Háromfázis kör | Csillag és Delta rendszer
A elektromos áramkör két típusú rendszerrel rendelkezik, egyfázis és háromfázis rendszer. Az egyfázis áramkörben csak egy fázis van, azaz a áram csak egy vezetéken fog áramkolni, és van egy visszavezető út, amit neutrális vonalnak nevezünk, ami teljesíti az áramkört. Tehát az egyfázisban minimális mennyiségű energia szállítható. Itt a termelő és a terhelési állomás is egyfázis lesz. Ez egy régi rendszer, amit már korábban használtak.
1882-ben új találat történt a többfázis rendszerekkel, hogy több fázist is lehet használni a generáláshoz, továbbításhoz és a terhelési rendszerekhez. A háromfázis áramkör a többfázis rendszer, ahol három fázis küldhető össze a generátortól a terhelésig.
Minden fázis 120o-os fáziskülönbséggel rendelkezik, azaz 120o elektrikusan. Tehát a 360o-ból három fázis egyenlően osztva 120o-ra. A háromfázis rendszer teljesítménye folyamatos, mivel a három fázis is részt vesz a teljes teljesítmény előállításában. A 3 fázis rendszer szinuszos hullámait látjuk alább-
A három fázist egyszerre is egyfázisként használhatjuk. Tehát, ha a terhelés egyfázis, akkor egy fázist vehetünk a háromfázis áramkörből, és a neutrális vonalat használhatjuk földként, hogy teljesítsük az áramkört.
Miért preferálják a háromfázis rendszert az egyfázis rendszerhez képest?
Ehhez számos oka van, mivel a háromfázis rendszernek számos előnye van az egyfázis áramkörhöz képest. A háromfázis rendszert három egyfázis vonalként is használhatjuk, tehát három egyfázis rendszerként működhet. A háromfázis generálás és az egyfázis generálás ugyanaz a generátornál, kivéve a tekercsek elrendezése a generátorn belül, hogy 120o fáziskülönbséget kapjunk. A vezeték, amire szükség van a háromfázis áramkörben, 75%-a annak, amire az egyfázis áramkörben szükség van. Az egyfázis rendszer pillanatnyi teljesítménye nullára csökken, mint látható a szinuszos görbén, de a háromfázis rendszerben a fázisok közötti teljes teljesítmény folyamatosan szolgálja a terhelést.
Addig, ahogy most mondhatjuk, három feszüléforrás van összekötve, hogy egy háromfázis áramkört formáljanak, és valójában a generátoron belül található. A generátor három feszüléforrással rendelkezik, amelyek 120o fáziskülönbséggel működnek. Ha három egyfázis áramkört 120o fáziskülönbséggel rendezünk, akkor ez egy háromfázis áramkör lesz. Tehát a 120o fáziskülönbség szükséges, egyébként az áramkör nem működik, a háromfázis terhelés nem tud aktív lenni, és ez sérülhet a rendszert.
A háromfázis eszközök mérete vagy fémtartalma nincs nagy különbség. Most, ha a transzformert vesszük, majdnem ugyanolyan méretű lesz mind az egyfázis, mind a háromfázis esetén, mert a transzformátor csak a flux összekapcsolását fogja megvalósítani. Tehát a háromfázis rendszer magasabb hatékonyságot mutat, mint az egyfázis, mert ugyanazon vagy kis különbség mellett a transzformátor tömege, háromfázis vonal jön ki, míg az egyfázisnál csak egy. A háromfázis áramkörben a veszteségek is minimálisak. Tehát összességében a háromfázis rendszer jobb és magasabb hatékonyságot mutat, mint az egyfázis rendszer.
A háromfázis áramkörben két típusú csatlakoztatás adható:
Csillagkapcsolás
Delta-kapcsolás
Kevesebben, van még egy nyitott delta kapcsolás, ahol két egyfázis transzformátort használnak, hogy háromfázis ellátást adjanak. Ezek általában csak válságos helyzetekben használatosak, mivel hatékonyságuk alacsony a zárt delta (delta-delta) rendszerekhez képest (amelyeket normál működés során használnak).
Csillagkapcsolás
A csillagkapcsolásban négy vezeték van, három fázisvezeték és a negyedik a neutrális, amit a csillagpontból vezetnek. A csillagkapcsolást hosszútávú energiaátviteli rendszerek esetén preferálják, mert neutrális pontot biztosít. Ebben a helyzetben érdemes a kiegyensúlyozott és kevert áram fogalmához hozzávenni.
Amikor minden fázison egyenlő áram folyik, akkor ezt kiegyensúlyozott árnak nevezzük. Ha azonban bármely fázison az áram nem egyenlő, akkor kevert árról beszélünk. Ebben az esetben, kiegyensúlyozott állapotban nincs áram a neutrális vezetéken, így nincs szükség a neutrális terminálra. De ha a háromfázis áramkörben kevert áram folyik, a neutrális kulcsszerepet játszik. Földre irányítja a kevert áramot, és védje a transzformátort. A kevert áram hatással van a transzformátorra, és károsíthatja azt, ezért a hosszútávú átvitel esetén a csillagkapcsolást preferálják.
A csillagkapcsolás a következőképpen látható:
A csillagkapcsolásban a vonalfeszültség √3-szerese a fázisfeszültségnek. A vonalfeszültség a feszültség két fázis között a háromfázis áramkörben, a fázisfeszültség pedig a feszültség a fázis és a neutrális vonal között. Az áram ugyanaz a vonal és a fázis esetén. A következő képletben látható:
Delta-kapcsolás
A delta-kapcsolásban három vezeték van, és nincs neutrális terminál. Általában a rövid távolságok esetén preferálják a delta-kapcsolást, mert problémák merülhetnek fel a kevert áram miatt. A delta-kapcsolás rajzolása a következőképpen történik. A terhelési állomáson, ha szükséges, a földet használhatjuk neutrális útként.
A delta-kapcsolásban a vonalfeszültség megegyezik a fázisfeszültséggel. A vonaláram pedig √3-szerese a fázisáramnak. A következő képletben látható:
A háromfázis áramkörben a csillag- és delta-kapcsolást négy különböző módon lehet elrendezni:
Csillag-Csillag kapcsol
