entrambe le connessioni Y e Δ può essere trovata utilizzando:

dove ϕ è l'angolo del fattore di potenza, che influenza l'efficienza della trasmissione di potenza.