دارة ثلاثية الطور | نظام النجمة والثلث
يوجد نوعان من الأنظمة المتاحة في الدائرة الكهربائية، وهما النظام أحادي الطور والنظام ثلاثي الطور. في الدائرة أحادية الطور، يوجد طور واحد فقط، أي أن التيار سيتدفق عبر سلك واحد فقط وسيكون هناك مسار عودة واحد يسمى الخط المحايد لإكمال الدائرة. لذا فإن كمية الطاقة التي يمكن نقلها في النظام أحادي الطور تكون أقل. هنا ستكون محطة التوليد ومحطة الحمل أيضًا أحادية الطور. هذا نظام قديم مستخدم منذ زمن.
في عام 1882، تم اختراع نظام متعدد الطور حيث يمكن استخدام أكثر من طور واحد لتوليد وإرسال وتوزيع الطاقة. نظام ثلاثي الطور هو نظام متعدد الطور يتم فيه إرسال ثلاثة أطوار معًا من المولد إلى الحمل.
كل طور له فرق طوري بمقدار 120o، أي زاوية كهربائية بـ 120o. لذا من إجمالي 360o، يتم تقسيم الثلاثة أطوار بالتساوي إلى 120o لكل طور. القوة في نظام ثلاثي الطور مستمرة لأن جميع الأطوار الثلاثة تشارك في توليد القوة الكلية. المنحنيات الجيبية لنظام ثلاثي الطور موضحة أدناه-
يمكن استخدام الثلاثة أطوار كأطوار أحادية كل منها. إذا كان الحمل أحادي الطور، يمكن أخذ طور واحد من نظام ثلاثي الطور واستخدام المحايد كأرض لإكمال الدائرة.
لماذا يُفضل نظام ثلاثي الطور على نظام أحادي الطور؟
هناك العديد من الأسباب لهذا السؤال لأنه يوجد العديد من المزايا لنظام ثلاثي الطور مقارنة بنظام أحادي الطور. يمكن استخدام نظام ثلاثي الطور كثلاثة خطوط أحادية الطور، وبالتالي يمكن أن يعمل كثلاثة أنظمة أحادية الطور. عملية توليد الطاقة في النظام ثلاثي الطور وفي النظام أحادي الطور هي نفسها في المولد باستثناء ترتيب ملفات المولد للحصول على فرق طوري بـ 120o. الموصل المطلوب في نظام ثلاثي الطور هو 75٪ من الموصل المطلوب في نظام أحادي الطور. كما أن القوة الفورية في نظام أحادي الطور تنخفض إلى الصفر كما يمكن رؤيته من المنحنى الجيبي ولكن في نظام ثلاثي الطور تعطي القوى الكلية من جميع الأطوار قوة مستمرة للحمل.
حتى الآن يمكننا القول إن هناك ثلاثة مصادر جهد متصلة معًا لتكوين دائرة ثلاثية الطور وهي موجودة في الواقع داخل المولد. المولد يحتوي على ثلاثة مصادر جهد تعمل معًا بفارق طوري بـ 120o. إذا استطعنا ترتيب ثلاثة دوائر أحادية الطور بفارق طوري بـ 120o، فسوف يصبح نظام ثلاثي الطور. لذا يجب أن يكون الفرق الطوري 120o وإلا لن يعمل الدائرة، ولن يتمكن الحمل ثلاثي الطور من الحصول على الطاقة وقد يتسبب ذلك في تلف النظام.
حجم أو كمية المعادن في الأجهزة ثلاثية الطور ليس لها فرق كبير. الآن إذا أخذنا في الاعتبار المحول، سيكون حجمه تقريبًا نفس الحجم لكل من النظام أحادي الطور والنظام ثلاثي الطور لأن المحول سيقوم فقط بربط التدفق. لذا سيكون نظام ثلاثي الطور أكثر كفاءة مقارنة بنظام أحادي الطور لأنه بالنسبة لنفس الكتلة أو القليل من الفرق في كتلة المحول، ستخرج ثلاثة خطوط بينما في النظام أحادي الطور سيكون هناك خط واحد فقط. وسيكون الخسائر أقل في نظام ثلاثي الطور. لذا بشكل عام، في الختام، سيكون نظام ثلاثي الطور أفضل وأكثر كفاءة مقارنة بنظام أحادي الطور.
في دائرة ثلاثية الطور، يمكن إعطاء الاتصالات باثنين من الأنواع:
اتصال نجمي
اتصال مثلثي
بشكل أقل شيوعًا، هناك أيضًا اتصال مثلث مفتوح حيث يتم استخدام محولين أحاديين الطور لتوفير تغذية ثلاثية الطور. عادة ما يتم استخدام هذه الأنظمة في حالات الطوارئ فقط، حيث تكون كفاءتها منخفضة مقارنة بأنظمة مثلث-مثلث (مثلث مغلق) (التي تستخدم أثناء العمليات القياسية).
اتصال نجمي
في اتصال نجمي، يوجد أربعة أسلاك، ثلاثة أسلاك هي أسلاك الطور والرابع هو المحايد الذي يتم أخذه من نقطة النجم. يُفضل الاتصال النجمي للتغذية الكهربائية على المسافات الطويلة لأنه يحتوي على نقطة محايدة. في هذا نحتاج إلى الوصول إلى مفهوم التوازن وعدم التوازن في التيار في النظام الكهربائي.
عندما يتدفق التيار نفسه عبر جميع الأطوار الثلاثة، فإنه يسمى تيار متوازن. وإذا لم يكن التيار متساويًا في أي من الأطوار، فإنه يسمى تيار غير متوازن. في حالة التوازن، لن يتدفق أي تيار عبر الخط المحايد ولن يكون هناك استخدام للطرف المحايد. ولكن عندما يكون هناك تيار غير متوازن يتدفق في دائرة ثلاثية الطور، فإن المحايد يلعب دورًا حاسمًا. فهو سيأخذ التيار غير المتوازن إلى الأرض ويحمي المحول. يؤثر التيار غير المتوازن على المحول وقد يتسبب أيضًا في تلفه، ولذلك يُفضل الاتصال النجمي للتغذية الكهربائية على المسافات الطويلة.
يتم عرض الاتصال النجمي أدناه-
في الاتصال النجمي، يكون الجهد الخط √3 ضعف الجهد الطوري. الجهد الخط هو الجهد بين طورين في دائرة ثلاثية الطور والجهد الطوري هو الجهد بين طور واحد والخط المحايد. والتيار هو نفسه للخط والطور. يتم عرض ذلك في المعادلة أدناه
اتصال مثلثي
في اتصال مثلثي، يوجد ثلاثة أسلاك فقط ولا يوجد طرف محايد. عادة ما يُفضل الاتصال المثلثي للمسافات القصيرة بسبب مشكلة التيار غير المتوازن في الدائرة. يتم عرض الشكل أدناه لاتصال مثلثي. في محطة الحمل، يمكن استخدام الأرض كمسار محايد إذا لزم الأمر.
في الاتصال المثلثي، يكون الجهد الخط هو نفسه الجهد الطوري. والتيار الخط هو √3 ضعف التيار الطوري. يتم عرض ذلك في المعادلة أدناه،
في دائرة ثلاثية الطور، يمكن ترتيب الاتصال النجمي والاتصال المثلثي بأربع طرق مختلفة:
اتصال نجمي-نجمي
اتصال نجمي-مثلثي
اتصال مثلثي-نجمي
اتصال مثلثي-مثلثي
لكن القوة مستقلة عن ترتيب الدائرة لنظام ثلاثي الطور. ستكون القوة الكلية في الدائرة هي نفسها في الاتصال النجمي والاتصال المثلثي. يمكن حساب القوة في دائرة ثلاثية الطور من المعادلة أدناه،
نظرًا
