تولید انرژی الکتریکی سه فاز(برق سه فاز)

تولید انرژی الکتریکی سه فاز  

مقدمه

در کشورهای صنعتی، سه فاز روش عمومی انتقال توان سه فاز است. این سیستم در وقع نوعی از سیستم چند فاز است.

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 یک سیستم سه فاز، زاویه ها دارای اختلاف 120 درجه ای (که حداکثر جداسازی ممکن بین زاویه هاست) هستند. فرکانس معمولاً در اروپا 50 هرتز و در ایالات متحده 60 هرتز است لیست کشورها به همراه پریزهای خطوط برق، ولتاژها و فرکانس ها را مشاهده کنید.) سه فاز معمولاً توسط رنگ ها نشانه گذاری شده اند، که به طور سنتی قرمز، زرد و آبی هستند.

خروجی ولتاژ ژنراتورها از چند صد ولت تا بالای 20000 ولت تغییر می کند. این ولتاژ معمولاً توسط یک ترانسفورماتور به یک سطح ولتاژ بالاتری تبدیل می شود. علت این افزایش ولتاژ هم کاهش تلفات است. توان برابر حاصلضرب ولتاژ و جریان است، بنابراین برای یک توان داده شده اگر شما ولتاژ را افزایش دهید جریان کاهش می یابد. تلفات گرمایی در یک خط انتقال با مجذور جریان متناسب است و در نتیجه اگر شما جریان را نصف کنید، تلفات یک چهارم می شود. به همین علت برخی از خطوط انتقال در سطح ولتاژی بیش از 500،000 ولت کار می کنند.

در انتهای خط انتقال، یک پست برق یا یک ترانسفورماتور، برق را از ولتاژ زیاد خطوط انتقال به سه جریان متغیر سینوسی با ولتاژ 120 ولت (در ایالات متحده) یا 230 ولت (در اروپا) جریان متناوب (Vac) تبدیل می کند. سپس این برق از طریق چهار سیم به مدارات مصرف کننده ها در یک تابلوی فرمان اصلی، ارائه می شود. یکی از سیم ها خنثی است یا در منبع برق زمین شده است، فازها یا سه خط دیگر، برق را به نقطه مقصد یا ترانسفورماتورهای تغذیه می رسانند. با برقراری اتصال بین یک فاز و سیم خنثی، ولتاژی معادل 120 ولت متناوب (یا 230 ولت متناوب) برای مدار متصل شده فراهم می شود.

شبکه انتقال توان به گونه ای طراحی شده است که هر فاز اندازه جریانی برابر را از خود عبور دهد، همه جریان های برگشتی از مناطق مسکونی مصرف کننده ها به نیروگاه، در جریان سیم خنثی سهیم هستند، اما سیستم سه فاز تضمین می کند که جمع جریان های برگشتی تقریباً صفر است.

اتصال بین دو فاز ولتاژی معادل 3√ یا 73/1 برابر ولتاژ تک فاز را ایجاد می کند (208 ولت متناوب در ایالات متحده، 400 ولت متناوب در اروپا). شکل موج های دارای اختلاف فاز، با یکدیگر جمع می شوند تا یک پیک ولتاژی بالاتری را در شکل موج نهایی ایجاد کنند. چنین اتصالی را اتصال خط به خط می نامند و معمولاً با یک مدار شکن دو قطب صورت می گیرد. از این نوع اتصال بیشتر برای گرمکن ها مانند یک گرمکن قرنیزی 2 کیلو وات و 208 ولت، استفاده می کنند.

ولتاژهای استاندارد دیگر موجود در آمریکای شمالی شامل ولتاژهای 240 ولت فاز به فاز، 277/480 ولت و 347/600 ولت می شود. ولتاژ فاز به زمین (سطح ولتاژ پایین تر) دو مورد آخر عموماً تنها برای روشنایی به کار می رود. ولتاژ 600 ولت در کانادا بسیار بیشتر از آمریکا، معمول است.

در موتورهای سه فاز یا هواسازهای کارا (برای مثال اکثر بخش های York که بالای 5/2 تن هستند، سه فاز اند) هر سه فاز برق مورد استفاده قرار می گیرد چرا که این بهترین راه انتقال مقادیر بزرگ توان الکتریکی است. گفتنی است که راه اندازی موتور، توان بیشتری را نیاز دارد.

برخی دستگاه هایی ساخته شده اند که یک سه فاز مصنوعی را از یک برق تک فاز تپ ـ وسط (240 ولت متناوب در ایلات متحده، با تفکیک زاویه 180 درجه) ایجاد می کنند. این عمل با ایجاد یک "زیر فاز" سوم بین دو قطب انجام می شود که منجر به یک تفکیک فاز 90=90-180 درجه ای می شود. بسیاری از دستگاه های سه فاز بر این اساس کار می کنند، اما با یک فرکانس پایین تر.

برخی اوقات برق تک فاز تپ ـ وسط240 ولت متناوب، به غلط برق "دو فاز" خوانده می شود. باید توجه شود که یک سیستم دو فاز سیستمی است که در آن دو ولتاژ دارای اختلاف 90 درجه ای هستند. برای مثال، اگر یکی از ولتاژها برابر Cos 2п) * 60t)
و دیگری sin 2п) * 60t)
است، آنگاه شما یک سیستم دو فاز دارید که به عنوان سیستم عمود (یکی به عنوان بخش حقیقی و دیگری به عنوان بخش موهومی در نظر گرفته می شود) نیز شناخته می شود. یک سیستم دو فاز به ازای 120 ولت متناوب خط به خنثی تقریباً ولتاژی معادل 7/169 ولت متناوب خط به خط را ایجاد می کند.

سیستم های دو فاز تنها برای توان بالا به کار می روند چرا که آنها نیاز به سیم هایی به همان تعداد سیم ها ی ارتباطی اتصال مثلث سه فاز دارند (برای مثال یکی برای سینوس، یکی برای کسینوس و یک سیم مشترک) و نیز سیستم دو فاز مقدار انرژی یکسان را در هر یک از سه سیم توزیع نمی کند (اگر چه سینوس و کسینوس متعادل اند، اما سیم خنثی مانند دو تای دیگر نیست). گفته می شود که یک سیستم دو فاز توان مختلط ایجاد می کند و چنین سیستم هایی در ولتاژهای پایین تر به کار می روند (برای مثال برای کاربردهای ارتباطی، یا راه انداختن موتورهای پله ای و مانند این) و عموماً در سطح توان های بالا توزیع نشده اند.

در عمل، اگر ما فازورهای یک سیستم دو فاز یا سه فاز را حول دایره واحد در صفحه مختلط رسم کنیم، دارای یک نوع از توان مختلط خواهیم بود.

یک سیستم فاز شکسته (تپ ـ وسط) 240 ولت متناوب، وقتی که به صورت فازورها روی صفحه مختلط رسم شود، می تواند کاملاً در طول محور حقیقی وجود داشته باشد. در واقع، این کمبود قابلیت توان مختلط است که توانایی یک سیستم تغذیه را برای تولید یک میدان دوار مغناطیسی تضعیف می کند و این میدان دوار مغناطیسی است که موجب گردش موثر موتورها می شود. چنین برقی (فاز شکسته) برای گرمایش خوب است، اما مثلاً برای گرداندن یک هوا ساز خیلی بهتر است تا از توان مختلط استفاده کنیم.

چگونه تغذیه سه فاز را امتحان کنیم


 

چگونه دستگاه ها ی سه فاز را امتحان کنیم

دستگاه های سه فاز نظیر پمپ ها، کمپرسورها، و ... بایستی فازهایشان به ترتیب درستی وصل شود تا از خرابی آنها جلوگیری شود. این دستگاه ها عموماً هنگامی که به اشتباه وصل شوند جریان کمتری را می کشند و می توانند به آسانی توسط یک آمپروب (گیره روی آمپر متر) برای میزان جریانی که از شبکه می کشند امتحان شوند.
برای مثال آزمایش یک هوا ساز که دارای یک کمپرسور است، می توان فهمید که اگر این وسیله به صورت غلطی به برق سه فاز متصل شود، جریان بسیار کمی را خواهد کشید و بنابراین جای هر کدام از دو سیم برق را می توان برای تغییر فازها عوض کرد.

موتورهای جیبی کوچکی وجود دارند که از جهت چرخش آنها می توان برای تشخیص توالی فازها استفاده کرد. این موتورها گران هستند. یک جایگزین ارزا نتر استفاده از سه لامپ نئون و دیدن اینکه توالی فاز یا روشن شدن لامپ ها در چه جهتی می چرخد، است.

موضوعاتی شامل آزمایش مقاومت سیم پیچ موتور و آزمایش مقاومت خطای زمین بیان شده اند.
برای اطلاعات بیشتر راجع به مدارات سه فاز کلید واژه زیر را مشاهده کنید:

  • ترانسفورماتورهای ستاره مثلث

 

پریزهای الکتریکی سه فاز
برق سه فاز را می توان با استفاده از یک پریز سه فاز یا با سه تایی کردن، تغذیه کرد. اغلب پریزها، پریزهای دوتایی اند. حفره های بالایی و پایینی را می توان در صورت تمایل از هم جدا کرد و برای مثال با مدار شکن های مجزایی با یک نول مشترک تغذیه شوند. این کار را معمولاً در آشپزخانه ها انجام می دهند که در آنها احتمالاً یک بار زیاد روی هر دو پریز اعمال می شود. در این صورت یک مدار شکن دو قطب تریپ (قطع کننده) مورد نیاز است.

ایده دو برابر کردن را می توان به سه برابر کردن گسترش داد، تا اینکه سه پریز دوگانه را بتوان با یک نول مشترک از یک منبع سه فاز تغذیه کرد. عموماً یک مدار شکن سه قطب تریپ عمومی 15 میلی آمپر برای تغذیه چنین پریزی به کار می رود. این امر بارهای سه فاز تکی را قادر می سازد تا به صورت یک توالی فازی تغذیه شوند.
مثالی از این بار یک لامپ با سه حباب است. برای داشتن عملکردی بدون چشمک زنی، سه حباب هر کدام با یک دوشاخه جدا نصب می شوند و با اختلاف فاز 120 درجه ای نسبت به هم از یک پریز سه تایی راه اندازی می شوند. بالای پریزها همان گونه که در شکل نشان داده شده، لامپ های نئون قرار داده شده تا توالی فاز را در بارهای سه تایی که توالی صحیح فازها مورد نیاز است نشان دهد.

یک تغذیه سه فاز الکتریکی شامل سه هادی فعال و یک زمین می شود.
اگر که تغذیه الکتریکی یک موتور القایی سه فاز بین پارامترهای معینی نباشد، نمی تواند به درستی کار کند. این پارامترهای نوعی مانند مقابل اند: 208 یا 415 ولت بین فازها، 120 یا 240 ولت بین هر فاز و زمین، خطای ولتاژ کمتر از 12 درصد مقادیر نامی و اختلاف ولتاژ هر فاز کمتر از 5 درصد فاز دیگر.

در یک مدار موتور القایی سه فاز نوعی، یک مکان مناسب برای آزمایش در طرف خط راه انداز مستقیم موتور است.

 

 

دستگاه سه فاز مدارهای الکتریکی دستگاهی است شامل سه مدار با نیروهای محرکه الکتریکی متناوب با فرکانس یکسان ، که نسبت به یکدیگر به اندازه 1/3 دوره اختلاف فاز دارند (3/φ = 2π). هر تک مدار از این دستگاه به اختصار فاز نامیده می‌شود و دستگاه جریانهای متناوب با اختلاف فاز در این مدارها به جریان سه فاز معروف است. تقریبا تمام مولدهایی که در نیروگاههای الکتریکی نصب میشوند مولدهای سه فاز هستند. یک چنین مولدی اصولا ترکیبی از سه مولد ac در یک ماشین است. این مولدها چنان طراحی میشوند که نسبت به یکدیگر به اندازه سوم دوره اختلاف فاز داشته باشند. انرژی الکتریکی در نیروگاه‌ها بوسیله آلترناتورهای سه فاز تولید می‌شود. این الترناتورها از دو قسمت عمده تشکیل شده‌اند.

استاتور

استاتور از یک هسته آهنی شیاردار به صورت ثابت ساخته می‌شود. داخل شیارها سه گروه کلاف به صورتی قرار می‌گیرند که باهم 120 درجه الکتریکی اختلاف فاز داشته باشند. انرژی الکتریکی تولیدی به صورت سه فاز از طریق استاتور به مدارهای خارج منتقل می‌گردد.

روتور

قسمت گردنده مولد از هسته آهنی شیاردار ساخته می‌شود و داخل این شیارها سیمهای مسی برای تولید فوران مغناطیسی قرار می‌گیرند. این فوران بوسیله ولتاژ جریان مستقیم تولید می‌شود. در آلترناتورهای کوچک می‌توان انرژی الکتریکی را از قسمت گردنده (روتور) دریافت می‌گردد. به قسمتی که انرژی الکتریکی تولید می‌کند، آرمیچر می‌گویند.

تعاریف اولیه

اگر x فاز لحظه ای سیگنال با فرکانس f در زمان t باشد :

با استفاده از این شکل موجهای فازها عبارت اند از:

که در آن VP ولتاژ پیک است و ولتاژهای روی L1, L2 و L3 نسبت به زمین اندازه گیری می شوند.

 

ميدان مغناطيسي گردان يك موتور الكتريكي

 

سوال

علت دریافت انرژی الکتریکی از قسمت ثابت در آلترناتورهای بزرگ چیست؟

نیروی محرکه الکتریکی (ولتاژ) تولید شده در آلترناتورهای سه فاز با شک سینوسی و با اختلاف فاز 120 درجه الکتریکی می‌باشد. از آنجا که مقدار ولتاژ تولید شده در آلترناتورها نمی‌تواند بیش از حد مجاز باشد و انتقال این ولتاژ با جریانهای بالا موجب افزایش اتلاف انرژی در سیمها و افت ولتاژ در انتهای خط باشد. بنابراین در ابتدای خط مقدار ولتاژ تولید شده توسط ترانسفورماتورها افزایش و در انتهای خط در چند مرحله جهت استفاده مصرف کنندگان صنعتی و خانگی در حد ولتاژ مجاز کاهش می‌یابد. در شبکه‌های سراسری برق ، انرژی الکتریکی همواره به صورت سه فاز تولید می‌شود؛ زیرا:


  • اقتصادی‌تر است، به دلیل اینکه آلترناتورهای سه فاز حجم کمتری نسبت به آلترناتورهای تک فاز با توان مشابه دارد.
  • توان لحظه‌ای سه فاز در مصرف کننده هیچگاه به صفر نمی‌رسد، بنابراین توان سه فاز میزان تغییرات کمتری نسبت به توان در شبکه تک فاز دارد.

  • در راه اندازی موتورهای سه فاز نیاز به سیم پیچ راه انداز نداریم به همین دلیل حجم موتورها کاهش می‌یابد.
  • رکتیفایرهای سه فاز ولتاژ DC شده را پیل کمتری دارد. و ولتاژ خروجی جریان مستقیم در رکتیفایرهای سه فاز نسبت به ولتاژ یک سو شده در رکتیفایرهای تک فاز صافتر است. برای اینکه انرژی تولید شده در نیروگاهها به شبکه سراسری متصل شود و در اختیار مشترکان قرار گیرد. باید:

انتقال نیرو

انرژی تولید شده در نیروگاههای مختلف (آبی ، دیزلی ، گازی ، چرخه ترکیبی ، بخاری ، اتمی ، بادی) پس از افزایش به مقدار ولتاژهای (400 و 220 و 123 و 63) کیلو ولت به مناطق مصرف انتقال می‌یابد. جابجایی با ولتاژهای 400 یا 230 کیلوولتی را در اصلاح انتقال نیرو می‌خوانند و هدف آن داد و ستدهای انرژی و توان بین مناطق و نواحی اصلی است که معمولا در فاصله‌های دور از هم قرار گرفته‌اند. طول مدارهای 400 کیلوولتی در ایران حدود 800 کیلومتر و طول مدارهای 230 کیلوولتی حدود 6000 کیلومتر می‌باشد.

شبکه‌های فوق توزیع

رساندن انرژی و توان به مراکز مصرف بیشتر با خطهای 63 (یا 66) یا 132 کیلوولتی صورت می‌گیرد که این بخش از فعالیت نیرورسانی را در اصطلاح شبکه‌های فوق توزیع می‌نامند.

توزیع نیرو

در صنعت برق ، توزیع انرژی برق اساسا در دو سطح فشار متوسط و فشار ضعیف صورت می‌گیرد.

خطهای فشار متوسط

بیشتر شبکه‌های فشار متوسط در ایران از نوع 20 کیلوولتی هستند؛ اما ولتاژهای 33 و 11 کیلوولتی نیز پهنه‌های محدودی از کاربرد را دارند.

خطوط فشار ضعیف

تأمین برق مصرف کنندگان عادی با خطهای فشار ضعیف انجام می‌گیرد. این خطها آخرین قسمت از شبکه عظیم و گسترده برق رسانی را پیش از تحول انرژی به مصرف کننده تشکیل می‌دهند خطهای فشار ضعیف رایج در سراسر کشور از رده 220/38 ولتی معمولا به صورت 5 سیمه هستند و در حال حاضر حدود 200000 کیلومتر خط فشار ضعیف در ایران وجود دارد.

مصرف کننده

کلیه وسایلی که انرژی الکتریکی را به شکل‌های دیگری تبدیل می‌کند مصرف کننده نامیده می‌شوند. لامپ‌های روشنایی ، گرم کننده‌های الکتریکی ، انوع الکترودهای سه فاز و تک فاز ، وان‌های آبکاری و ... مصرف کننده‌های الکتریکی نمونه‌هایی از مصرف کننده‌های الکتریکی هستند. مصرف کننده‌های الکتریکی را از نظر الکتریکی می‌توان به دو گروه یک فازه و چند فازه تقسیم کرد. کاربرد مصرف کننده‌های یک فازه در منازل و مکانهای عمومی (روشنایی ، لوازم خانگی و لوازم اداری و غیره) می‌باشد. ولتاژ کار این مصرف کننده‌ها در ایران و بسیاری از کشورهای جهان 220 ولت است.


مطالب مشابه :


تولید انرژی الکتریکی سه فاز(برق سه فاز)

مرکز علمی کاربردی جامع اسلامی است شامل سه مدار با نیروهای محرکه نیرو . انرژی



دانلود کتاب سیستم‌های نیروی محرکه توربین گازی

دانلود کتاب سیستم‌های نیروی محرکه آزاد علمی و مهندسی هایی کاربردی از



V02 max چیست؟ و چه کاربردی برای کوهنوردان دارد؟

و چه کاربردی کوهستان و بیماری های مرتبط، آخرین دستاوردهای طب ارتفاع، تحقیقات علمی در



کتابخانه های دیجیتالی در عصر اطلاع رسانی الکترونیکی

کتابخانه مرکز آموزش عالی علمی کاربردی محدودیت های یک جامعه علمی نیرو محرکه



واقعیت هایی در باره اشتغال زنان در ایران در پاییز 1392!!

آموزش‌های فنی وحرفه ای موتور محرکه جذب نیرو تنها با دانشگاه جامع علمی کاربردی



برچسب :