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 بوده که دارای فرکانسی مشابه اما با زاویه های فاز متفاوت هستند.

در یک سیستم سه فاز، زاویه ها دارای اختلاف ۱۲۰ درجه ای (که حداکثر جداسازی ممکن بین زاویه هاست) هستند. فرکانس معمولاً در اروپا ۵۰ هرتز و در ایالات متحده ۶۰ هرتز می باشد. 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 ۲۰۰۰۰ 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 حاصل ضرب 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 ۵۰۰،۰۰۰ 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 ۱۲۰ ولت (در ایالات متحده) یا ۲۳۰ 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 ۱۲۰ ولت متناوب (یا ۲۳۰ 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 ۳√ یا ۷۳/۱ برابر ولتاژ تک فاز را ایجاد می کند (۲۰۸ ولت متناوب در ایالات متحده، ۴۰۰ 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 استفاده می کنند.

ولتاژهای استاندارد دیگر موجود در آمریکای شمالی شامل ولتاژهای ۲۴۰ ولت فاز به فاز، ۲۷۷/۴۸۰ ولت و ۳۴۷/۶۰۰ ولت می شود. ولتاژ فاز به زمین (سطح ولتاژ پایین تر) دو مورد آخر عموماً تنها برای روشنایی به کار می رود. ولتاژ ۶۰۰ ولت در کانادا بسیار بیشتر از آمریکا، معمول است.

در موتورهای سه فاز یا هواسازهای کارا (برای مثال اکثر بخش های York که بالای ۵/۲ 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 (۲۴۰ ولت متناوب در ایلات متحده، با تفکیک زاویه ۱۸۰ درجه) ایجاد می کنند. این عمل با ایجاد یک “زیر فاز” سوم بین دو قطب انجام می شود که منجر به یک تفکیک فاز ۹۰=۹۰-۱۸۰ 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 وسط ۲۴۰ 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 ۹۰ درجه ای هستند. برای مثال، اگر یکی از ولتاژها برابر:

Cos 2п) * ۶۰t)

 
و دیگری 

sin 2п) * ۶۰t)

 
است، آنگاه شما یک سیستم دو فاز دارید که به عنوان سیستم عمود (یکی به عنوان بخش حقیقی و دیگری به عنوان بخشموهومی در نظر گرفته می شود) نیز شناخته می شود. یک سیستم دو فاز به ازای ۱۲۰ ولت متناوب خط به خنثی تقریباً ولتاژی معادل ۷/۱۶۹ ولت متناوب خط به خط را ایجاد می کند.

سیستم سه فاز

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) ۲۴۰ 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

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: ۲۰۸ یا ۴۱۵ ولت بین فازها، ۱۲۰ یا ۲۴۰ ولت بین هر فاز و زمین، خطای ولتاژ کمتر از ۱۲ درصد مقادیر نامی و اختلاف ولتاژ هر فاز کمتر از ۵ درصد فاز دیگر. 

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

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. 

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 ۱۵ 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 ۱۲۰ درجه ای نسبت به هم از یک پریز سه تایی راه اندازی می شوند. بالای پریزها ، لامپ های نئون قرار داده شده تا توالی فاز را در بارهای سه تایی که توالی صحیح فازها مورد نیاز است نشان دهد.

گردآورنده : عبدالرضا حسنی

همچنین بخوانید: بررسی سه فاز متعادل در قاب dq0 برای سناریوهای مختلف

بازدید مطلب:۱۸۹۷بار