کد خبر: ۳۶۶۰۵
تاریخ انتشار: ۱۴:۰۹ - ۰۱ بهمن ۱۳۹۷
سیستم‌های سه‌فاز، نسبت به سیستم‌های تک‌فاز، مزایای اقتصادی و عملکردی فراوانی دارند. برای مثال، در یک توان خروجی مشابه، ژنراتور‌های سه‌فاز ارزان‌تر از ژنراتور‌های تک‌فاز هستند، توان تولیدی آن‌ها یکنواخت است و ارتعاش و نویز کمتری دارند. در مدار سه فاز، سه منبع توان ac وجود دارد و کاربرد آن در صنعت بسیار زیاد است.
سرویس آموزش و آزمون برق نیوز، سیستم‌های سه‌فاز، نسبت به سیستم‌های تک‌فاز، مزایای اقتصادی و عملکردی فراوانی دارند. برای مثال، در یک توان خروجی مشابه، ژنراتور‌های سه‌فاز ارزان‌تر از ژنراتور‌های تک‌فاز هستند، توان تولیدی آن‌ها یکنواخت است و ارتعاش و نویز کمتری دارند. در مدار سه فاز، سه منبع توان ac وجود دارد و کاربرد آن در صنعت بسیار زیاد است. یکی از این کاربردها، تولید و انتقال توان در سیستم‌های قدرت است. سیستم‌های سه‌فاز، ممکن است متعادل یا نامتعادل باشند. اگر سیستم متعادل باشد، با یکی از فاز‌ها می‌توان آن را تحلیل کرد. اما اگر سیستم نامتعادل باشد، تحلیل مدار کمی پیچیده‌تر است. در این آموزش، سیستم‌های سه‌فاز متعادل را معرفی، و روابط مربوط به آن‌ها را بیان می‌کنیم.

تولید ولتاژ سه‌فاز

ژنراتور‌های سه‌فاز، سه مجموعه سیم‌پیچی دارند و به همین دلیل سه ولتاژ ac را تولید می‌کنند. برای درک چگونگی این موضوع، ابتدا ژنراتور ساده تک‌فاز شکل ۱ را در نظر بگیرید. وقتی حلقه سیم‌پیچ AA′‌می‌چرخد، شکل‌موج سینوسی eAA′ را مطابق شکل ۱ (ب) تولید می‌کند. این ولتاژ را می‌توان با فازور EAA′شکل ۱ (ج) نشان داد.
معرفی سیستم سه فاز - قسمت اول
شکل ۱: یک ژنراتور تک‌فاز پایه

اگر دو سیم‌پیچ دیگر به شکل ۱ اضافه کنیم، دو ولتاژ دیگر نیز تولید می‌شود (شکل ۲). از آن جایی که این سیم پیچ‌ها مشابه AA′هستند (تفاوت آن‌ها فقط در موقعیت روی رتور است)، ولتاژ‌های یکسانی تولید می‌کنند. هرچند، چون سیم‌پیچ BB′ به‌اندازه ۱۲۰∘ عقب‌تر از سیم‌پیچ AA′ است، ولتاژ eBB′ به‌اندازه ۱۲۰∘ از eAA′ عقب‌تر خواهد بود. به‌طریق مشابه، سیم‌پیچ CC′ که ۱۲۰∘ جلو‌تر از سیم‌پیچ AA′ است، ولتاژ eCC′ را تولید می‌کند که به‌اندازه ۱۲۰∘ پیش‌فاز است. شکل‌موج‌ها در شکل ۲ (ب)، و فازور‌ها در شکل ۲ (ج) نشان داده شده‌اند. همان‌گونه که مشخص است، اندازه ولتاژ‌ها برابر است و زاویه آن‌ها به اندازه ۱۲۰∘با هم تفاوت دارد.


معرفی سیستم سه فاز - قسمت اول
شکل ۲: تولید ولتاژ سه‌فاز متعادل

بنابراین، اگر فرض کنیم EAA′در زاویه فاز ۰∘ قرار دارد، آن‌گاه EBB′ در −۱۲۰∘ و ECC′ در +۱۲۰∘ خواهند بود. اگر فرض کنیم مقدار rms ولتاژ ۱۲۰V باشد و مرجع ۰∘ را برای فازور EAA′ در نظر بگیریم، دنباله ولتاژ‌های EBB′∠۰∘، EAA′∠−۱۲۰∘ و ECC′∠۱۲۰∘را داریم. چنین مجموعه‌ای از ولتاژ‌ها را متعادل می‌گوییم. به‌دلیل وجود رابطه مشخص بین ولتاژ‌های متعادل، می‌توان با داشتن یکی از آن‌ها، دو ولتاژ دیگر را به‌سادگی تعیین کرد.

اتصالات اساسی مدار سه فاز

منبع شکل ۲، سه سیم‌پیچ مستقل AA′، BB′ و CC′ دارد. در ابتدا شاید بار‌ها را با شش سیم به منابع ولتاژ متصل کنیم (شکل ۳ (الف)). این کار، شدنی است، اما چیزی نیست که در عمل انجام می‌شود (البته می‌توان از مفهوم آن استفاده کرد). برای درک بهتر این موضوع، فرض کنید ولتاژ ۱۲۰ ولتی سیم‌پیچ، به یک بار مقاومتی ۱۲ اهمی وصل است. با در نظر گرفتن EAA′به‌عنوان مرجع، قانون اهم را به مدار اعمال کرده و جریان‌ها را به‌صورت زیر به‌دست می‌آوریم:

معرفی سیستم سه فاز - قسمت اول
جریان‌های فوق، مطابق شکل ۳ (ب)، یک مجموعه متعادل را تشکیل می‌دهند.
معرفی سیستم سه فاز - قسمت اول
شکل ۳: اتصالات سه‌فاز

سیستم‌های چهارسیمه و سه‌سیمه

در شکل ۳ (الف)، هر بار، مدار بازگشت جریان مربوط به خود را دارد. اگر این مدار‌ها را با مدار شکل ۳ (ج) جایگزین کنیم چه اتفاقی می‌افتد؟ با استفاده از قانون جریان کیرشهف (KCL)، جریان سیمی که «خنثی» (Neutral) نامیده می‌شود، برابر با جمع فازوری سه جریان IA، IB و IC است. برای سیستم شامل بار ۱۲اهمی، داریم:

معرفی سیستم سه فاز - قسمت اول
بنابراین، سیم برگشت، جریانی ندارد. این نتیجه در سیستم‌های متعادل (یعنی با بار‌های یکسان)، بدون توجه به امپدانس بار همواره درست است. در عمل، سیستم‌های قدرت تقریباً متعادل هستند. بنابراین، جریان برگشتی نزدیک صفر است و البته لزوماً صفر نیست. به همین دلیل می‌توان سطح مقطع سیم خنثی را نسبت به سایر سیم‌ها کوچک‌تر انتخاب کرد. این پیکربندی، سیستم چهارسیمه (Four-wire system) نامیده می‌شود و یکی از پیکربندی‌هایی است که در عمل مورد استفاده قرار می‌گیرد.

خطوط شکل ۳ (الف)، هادی‌های خط یا فاز نامیده می‌شوند. احتمالاً این هادی‌ها را در خطوط انتقال یا توزیع دیده‌اید.

نمادگذاری

نقاط اتصال a.، b. و c. شکل ۳ (ج) را با A′، B′ و C′ نشان می‌دهیم و برای سادگی با نقطه مشترک N. نشان می‌دهیم. بنابراین، ولتاژ‌ها با نام‌های EAN، EBN و ECNمطابق شکل ۳ (د) نشان می‌دهیم. این ولتاژ‌ها به‌نام ولتاژ‌های خط به خنثی شناخته می‌شوند.

نمایش استاندارد

مدار‌های سه‌فاز را معمولاً مطابق آن‌چه در شکل ۳ (الف) و (ج) نشان داده شده است، نمایش نمی‌دهند. برای نمایش سیم‌پیچ ژنراتور از نماد سلف و نیز دایره برای منبع ولتاژ آن استفاده می‌شود.

همان‌گونه که از شکل ۴ (الف) مشخص است، یک مدار Y-Y یا ستاره-ستاره داریم که به‌عنوان یک سیستم Y-Y چهارسیمه شناخته می‌شود. با کمی تغییر می‌توان مطابق شکل ۴ (ب) به یک سیستم Y-Y سه‌سیمه رسید.

هنگامی می‌توان از مدار‌های Y-Y سه‌سیمه استفاده کرد که تضمین شود سیستم متعادل باقی می‌ماند، زیرا در شرایط تعادل، از هادی خنثی جریانی نمی‌گذرد. در عمل، سیستم‌های Y-Y اغلب چهارسیمه هستند.
معرفی سیستم سه فاز - قسمت اول
شکل ۴: نمایش استاندارد مدار‌های سه‌فاز

ژنراتور‌های با اتصال دلتا یا مثلث

اکنون ژنراتور‌هایی را بررسی می‌کنیم که اتصال سیم‌پیچ آن‌ها به‌صورت Δ. یا مثلث است. از نظر تئوری، این کار مطابق شکل ۵ انجام خواهد شد. هرچند در عمل، دشواری‌هایی وجود دارد. برای مثال، وقتی بار به ژنراتور وصل شود، به‌دلیل شار مغناطیسی ناشی از جریان بار، در ولتاژ سیم‌پیچ‌ها اعوجاج رخ می‌دهد.

معرفی سیستم سه فاز - قسمت اول
شکل ۵: یک ژنراتور با اتصال Δ.
در اتصال ستاره، اعوجاج‌ها حذف می‌شوند، اما در اتصال مثلث باقی می‌مانند. اعوجاج باعث تولید هارمونیک سوم جریان می‌شود که در سیم‌پیچ‌های ژنراتور با اتصال Δ. گردش می‌کند، درنتیجه، بازده کاهش می‌یابد. به این دلیل و دلایل دیگر، ژنراتور‌هایی که اتصال سیم‌پیچ آن‌ها به‌صورت Δ. است، به‌ندرت در سیستم‌های قدرت مورد استفاده قرار می‌گیرند. به همین دلیل، در این آموزش، این سیستم‌ها را بررسی نمی‌کنیم.

ولتاژ خنثی به خنثی در یک مدار Y-Y

در یک سیستم Y-Y متعادل، جریان خنثی صفر است، زیرا مجموع جریان‌های خطوط، صفر است. در نتیجه، ولتاژ بین نقاط خنثی صفر است. برای دیدن دلیل این گفته، دوباره شکل ۴ (الف) را ببینید. فرض کنید امپدانس سیم رابط بین دو نقطه N. و n. برابر با ZnN باشد. در نتیجه، ولتاژ برابر است با VnN=IN×ZnN. اما از آن‌جایی که IN=۰ است، VnN=۰ خواهد بود (بدون توجه به مقدار ZnN). حتی اگر هادی خنثی در شکل ۴ (ب) وجود نداشته باشد، مقدار VnNهم‌چنان صفر باقی می‌ماند. بنابراین، در یک سیستم Y-Y متعادل، ولتاژ بین نقاط خنثی، صفر است.

دنباله فاز

دنباله فاز، به ترتیبِ ولتاژ‌های سه‌فاز گفته می‌شود. این موضوع را می‌توان در قالب فازور‌ها بررسی کرد. اگر (از نظر مفهومی) به چرخش فازور مجموعه شکل ۶ نگاه کنیم، برای مثال، می‌بینیم که فازور‌ها با ترتیب …ABCABC…‌می‌چرخند. این دنباله را دنباله فاز ABC یا دنباله فاز مثبت می‌نامیم. از سوی دیگر، اگر جهت چرخش را عکس کنیم، دنباله به‌صورت ACB خواهد بود (دنباله فاز منفی). از آن‌جایی که سیستم‌های قدرت، دنباله ABC را تولید می‌کنند (شکل ۲)، فقط این دنباله را بررسی می‌کنیم. در حالی که ولتاژ‌ها در دنباله ABCتولید می‌شوند، ترتیب ولتاژ‌های اعمالی به بار، به نحوه اتصال آن به منبع بستگی دارد. برای بسیاری از بار‌های متعادل، دنباله فاز اهمیتی ندارد. البته، ترتیب فاز در موتور‌های سه‌فاز مهم است، زیرا اگر هر یک جفت سیم را با هم تعویض کنیم، جهت چرخش موتور تغییر خواهد کرد.

معرفی سیستم سه فاز - قسمت اول
شکل ۶: دنباله فاز

برای ادامه به مقاله معرفی سیستم سه فاز - قسمت دوم مراجعه نمایید.

ارسال نظر قوانین ارسال نظر
لطفا از نوشتن با حروف لاتین (فینگلیش) خودداری نمایید.
از ارسال دیدگاه های نا مرتبط با متن خبر، تکرار نظر دیگران، توهین به سایر کاربران و ارسال متن های طولانی خودداری نمایید.
لطفا نظرات بدون بی احترامی، افترا و توهین به مسئولان، اقلیت ها، قومیت ها و ... باشد و به طور کلی مغایرتی با اصول اخلاقی و قوانین کشور نداشته باشد.
در غیر این صورت، «برق نیوز» مطلب مورد نظر را رد یا بنا به تشخیص خود با ممیزی منتشر خواهد کرد.
نام:
ایمیل:
* نظر:
وضعیت انتشار و پاسخ به ایمیل شما اطلاع رسانی میشود.
پربازدیدها
برق در شبکه های اجتماعی
اخبار عمومی برق نیوز
عکس و فیلم
پربحث ترین ها
آخرین اخبار