מערכת שלושה פאזה
הגדרה והמאפיינים של מערכות תלת-שלביות
מערכת תלת-שלבית מוגדרת כמערכת חשמלית המורכבת משנייה שלושה. בהגדרה זו, זרם חשמלי זורם בשלושה כבלים נפרדים, בעוד שצינור ניטרלי משמש כמסלול לפירוק זרם פגיעה בשלום לתוך האדמה. לחלופין, ניתן לתאר אותה כמערכת המנצלת שלושה כבלים למחזורים של ייצור, העברה ופיזור חשמל. בנוסף, מערכת תלת-שלבית יכולה לפעול כמערכת חד-שלבית על ידי הוצאת אחת מהשלבים יחד עם הצינור הניטרלי. במערכת תלת-שלבית מאוזנת, סכום הזרמים הקוים הוא בדיוק אפס, והשלבים מופרדים בזווית של 120º.
מערכת תלת-שלבית טיפוסית משתמשת בארבעה כבלים: שלושה מוליכים נושאי זרם ואחד צינור ניטרלי. חשוב לציין שהשטח החתך של המוליך הניטרלי הוא בדרך כלל חצי מזה של המוליכים החיוניים. הזרם בצינור הניטרלי שווה לסכום הווקטורי של זרמי הקו של השלושה שלבים. מבחינה מתמטית, הוא שווה ל-√3 פעמים רכיב הזרם ללא-שלב.
מערכות תלת-שלביות מציעות מספר יתרונות משמעותיים. בהשוואה למערכות חד-שלביות, הן דורשות פחות מוליכים, ומפחיתות את עלויות התשתית. הן גם מבטיחות אספקה מתמדת של חשמל למטען, ובכך מגבירות את האמינות של השירות החשמלי. בנוסף, מערכות תלת-שלביות מפורסמות באפקטיביות גבוהה יותר ובהפחתת הפסדי אנרגיה במהלך ההעברה והפעולה.
מתחים תלת-שלביים נוצרים בתוך גנרטור, ומייצרים שלושה מתחים סינוסואידליים בעלי עוצמה ומגמה זהה, אך מופרדים בזווית של 120º אחד מהשני. תקורה זו מספקת אספקה בלתי מתווכחת של חשמל. במקרה שבו שלב אחד במערכת נפגע, שני השלבים האחרים יכולים להמשיך לאספקת חשמל, תוך שמירה על שירותי חשמל חיוניים. חשוב לציין שבמערכת תלת-שלבית מאוזנת, העוצמה של הזרם בשלב מסוים שווה לסכום הווקטורי של הזרמים בשני השלבים האחרים, בהתאם לעקרונות תורת המעגל החשמלי.
ההבדל בין השלבים של 120º בין שלושת השלבים קריטי לתפעול הנכון והאמין של מערכת תלת-שלבית. ללא קשר זה הדוק, המערכת קשורה מאוד להרס, שיכול לגרום להפרעות באספקת החשמל, תקלות במתקנים וסכנות בטיחות אפשריות.
סוגי חיבורים במערכת תלת-שלבית
מערכות תלת-שלביות יכולות להיות מוגדרות בשני דרכים עיקריות: חיבור כוכב וחיבור דלתא. כל אחת מהשיטות הללו בעלת מאפיינים ושימושים מיוחדים, המפורטים להלן.
חיבור כוכב
החיבור הכוכבי, הידוע גם בשם חיבור Y, משתמש בארבעה כבלים: שלושה מוליכים שלביים ואחד מוליך ניטרלי. סוג חיבור זה особенно подходит для передачи электроэнергии на большие расстояния. Наличие нейтральной точки является ключевым преимуществом. Она служит путем для несбалансированных токов, позволяя им безопасно проходить к земле. Эффективно обрабатывая эти несбалансированные токи, соединение "звезда" помогает поддерживать общее равновесие электрической системы, снижая риск перегрузки и обеспечивая стабильную подачу электроэнергии на большие расстояния.
במערכת תלת-שלבית מחוברת בכוכב, ישנן שתי רמות מתח שונות זמינות: 230 וולט ו-440 וולט. ספציפית, המתח שנמדד בין מוליך שלבי יחיד לניטרלי הוא 230 וולט, בעוד שהמתח בין שני מוליכים שלביים הוא 440 וולט. תכונה זו של שני מתחים מקנה לחיבור הכוכב גמישות לשימוש במגוון רחב של יישומים חשמליים, המתאימה הן לצרכים ביתיים במתח נמוך והן לצרכים תעשייתיים במתח גבוה.
חיבור דלתא
בניגוד לכך, החיבור הדלתא משתמש בשלושה כבלים בלבד ולא כולל נקודה ניטרלית, כפי שמוצג בתמונה שלהלן. אחת מהמאפיינים המגדירים של חיבור הדלתא היא שהמתח הקו הוא זהה למתח השלב. תקורה זו מפשטת את ההגדרה החשמלית בנסיבות מסוימות, במיוחד כאשר ניתן לוותר על נקודה ניטרלית והעיצוב של המערכת נהנה מהשקילות הישירה בין מתח הקו למתח השלב.
חיבור מטענים במערכות תלת-שלביות
במערכת חשמלית תלת-שלבית, ניתן לחבר מטענים בצורה של כוכב (Y) או דלתא (Δ). שתי שיטות החיבור הללו בעלות מאפיינים חשמליים ושימושים שונים. הסכמות שלהלן מדגימות כיצד מתחברים מטענים תלת-שלביים בשני הסידורים, מנסחות את ההבדלים המבניים והתנהגויות החשמליות שלהם באופן ברור.
במערכת חשמלית תלת-שלבית, המטען יכול להיות מוגדר כמאוזן או לא מאוזן. מטען תלת-שלבי נחשב כמאוזן כאשר שלושת המטענים (מיוצגים על ידי trởות) Z1, Z2 ו-Z3 מראים מגמות ומגנות זהות. בתנאים מאוזנים אלה,不僅三个相电压保持相同的幅度，线电压也具有相同的幅度。这种电压和阻抗值的对称性使得电力操作更加稳定和高效，最大限度地减少了功率损耗，并确保系统中电能的均匀分布。
במערכת חשמלית תלת-שלבית, המטען יכול להיות מוגדר כמאוזן או לא מאוזן. מטען תלת-שלבי נחשב כמאוזן כאשר שלושת המטענים (מיוצגים על ידי trởות) Z1, Z2 ו-Z3 מראים מגמות ומגנות זהות. בתנאים מאוזנים אלה, לא רק שהמתחים שלביים נשמרים באותו הגודל, אלא גם המתחים בקו הם בעלי אותו גודל. הסימטריה הזו במתחים ובערכים של trởות מביאה לתפעול חשמלי יציב ואפקטיבי יותר, מפחיתה את הפסדי האנרגיה ומבטיחה הפצה אחידה של אנרגיה חשמלית במערכת.
