سیستم سه فاز

در نیروگاه های برق یک ژنراتور الکتریکی توان مکانیکی را به یک دسته از جریان های الکتریکی متناوب تبدیل می کند که از هر کدام از سیم پیچ های الکترومغناطیسی یا سیم پیچ های ژنراتور تولید می شوند. جریان ها همگی توابعی سینوسی از زمان هستند و همگی دارای فرکانسی مشابه اما با زاویه های فاز متفاوت.

در كشورهاي صنعتي، سه فاز روش عمومي انتقال توان سه فاز است. اين سيستم در وقع نوعي از سيستم چند فاز است.
در نيروگاه هاي برق يك ژنراتور الكتريكي توان مكانيكي را به يك دسته از جريان هاي الكتريكي متناوب تبديل مي كند كه از هر كدام از سيم پيچ هاي الكترومغناطيسي يا سيم پيچ هاي ژنراتور توليد مي شوند. جريان ها همگي توابعي سينوسي از زمان هستند و همگي داراي فركانسي مشابه اما با زاويه هاي فاز متفاوت.
در يك سيستم سه فاز، زاويه ها داراي اختلاف 120 درجه اي (كه حداكثر جداسازي ممكن بين زاويه هاست) هستند. فركانس معمولاً در اروپا 50 هرتز و در ايالات متحده 60 هرتز است )سه فاز معمولاً توسط رنگ ها نشانه گذاري شده اند، كه به طور سنتي قرمز، زرد و آبي هستند.
خروجي ولتاژ ژنراتورها از چند صد ولت تا بالاي 20000 ولت تغيير مي كند. اين ولتاژ معمولاً توسط يك ترانسفورماتور به يك سطح ولتاژ بالاتري تبديل مي شود. علت اين افزايش ولتاژ هم كاهش تلفات است. توان برابر حاصلضرب ولتاژ و جريان است، بنابراين براي يك توان داده شده اگر شما ولتاژ را افزايش دهيد جريان كاهش مي يابد. تلفات گرمايي در يك خط انتقال با مجذور جريان متناسب است و در نتيجه اگر شما جريان را نصف كنيد، تلفات يك چهارم مي شود. به همين علت برخي از خطوط انتقال در سطح ولتاژي بيش از 500،000 ولت كار مي كنند.
در انتهاي خط انتقال، يك پست برق يا يك ترانسفورماتور، برق را از ولتاژ زياد خطوط انتقال به سه جريان متغير سينوسي با ولتاژ 120 ولت (در ايالات متحده) يا 230 ولت (در اروپا) جريان متناوب (Vac) تبديل مي كند. سپس اين برق از طريق چهار سيم به مدارات مصرف كننده ها در يك تابلوي فرمان اصلي، ارائه مي شود. يكي از سيم ها خنثي است يا در منبع برق زمين شده است، فازها يا سه خط ديگر، برق را به نقطه مقصد يا ترانسفورماتورهاي تغذيه مي رسانند. با برقراري اتصال بين يك فاز و سيم خنثي، ولتاژي معادل 120 ولت متناوب (يا 230 ولت متناوب) براي مدار متصل شده فراهم مي شود.
شبكه انتقال توان به گونه اي طراحي شده است كه هر فاز اندازه جرياني برابر را از خود عبور دهد، همه جريان هاي برگشتي از مناطق مسكوني مصرف كننده ها به نيروگاه، در جريان سيم خنثي سهيم هستند، اما سيستم سه فاز تضمين مي كند كه جمع جريان هاي برگشتي تقريباً صفر است.
اتصال بين دو فاز ولتاژي معادل 3√ يا 73/1 برابر ولتاژ تك فاز را ايجاد مي كند (208 ولت متناوب در ايالات متحده، 400 ولت متناوب در اروپا). شكل موج هاي داراي اختلاف فاز، با يكديگر جمع مي شوند تا يك پيك ولتاژي بالاتري را در شكل موج نهايي ايجاد كنند. چنين اتصالي را اتصال خط به خط مي نامند و معمولاً با يك مدار شكن دو قطب صورت مي گيرد. از اين نوع اتصال بيشتر براي گرمكن ها مانند يك گرمكن قرنيزي 2 كيلو وات و 208 ولت، استفاده مي كنند.
ولتاژهاي استاندارد ديگر موجود در آمريكاي شمالي شامل ولتاژهاي 240 ولت فاز به فاز، 277/480 ولت و 347/600 ولت مي شود. ولتاژ فاز به زمين (سطح ولتاژ پايين تر) دو مورد آخر عموماً تنها براي روشنايي به كار مي رود. ولتاژ 600 ولت در كانادا بسيار بيشتر از آمريكا، معمول است.
در موتورهاي سه فاز يا هواسازهاي كارا (براي مثال اكثر بخش هاي York كه بالاي 5/2 تن هستند، سه فاز اند) هر سه فاز برق مورد استفاده قرار مي گيرد چرا كه اين بهترين راه انتقال مقادير بزرگ توان الكتريكي است. گفتني است كه راه اندازي موتور، توان بيشتري را نياز دارد.
برخي دستگاه هايي ساخته شده اند كه يك سه فاز مصنوعي را از يك برق تك فاز تپ ـ وسط (240 ولت متناوب در ايلات متحده، با تفكيك زاويه 180 درجه) ايجاد مي كنند. اين عمل با ايجاد يك "زير فاز" سوم بين دو قطب انجام مي شود كه منجر به يك تفكيك فاز 90=90-180 درجه اي مي شود. بسياري از دستگاه هاي سه فاز بر اين اساس كار مي كنند، اما با يك فركانس پايين تر.
برخي اوقات برق تك فاز تپ ـ وسط240 ولت متناوب، به غلط برق "دو فاز" خوانده مي شود. بايد توجه شود كه يك سيستم دو فاز سيستمي است كه در آن دو ولتاژ داراي اختلاف 90 درجه اي هستند. براي مثال، اگر يكي از ولتاژها برابر
Cos 2п) * 60t)
و ديگري
sin 2п) * 60t)
است، آنگاه شما يك سيستم دو فاز داريد كه به عنوان سيستم عمود (يكي به عنوان بخش حقيقي و ديگري به عنوان بخش موهومي در نظر گرفته مي شود) نيز شناخته مي شود. يك سيستم دو فاز به ازاي 120 ولت متناوب خط به خنثي تقريباً ولتاژي معادل 7/169 ولت متناوب خط به خط را ايجاد مي كند.
سيستم هاي دو فاز تنها براي توان بالا به كار مي روند چرا كه آنها نياز به سيم هايي به همان تعداد سيم ها ي ارتباطي اتصال مثلث سه فاز دارند (براي مثال يكي براي سينوس، يكي براي كسينوس و يك سيم مشترك) و نيز سيستم دو فاز مقدار انرژي يكسان را در هر يك از سه سيم توزيع نمي كند (اگر چه سينوس و كسينوس متعادل اند، اما سيم خنثي مانند دو تاي ديگر نيست). گفته مي شود كه يك سيستم دو فاز توان مختلط ايجاد مي كند و چنين سيستم هايي در ولتاژهاي پايين تر به كار مي روند (براي مثال براي كاربردهاي ارتباطي، يا راه انداختن موتورهاي پله اي و مانند اين) و عموماً در سطح توان هاي بالا توزيع نشده اند.
در عمل، اگر ما فازورهاي يك سيستم دو فاز يا سه فاز را حول دايره واحد در صفحه مختلط رسم كنيم، داراي يك نوع از توان مختلط خواهيم بود.
يك سيستم فاز شكسته (تپ ـ وسط) 240 ولت متناوب، وقتي كه به صورت فازورها روي صفحه مختلط رسم شود، مي تواند كاملاً در طول محور حقيقي وجود داشته باشد. در واقع، اين كمبود قابليت توان مختلط است كه توانايي يك سيستم تغذيه را براي توليد يك ميدان دوار مغناطيسي تضعيف مي كند و اين ميدان دوار مغناطيسي است كه موجب گردش موثر موتورها مي شود. چنين برقي (فاز شكسته) براي گرمايش خوب است، اما مثلاً براي گرداندن يك هوا ساز خيلي بهتر است تا از توان مختلط استفاده كنيم.

چگونه تغذيه سه فاز را امتحان كنيم

يك تغذيه سه فاز الكتريكي شامل سه هادي فعال و يك زمين مي شود.
اگر كه تغذيه الكتريكي يك موتور القايي سه فاز بين پارامترهاي معيني نباشد، نمي تواند به درستي كار كند. اين پارامترهاي نوعي مانند مقابل اند: 208 يا 415 ولت بين فازها، 120 يا 240 ولت بين هر فاز و زمين، خطاي ولتاژ كمتر از 12 درصد مقادير نامي و اختلاف ولتاژ هر فاز كمتر از 5 درصد فاز ديگر.
در يك مدار موتور القايي سه فاز نوعي، يك مكان مناسب براي آزمايش در طرف خط راه انداز مستقيم موتور است.

چگونه دستگاه ها ي سه فاز را امتحان كنيم

دستگاه هاي سه فاز نظير پمپ ها، كمپرسورها، و ... بايستي فازهايشان به ترتيب درستي وصل شود تا از خرابي آنها جلوگيري شود. اين دستگاه ها عموماً هنگامي كه به اشتباه وصل شوند جريان كمتري را مي كشند و مي توانند به آساني توسط يك آمپروب (گيره روي آمپر متر) براي ميزان جرياني كه از شبكه مي كشند امتحان شوند.
براي مثال آزمايش يك هوا ساز كه داراي يك كمپرسور است، مي توان فهميد كه اگر اين وسيله به صورت غلطي به برق سه فاز متصل شود، جريان بسيار كمي را خواهد كشيد و بنابراين جاي هر كدام از دو سيم برق را مي توان براي تغيير فازها عوض كرد.
موتورهاي جيبي كوچكي وجود دارند كه از جهت چرخش آنها مي توان براي تشخيص توالي فازها استفاده كرد. اين موتورها گران هستند. يك جايگزين ارزا نتر استفاده از سه لامپ نئون و ديدن اينكه توالي فاز يا روشن شدن لامپ ها در چه جهتي مي چرخد، است.
موضوعاتي شامل آزمايش مقاومت سيم پيچ موتور و آزمايش مقاومت خطاي زمين بيان شده اند.

پريزهاي الكتريكي سه فاز

برق سه فاز را مي توان با استفاده از يك پريز سه فاز يا با سه تايي كردن، تغذيه كرد. اغلب پريزها، پريزهاي دوتايي اند. حفره هاي بالايي و پاييني را مي توان در صورت تمايل از هم جدا كرد و براي مثال با مدار شكن هاي مجزايي با يك نول مشترك تغذيه شوند. اين كار را معمولاً در آشپزخانه ها انجام مي دهند كه در آنها احتمالاً يك بار زياد روي هر دو پريز اعمال مي شود. در اين صورت يك مدار شكن دو قطب تريپ (قطع كننده) مورد نياز است.
ايده دو برابر كردن را مي توان به سه برابر كردن گسترش داد، تا اينكه سه پريز دوگانه را بتوان با يك نول مشترك از يك منبع سه فاز تغذيه كرد. عموماً يك مدار شكن سه قطب تريپ عمومي 15 ميلي آمپر براي تغذيه چنين پريزي به كار مي رود. اين امر بارهاي سه فاز تكي را قادر مي سازد تا به صورت يك توالي فازي تغذيه شوند.
مثالي از اين بار يك لامپ با سه حباب است. براي داشتن عملكردي بدون چشمك زني، سه حباب هر كدام با يك دوشاخه جدا نصب مي شوند و با اختلاف فاز 120 درجه اي نسبت به هم از يك پريز سه تايي راه اندازي مي شوند. بالاي پريزها ، لامپ هاي نئون قرار داده شده تا توالي فاز را در بارهاي سه تايي كه توالي صحيح فازها مورد نياز است نشان دهد.

سیستم سه فاز

مطالب مشابه :

سیستمهای سه فازه

سیستم سه فاز

سیستم های 3 فازه

بررسی سیستم های سه فاز

سیستم سه فاز