Il sistema trifase non è trattato nel testo. Accenniamo brevemente all'argomento perché è un prerequisito per alcune attività della materia TPS e per lo studio dei motori in alternata.

Il sistema trifase è impiegato nella produzione, distribuzione e utilizzazione dell'energia elettrica dove, per ragioni tecniche ed economiche, è preferibile a quello monofase (a pari potenza il costo è minore). Il sistema trifase è più complicato, più pericoloso e utilizza componentistica più costosa di quello monofase quindi il suo impiego negli impianti in bassa tensione è giustificato solo nell'industria, nelle officine e nelle grandi utenze (scuole, uffici, ecc.) dove la potenza in gioco è medio-alta e dove vengono impiegati i motori asincroni trifase.

Da una fornitura trifase è possibile ricavare linee monofase adatte ad alimentare utenze monofase.

Nel sistema monofase sono presenti due conduttori, la fase è il neutro, tra i quali è presente una tensione sinusoidale di 230V efficaci a 50 Hertz. Il neutro, grazie a un collegamento a terra, ha un potenziale di 0 Volt.

Nel sistema trifase sono presenti tre conduttori di fase oltre al neutro (quest'ultimo non è sempre richiesto). Il potenziale del neutro è sempre 0 Volt e tra questo e le fasi sono presenti tre tensioni con le seguenti caratteristiche:

• forma d'onda sinusoidale
• stessa frequenza
• stessa ampiezza
• sfasate tra loro di 120°

Le ultime due condizioni sono vere solo nei sistemi simmetrici che comunque costituiscono la quasi totalità dei casi.

Vedi anche questo grafico interattivo.

Nei sistemi trifase si definiscono due terne di tensioni e due di corrente:

• le tensioni e₁, e₂, e₃ tra fase e neutro vengono chiamate tensioni stellate o di fase e in BT hanno un valore efficace di 230 Volt
• le tensioni v₁₂, v₂₃, v₃₁ tra una fase e l'altra sono dette concatenate o di linea e in BT hanno un valore efficace di 400 Volt
• le correnti i₁, i₂, i₃ che percorrono i conduttori della linea trifase sono chiamate correnti di linea; oltre a queste può essere presente la corrente del neutro i_N
• le correnti che percorrono le impedenze di un carico trifase sono dette correnti di fase

Un carico trifase è formato da tre impedenze; se le tre impedenze sono uguali tra loro il carico è detto equilibrato e le correnti che lo percorrono formeranno una terna equilibrata di correnti con:

• stesso valore efficace
• sfasamento di 120° tra una corrente e l'altra
• somma zero

I carichi trifase possono essere collegati a stella o a triangolo. In un carico a stella le tre impedenze sono collegate ai tre conduttori di fase e a un morsetto in comune (che va collegato al neutro se il carico è squilibrato). Nel carico a triangolo le tre impedenze sono collegate a due a due ai conduttori di fase.

Le tensioni concatenate e quelle stellate sono legate dalle relazioni:

`bar V_12=bar E_1- bar E_2`

`bar V_23=bar E_2- bar E_3`

`bar V_31=bar E_3- bar E_1`

Nei sistemi simmetrici per valori efficaci vale:

`V=sqrt(3)E`

Nei carichi a stella le tre impedenze sono sottoposte alle tensioni di fase. Le correnti - che sono sia di fase che di linea - si calcolano così:

`bar I_1= bar E_1/ bar Z_1`

`bar I_2= bar E_2/ bar Z_2`

`bar I_3= bar E_3/ bar Z_3`

`bar I_N= bar I_1 + bar I_2 + bar I_3`

Nei carichi a stella equilibrati le tre correnti hanno lo stesso valore efficace:

`I=E/Z`

e la corrente sul neutro vale zero; per questo il conduttore del neutro è omesso nei carichi equilibrati.

Nei carichi a triangolo le tre impedenze sono sottoposte alle tensioni concatenate. Le correnti di fase si calcolano così:

`bar I_12= bar V_12/ bar Z_12`

`bar I_23= bar V_23/ bar Z_23`

`bar I_31= bar V_31/ bar Z_31`

Le correnti di linea invece valgono:

`bar I_1 = bar I_12 - bar I_31`

`bar I_2 = bar I_23 - bar I_12`

`bar I_3 = bar I_31 - bar I_23`

Se il carico a triangolo è equilibrato le correnti di fase hanno lo stesso valore efficace:

`I_F=V/Z`

anche le correnti di linea hanno lo stesso valore efficace che si calcola così:

`I_L = sqrt(3) I_F`

In presenza di carichi squilibrati si sommano le potenze delle tre fasi:

`P=P_1 + P_2 + P_3`

`Q=Q_1 + Q_2 + Q_3`

`S=sqrt(P^2 + Q^2)`

Nel caso più semplice di carichi equilibrati le potenze si calcolano così:

`P=sqrt(3)VIcos varphi`

`Q=sqrt(3)VIsin varphi`

`S=sqrt(3)VI`

dove V e I sono i valori efficaci delle tensioni concatenate e delle correnti di fase e φ è lo sfasamento tra tensioni e correnti riferito alle tre impedenze.

Nella quasi totalità dei casi i sistemi trifase sono simmetrici (ad esempio quello fornito dal gestore di energia) e i carichi trifase sono equilibrati (ad esempio un motore asincrono).

In bassa tensione il sistema trifase viene distribuito con quattro conduttori; questo permette di alimentare carichi trifase di qualunque tipo (equilibrati e squilibrati) e di derivare linee monofase a 230 Volt utilizzando uno dei conduttori di fase e il neutro (in questo caso le varie linee monofase si comportano come un carico trifase squilibrato).

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