سیستم سه فازی

تعریف و ویژگی‌های سیستم‌های سه‌فاز

سیستم سه‌فاز به عنوان یک سیستم برقی تعریف می‌شود که از سه فاز تشکیل شده است. در این تنظیمات، جریان الکتریکی از طریق سه سیم مجزا می‌گذرد، در حالی که یک سیم خنثی به عنوان مسیری برای رهاسازی جریان خطا به زمین عمل می‌کند. یا می‌توان آن را به عنوان یک سیستم توصیف کرد که از سه سیم برای فرآیندهای تولید، انتقال و توزیع برق استفاده می‌کند. علاوه بر این، یک سیستم سه‌فاز می‌تواند به عنوان یک سیستم یک‌فاز با استخراج یکی از فازها همراه با سیم خنثی عمل کند. در یک سیستم سه‌فاز متعادل، مجموع جریان‌های خط دقیقاً صفر است و فازها با اختلاف زاویه‌ای ۱۲۰ درجه از هم جدا شده‌اند.

یک سیستم سه‌فاز نمونه از چهار سیم استفاده می‌کند: سه هادی حامل جریان و یک سیم خنثی. قابل ذکر است که مساحت مقطع سیم خنثی معمولاً نصف هادی‌های زنده است. جریان در سیم خنثی برابر با مجموع برداری جریان‌های سه فاز است. از نظر ریاضی، این مقدار برابر با √۳ برابر مؤلفه صفر فاز جریان است.

سیستم‌های سه‌فاز مزایای متعددی دارند. در مقایسه با سیستم‌های یک‌فاز، آنها به تعداد کمتری هادی نیاز دارند که هزینه‌های زیرساخت را کاهش می‌دهد. آنها همچنین تأمین برق پیوسته به بار را تضمین می‌کنند و قابلیت اطمینان خدمات برقی را افزایش می‌دهند. علاوه بر این، سیستم‌های سه‌فاز به دلیل کارایی بالاتر و کاهش ضایعات برق در انتقال و عملکرد معروف هستند.

ولتاژهای سه‌فاز در داخل یک ژنراتور تولید می‌شوند که سه ولتاژ سینوسی با اندازه و فرکانس یکسان ولی با اختلاف فاز ۱۲۰ درجه نسبت به یکدیگر ایجاد می‌کنند. این تنظیمات تأمین برق بدون وقفه را فراهم می‌کنند. در صورتی که یکی از فازهای سیستم مختل شود، دو فاز باقیمانده می‌توانند برق را ادامه دهند و خدمات برق ضروری را حفظ کنند. مهم است که بدانید در یک سیستم سه‌فاز متعادل، اندازه جریان در هر یک از فازها برابر با مجموع برداری جریان‌های دو فاز دیگر است که به اصول نظریه مدار الکتریکی منطبق است.

اختلاف فاز ۱۲۰ درجه بین سه فاز برای عملکرد صحیح و قابل اعتماد یک سیستم سه‌فاز ضروری است. بدون این رابطه فاز دقیق، سیستم بسیار آسیب‌پذیر است که می‌تواند منجر به اختلال در تأمین برق، خرابی تجهیزات و خطرات احتمالی ایمنی شود.

نوع‌های اتصال در سیستم سه‌فاز

سیستم‌های سه‌فاز می‌توانند به دو روش اصلی تنظیم شوند: اتصال ستاره‌ای و اتصال مثلثی. هر یک از این روش‌های اتصال ویژگی‌ها و کاربردهای متمایزی دارند که در ادامه توضیح داده شده‌اند.

اتصال ستاره‌ای

اتصال ستاره‌ای که به آن Y-اتصال نیز گفته می‌شود، از چهار سیم استفاده می‌کند: سه هادی فاز و یک هادی خنثی. این نوع اتصال به خصوص برای انتقال الکتریکی در فواصل طولانی مناسب است. وجود نقطه خنثی یک مزیت کلیدی است. آن به عنوان مسیری برای جریان‌های نامتعادل عمل می‌کند و اجازه می‌دهد آنها به طور ایمن به زمین جریان یابند. با مدیریت موثر این جریان‌های نامتعادل، اتصال ستاره‌ای به حفظ تعادل کلی سیستم برقی کمک می‌کند و خطر بارگیری بیش از حد را کاهش داده و تأمین برق پایدار را در فواصل طولانی تضمین می‌کند.

در یک سیستم سه‌فاز ستاره‌ای، دو سطح ولتاژ مختلف در دسترس است: ۲۳۰ وولت و ۴۴۰ وولت. به طور خاص، ولتاژ اندازه‌گیری شده بین یک هادی فاز و خنثی ۲۳۰ وولت است، در حالی که ولتاژ بین هر دو هادی فاز ۴۴۰ وولت است. این ویژگی دوولتاژی اتصال ستاره‌ای را برای کاربردهای مختلف الکتریکی انعطاف‌پذیر می‌کند و نیازهای همگن خانگی و صنعتی را برآورده می‌کند.

اتصال مثلثی

اتصال مثلثی، در مقابل، فقط از سه سیم استفاده می‌کند و نقطه خنثی ندارد، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است. یکی از ویژگی‌های تعریف‌کننده اتصال مثلثی این است که ولتاژ خط با ولتاژ فاز یکسان است. این تنظیمات در برخی موارد سیستم الکتریکی را ساده‌تر می‌کند، به ویژه وقتی که عدم وجود سیم خنثی قابل قبول است و طراحی سیستم از هم‌ارزی مستقیم ولتاژ خط و فاز بهره‌مند است.

اتصال بارها در سیستم‌های سه‌فاز

در یک سیستم الکتریکی سه‌فاز، بارها می‌توانند در یکی از دو تنظیم ستاره‌ای (Y) یا مثلثی (Δ) متصل شوند. این دو روش اتصال ویژگی‌های الکتریکی و کاربردهای متمایزی دارند. نمودارهای زیر نشان می‌دهند که چگونه بارهای سه‌فاز در تنظیمات مثلثی و ستاره‌ای متصل می‌شوند و نمای بصری واضحی از تفاوت‌های ساختاری و رفتارهای الکتریکی آنها ارائه می‌دهند.

در یک سیستم الکتریکی سه‌فاز، بار می‌تواند به عنوان متعادل یا نامتعادل دسته‌بندی شود. یک بار سه‌فاز وقتی متعادل تلقی می‌شود که سه بار فردی (با مقاومت‌های نشان داده شده) Z1، Z2 و Z3 هم اندازه و هم زاویه فاز داشته باشند. تحت شرایط متعادل، تمام ولتاژ‌های فازی اندازه یکسانی دارند و ولتاژ‌های خط نیز این ویژگی را دارند که اندازه یکسانی دارند. این تقارن در مقادیر ولتاژ و مقاومت به عملکرد الکتریکی پایدارتر و کارآمدتر منجر می‌شود، ضایعات برق را کاهش می‌دهد و توزیع یکنواخت انرژی الکتریکی در سراسر سیستم را تضمین می‌کند.