三相回路 | スターアンドデルタシステム
電気回路には、電気回路に単相と三相システムの2種類があります。単相回路では、1つの相しかなく、つまり電流は1本の線だけを流れ、中性線という1つの戻り経路が回路を完成させます。そのため、単相では最小限の電力しか輸送できません。ここでの発電所と負荷所も単相になります。これは以前から使用されている古いシステムです。
1882年、多相システムに関する新しい発明があり、複数の相を使用して発電、送電、および負荷システムを行うことが可能になりました。 三相回路は、3つの相が一緒に発電機から負荷へ送られる多相システムです。
各相は120o、つまり120oの電気的な位相差を持っています。したがって、360oの合計から3つの相はそれぞれ120oに等しく分割されます。 三相システムの電力は、3つの相すべてが総電力を生成するため連続的です。3相システムの正弦波は以下の通りです-
3つの相はそれぞれ単相として使用できます。したがって、負荷が単相の場合、三相回路から1つの相を取り出し、中性線を接地として回路を完成させることができます。
なぜ三相が単相よりも好まれるのか？
この質問には様々な理由があります。単相回路に対して多くの利点があるからです。三相システムは3つの単相線として使用できるため、3つの単相システムとして機能します。三相発電と単相発電は、発電機内でのコイルの配置により120oの位相差を得ること以外は同じです。三相回路に必要な導体は、単相回路に必要な導体の75%です。また、単相システムでは正弦曲線から見て瞬時電力がゼロになるのに対し、三相システムではすべての相からの総電力が負荷に連続的に供給されます。
これまでのところ、三相回路を形成するために3つの電圧源が接続されており、実際にはこれが発電機内にあると言えます。発電機には120oの位相差で動作する3つの電圧源があります。もし120oの位相差を持つ3つの単相回路を並べることができれば、それは三相回路になります。したがって、120oの位相差は必須であり、そうでなければ回路は動作せず、三相負荷は活性化できず、システムに損傷を与える可能性もあります。
三相装置のサイズや金属量には大きな違いはありません。トランスフォーマーを考えると、単相と三相でほぼ同じサイズになります。なぜなら、トランスフォーマーは磁束の連結しか行わないからです。したがって、トランスフォーマーの質量にほとんど差がない場合でも、三相回路は単相回路よりも効率が高いです。そして、三相回路では損失が最小限に抑えられます。したがって、結論として、三相システムは単相システムよりも良い性能と高い効率を有しています。
三相回路では、接続は以下の2種類があります：
星形接続
三角形接続
さらに、オープンデルタ接続という方法もあります。これは2つの単相トランスフォーマーを使用して三相供給を行うものです。これらは一般的に緊急時のみ使用され、標準操作中に使用されるデルタ-デルタ（クローズドデルタ）システムと比較して効率が低いです。
星形接続
星形接続では、4本の線があります。3本は相線で、4番目は星点から取り出された中性線です。星形接続は、中性点を持っているため、長距離の電力伝送に適しています。ここで、電力系統における平衡と非平衡の電流について考えなければなりません。
すべての3つの相に等しい電流が流れるとき、それは平衡電流と呼ばれます。一方、いずれかの相で電流が等しくないとき、それは非平衡電流と呼ばれます。この場合、平衡状態では中性線には電流が流れませんので、中性端子は使用されません。しかし、三相回路で非平衡電流が流れる場合、中性線は重要な役割を果たします。それは非平衡電流を接地へと流し、トランスフォーマーを保護します。非平衡電流はトランスフォーマーに影響を与え、損傷の原因となる可能性があります。そのため、星形接続は長距離伝送に適しています。
星形接続は以下の通りです-
星形接続では、線間電圧は相電圧の√3倍です。線間電圧は三相回路における2つの相間の電圧であり、相電圧は一相と中性線間の電圧です。そして、線電流と相電流は同じです。以下の式で示されています
三角形接続
三角形接続では、3本の線だけで中性端子は取り出されません。通常、三角形接続は非平衡電流の問題により短距離に適しています。三角形接続の図は以下の通りです。必要に応じて負荷駅では接地を中性パスとして使用することができます。
三角形接続では、線間電圧は相電圧と同じです。そして、線電流は相電流の√3倍です。以下の式で示されています：
三相回路では、星形と三角形の接続は以下の4つの異なる方法で配置できます：
星形-星形接続
星形-三角形接続
三角形-星形接続
三角形-三角形接続
しかし、三相システムの回路配置に関わらず、電力は一定です。星形接続と三角形接続の両方で回路内の総電力は同じです。三相回路の電力は以下の式で計算できます：
3つの相があるので、通常の電力式に3を乗じ、PFは電力因数です。電力因数は三相システムにおいて非常に重要であり、時には特定の誤差により、コンデンサを使用して補正されることがあります。
