מעגל תלת פאזה | מערכת כוכב ודלתא

יש שני סוגים של מערכת זמינה במעגל חשמלי, מעגל חד פאזה ומערכת שלושה פאזות. במעגל חד פאזה יהיה רק פאזה אחת, כלומר הזרם יזרום דרך כבל אחד בלבד ויהיה מסלול חזרה אחד שנקרא קו ניטרלי כדי להשלים את המעגל. לכן במעגל חד פאזה ניתן להוביל כמות מינימלית של אנרגיה. כאן תחנת ההפקה והתחנה הנצרכת גם הם יהיו חד-פאזיים. זו מערכת ישנה שנמצאת בשימוש מהזמן הקודם.
בשנת 1882, נעשתה המצאה חדשה במערכת רב-פאזית, שבה ניתן להשתמש ביותר מפאזה אחת להפקה, העברת אנרגיה ולמערכת עומס. מעגל שלושה פאזות הוא מערכת רב-פאזית שבה שלוש הפאזות נשלחות יחד מהיוצר לעומס.

לכל פאזה יש הפרש פאזה של 120o, כלומר 120o מעלות חשמלית. כך שמתוך סך של 360o, שלוש הפאזות מחולקות באופן שווה ל-120o כל אחת. האנרגיה במערכת שלושה פאזות היא רציפה מכיוון שכל שלושת הפאזות מתנדבות להפיק את האנרגיה הכוללת. המגלים הסינוסואידליים למערכת שלושה פאזות מוצגים להלן-
שלושת הפאזות יכולות לשמש כפאזה אחת כל אחת. אם העומס הוא חד-פאזי, אז ניתן לקחת פאזה אחת מהמערכת שלושה פאזות ולהשתמש בקו הניטרלי כתיק אדמה כדי להשלים את המעגל.

מדוע מעדיפים שלושה פאזות על פני פאזה אחת?

ישנן סיבות רבות לכך כי ישנם מספר יתרונות מעל למעגל חד-פאזה. המערכת שלושה פאזות יכולה לשמש כשלושה קווים חד-פאזיים ולכן היא יכולה לפעול כשלושה מערכות חד-פאזיות. ההפקה בשלושה פאזות וההפקה בפאזה אחת זהה במגנט פרט לסדר התאורה במגנט כדי לקבל הפרש פאזה של 120o. הכבל הנדרש למעגל שלושה פאזות הוא 75% מהכבל הנדרש למעגל חד-פאזה. בנוסף, האנרגיה הרגעית במערכת חד-פאזה יורדת לאפס כפי שניתן לראות מהגרף הסינוסואידלי, אך במערכת שלושה פאזות האנרגיה הנטו מכל הפאזות מציעה אנרגיה רציפה לעומס.

עד כה ניתן לומר שיש שלושה מקורות מתח מחוברים יחד כדי ליצור מעגל שלושה פאזות ואכן זה בתוך המגנט. למגנט יש שלושה מקורות מתח שפועלים יחד בהפרש פאזה של 120o. אם נוכל לארגן שלושה מעגלים חד-פאזיים עם הפרש פאזה של 120o, הוא יהפוך למעגל שלושה פאזות. לפיכך הפרש פאזה של 120o הוא הכרחי אחרת המעגל לא יעבוד, העומס בשלושה פאזות לא יוכל לקבל אנרגיה פעילה וייתכן שהוא יגרום לנזק למערכת.

הגודל או כמות המתכת של התקנים בשלושה פאזות אינו שונה מאוד. עכשיו אם נתבונן בטרנספורמר, הוא יהיה בערך אותו הגודל הן עבור מעגל חד-פאזה והן עבור מעגל שלושה פאזות כי הטרנספורמר ייצור רק את החיבור של השדה המגנטי. לכן מערכת שלושה פאזות תהיה יעילה יותר בהשוואה למערכת חד-פאזה כי עבור אותו או מעט יותר משקל של טרנספורמר, קו שלושה פאזות ייצא בעוד שבמעגל חד-פאזה יהיה רק אחד. והאבדות יהיו מינימליות במעגל שלושה פאזות. לכן בסיכום, מערכת שלושה פאזות תהיה יעילה ומתקדמת יותר בהשוואה למערכת חד-פאזה.
בקו שלושה פאזות, ניתן לתת חיבורים בשני סוגים:

1. חיבור כוכבי

2. חיבור דלתא

לא נפוץ כל כך, יש גם חיבור דלתא פתוח שבו משתמשים בשני טרנספורמרים חד-פאזיים כדי לספק אספקה של שלושה פאזות. אלו בדרך כלל משמשים בתנאי חירום בלבד, מאחר שהיעילות שלהם נמוכה בהשוואה לחיבורים דלתא-דלתא (דלתא סגור) המשמשים במהלך הפעולה הסטנדרטית.

חיבור כוכבי

בחיבור כוכבי, יש ארבעה כבלים, שלושה הם כבלים פאזה ורביעי הוא ניטרלי שנקח מהנקודה הכוכבית. חיבור כוכבי מועדף להעברת אנרגיה למרחקים ארוכים כי יש לו נקודת ניטרל. כאן צריך להגיע לרעיון של זרם מאוזן ולא מאוזן במערכת אנרגיה.

כאשר זרם שווה יזרום בכל שלושת הפאזות, הוא נקרא זרם מאוזן. וכשלא יהיה זרם שווה באחת מהפאזות, הוא זרם לא מאוזן. במקרה זה, במצב מאוזן לא יהיה זרם הזורם בקו הניטרלי ולכן אין צורך בקצה הניטרלי. אבל כאשר יהיה זרם לא מאוזן הזורם במעגל שלושה פאזות, הקו הניטרלי ישחק תפקיד חשוב. הוא ייקח את הזרם לא מאוזן אל הקרקע ויגן על הטרנספורמר. זרם לא מאוזן משפיע על הטרנספורמר ועשוי לגרום לנזק לתוך הטרנספורמר ולזה חיבור כוכבי מועדף להעברת אנרגיה למרחקים ארוכים.
החיבור הכוכבי מוצג להלן-

בחיבור כוכבי, המתח הקו הוא √3 פעמים ממתח הפאזה. המתח הקו הוא המתח בין שתי פאזות במעגל שלושה פאזות ומתח הפאזה הוא המתח בין פאזה אחת לקו הניטרלי. והזרם הוא אותו הדבר עבור קו ומתח. זה מוצג כביטוי להלן

חיבור דלתא

בחיבור דלתא, יש שלושה כבלים בלבד ואין קצה ניטרלי. בדרך כלל חיבור דלתא מועדף למרחקים קצרים עקב בעיית הזרם לא מאוזן במעגל. הצורה מוצגת להלן עבור חיבור דלתא. בתחנת העומס, ניתן להשתמש באדמה כמסלול ניטרלי אם נדרש.

בחיבור דלתא, המתח הקו הוא אותו הדבר כמו המתח הפאזה. והזרם הקו הוא √3 פעמים מהזרם הפאזה. זה מוצג כביטוי להלן,

במעגל שלושה פאזות, ניתן לארגן חיבורי כוכב ודלתא בארבע דרכים שונות:

1. חיבור כוכב-כוכב

2. חיבור כוכב-דלתא

3. חיבור דלתא-כוכב

4. חיבור דלתא-דלתא

אבל האנרגיה היא עצמאית מהסדר של מעגל שלושה פאזות. האנרגיה הנטו במעגל תהיה אותו הדבר בחיבור כוכבי ודלתא. ניתן לחשב את האנרגיה במעגל שלושה פאזות מהמשוואה להלן,

מאחר ויש שלוש פאזות, נעשה כפל של 3 במשוואת האנרגיה הנורמלית והפקטור של הכוח הוא פקטור הכוח. פקטור הכוח הוא גורם חשוב מאוד במערכת שלושה פאזות ולפעמים בשל שגיאות מסוימות, הוא מתוקן באמצעות קONDENSRIM.

מקור: Electrical4u.

הצהרה: כבוד למקורי, מאמרים טובים ראויים לשיתוף, אם יש פגיעה בזכויות יוצרים נא צרו קשר למחיקה.