Συμμετρικά Συνιστώσες

Η Μέθοδος των Συμμετρικών Συστατικών

Σε ένα μη ισορροπημένο ηλεκτρικό σύστημα, οι τάσεις, οι ρεύματα και οι φασικές αντιστάσεις είναι συνήθως άνισες. Για την ανάλυση και λύση τέτοιων συστημάτων, η μέθοδος των συμμετρικών συστατικών, γνωστή επίσης ως τρισύνθετη μέθοδος, παρέχει μια αποτελεσματική προσέγγιση. Αυτή η τεχνική απλοποιεί τα περίπλοκα προβλήματα που σχετίζονται με τα μη ισορροπημένα τριφασικά συστήματα. Ενώ είναι εφαρμόσιμη σε συστήματα με οποιοδήποτε αριθμό φάσεων, χρησιμοποιείται κυρίως σε τριφασικά συστήματα.

Ο διαδικαστικός χαρακτηρίζεται από την επίλυση του μη ισορροπημένου τριφασικού συστήματος στα συμμετρικά του συστατικά και στη συνέχεια την επιστροφή των αποτελεσμάτων στο πραγματικό κύκλωμα. Τα συμμετρικά συστατικά κατηγορούνται σε τρία είδη: το θετικό ακολουθιακό συστατικό, το αρνητικό ακολουθιακό συστατικό και το μηδενικό φασικό συστατικό.

Θεωρούμε ένα μη ισορροπημένο σύστημα φασικών δυναμικών, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Υποθέτουμε ότι οι δυναμικοί συμβολίζονται ως Va, Vb και Vc, ακολουθώντας τη φασική ακολουθία Va, Vb, Vc. Για το θετικό ακολουθιακό συστατικό, η φασική ακολουθία παραμένει η ίδια ως Va, Vb, Vc. Αντίθετα, το αρνητικό ακολουθιακό συστατικό έχει φασική ακολουθία Va, Vc, Vb, η οποία είναι αντίθετη της φυσικής φασικής ακολουθίας.

Το θετικό ακολουθιακό συστατικό αποτελείται από ένα σύνολο τριών δυναμικών. Αυτά τα δυναμικά μοιράζονται αρκετές βασικές χαρακτηριστικές: έχουν ίση μέγεθος, είναι ομοιόμορφα διανεμημένα 120° μεταξύ τους και εμφανίζουν την ίδια φασική ακολουθία όπως τα αρχικά μη ισορροπημένα δυναμικά. Αυτό σημαίνει ότι, αν η φασική ακολουθία του αρχικού μη ισορροπημένου τριφασικού συστήματος είναι, για παράδειγμα, Va, Vb, Vc, τα θετικά ακολουθιακά συστατικά θα ακολουθούν επίσης την ακολουθία Va1, Vb1, Vc1 με την ίδια ακολουθία. Το παρακάτω σχήμα εικονικά παρουσιάζει το θετικό ακολουθιακό συστατικό ενός μη ισορροπημένου τριφασικού συστήματος, δείχνοντας την ομοιόμορφη μέγεθος και την ακριβή γωνιακή απόσταση των δυναμικών. Αυτό το συστατικό διαδραματίζει κρίσιμο ρόλο στην ανάλυση των ηλεκτρικών συστημάτων με τη μέθοδο των συμμετρικών συστατικών, καθώς αντιπροσωπεύει την ισορροπημένη, φυσιολογική συμπεριφορά μέσα στο διαφορετικά μη ισορροπημένο σύστημα.

Αρνητικό Ακολουθιακό Συστατικό

Το αρνητικό ακολουθιακό συστατικό αποτελείται από ένα σύνολο τριών δυναμικών. Αυτά τα δυναμικά έχουν διαφορετικές χαρακτηριστικές: έχουν ίδια μέγεθος, είναι γωνιακά χωρισμένα 120° μεταξύ τους και εμφανίζουν μια φασική ακολουθία που είναι αντίθετη των αρχικών μη ισορροπημένων δυναμικών. Για παράδειγμα, αν η φασική ακολουθία του αρχικού τριφασικού συστήματος είναι Va−Vb−Vc, το αρνητικό ακολουθιακό θα ακολουθεί την ακολουθία Va−Vc−Vb.

Αυτή η αντίστροφη φασική ακολουθία έχει σημαντικές επιπτώσεις στην ανάλυση των ηλεκτρικών συστημάτων, καθώς μπορεί να προκαλέσει μη ισορροπημένες φορτίες, αύξηση της θέρμανσης σε ηλεκτρικό εξοπλισμό και παλμούς της ροπής σε περιστρεφόμενη μηχανή. Το παρακάτω σχήμα παρέχει μια οπτική αναπαράσταση του αρνητικού ακολουθιακού συστατικού, υπογραμμίζοντας την ίση μέγεθος και την αντίκληρη (αντίθετη της φυσικής ακολουθίας) διάταξη των δυναμικών. Η κατανόηση της συμπεριφοράς του αρνητικού ακολουθιακού είναι κρίσιμη για τη διάγνωση και την αντιμετώπιση προβλημάτων σε μη ισορροπημένα τριφασικά ηλεκτρικά συστήματα.

Μηδενικό Φασικό Συστατικό

Το μηδενικό φασικό συστατικό χαρακτηρίζεται από ένα σύνολο τριών δυναμικών. Αυτά τα δυναμικά έχουν το ίδιο μέγεθος και, μοναδικά, δεν έχουν φασική μετατόπιση μεταξύ τους. Άλλωστε, όλα τα τρία δυναμικά στο μηδενικό φασικό συστατικό είναι ταυτόχρονα σε φάση, σε αντίθεση με τα θετικά και αρνητικά ακολουθιακά συστατικά όπου τα δυναμικά είναι χωρισμένα 120°. Αυτή η ιδιότητα του μηδενικού φασικού συστατικού έχει σημαντικές επιπτώσεις στην ανάλυση των συστημάτων ενέργειας, ιδιαίτερα σε περιπτώσεις που σχετίζονται με την ανίχνευση και προστασία από σφάλματα, καθώς μπορεί να δείχνει ανώμαλες συνθήκες όπως τα μονογραμμικά σφάλματα στο έδαφος.

Το παρακάτω σχήμα παρέχει μια σαφή οπτική αναπαράσταση του μηδενικού φασικού συστατικού, δείχνοντας πώς αυτά τα δυναμικά, ίσης μεγέθους, συμπίπτουν μεταξύ τους λόγω της έλλειψης γωνιακής απόστασης. Η κατανόηση της συμπεριφοράς και των χαρακτηριστικών του μηδενικού φασικού συστατικού είναι ουσιώδης για την ολοκληρωμένη ανάλυση των μη ισορροπημένων τριφασικών συστημάτων με τη μέθοδο των συμμετρικών συστατικών.