حسابات الطاقة الكهربائية للتيار ثلاثي الطور

من أرابيكا، الموسوعة الحرة

هذه هي النسخة الحالية من هذه الصفحة، وقام بتعديلها عبود السكاف (نقاش | مساهمات) في 17:23، 24 أكتوبر 2023 (بوت:أرابيكا:طلبات إزالة (بوابة، تصنيف، قالب) حذف بوابة:كهرباء). العنوان الحالي (URL) هو وصلة دائمة لهذه النسخة.

(فرق) → نسخة أقدم | نسخة حالية (فرق) | نسخة أحدث ← (فرق)
اذهب إلى التنقل اذهب إلى البحث
تنحاز طول موجة ثلاثية الأطوار بين كل فازة وأخرى 120°.
توصيل ستار لجهد ذو ثلاثة أطوار 230 فولت بين كل فازة ونيوترال و 400 بين كل فيزتين. انزياح الطور 120°
توصيلة دلتا.

في الهندسة الكهربائية، تمتلك أنظمة الطاقة الكهربائية ثلاثية الأطوار ثلاثة موصلات على الأقل تحمل الجهد المتردد يكون جهد كل طرف متأخر عن جهد الطرف الأخر بمقدار ثلث الزمن الكامل. يمكن توصيل النظام الثلاثي إما ستار أو دلتا.

تسمح توصلية ستار باستخدام جهدين مختلفين بين الثلاث موصلات، فعلى سبيل المثال:

  • في الأنظمة التي تعمل (220/380) فولت يكون فيها الجهد بين كل فازه (طور) والنيوترال 220 بينما 380 بين أي فيزتين (طورين).
  • في الأنظمة التي تعمل (230/400) فولت يكون فيها الجهد بين كل فازه (طور) والنيوترال 230 بينما 400 بين أي فيزتين (طورين).

في حين لا توفر توصيله الدلتا غير جهد واحد لكنه يوفر تكرارية تصل إلى 57.7% تجعل العزم أفضل.[1] قد يصبح التيار التوافقي في الخط المحايد كبير جدا في حالة توصيل الأحمال غير الخطية.

تعريفات

ملفات مولد ثلاثي الطور، لكل طور موصل خاص به.
ملفات مولد ثلاثي الطور، يوضح كيف يمكن للأطوار أن تتشارك بثلاثة أسلاك فقط.
محول ثلاثي الطور. لكل طور زوجان من اللفائف، وكلها ذات محور مشترك

في طوبولوجيا توصيلة ستار، مع تسلسل الدوران L1 - L2 - L3، يمكن حساب الفولتية اللحظية المتغيرة مع الوقت لكل مرحلة A,C,B على التوالي من خلال المعادلة التالية:

VL1N=VPsin(θ)
VL2N=VPsin(θ23π)=VPsin(θ+43π)
VL3N=VPsin(θ43π)=VPsin(θ+23π)

حيث

VP: هو الجهد الأقصى.
θ=2πft: هي الزاوية بالدرجات.
t: الزمن بالثواني
f: التردد ويساوي ععدد الدورات في الثانية الواحدة

الأحمال المتوازنة

بشكل عام، في أنظمة الطاقة الكهربائية يتم توزيع الأحمال بالتساوي على الأطوار. من المعتاد مناقشة نظام متوازن أولاً ثم وصف آثار الأنظمة غير المتوازنة باعتبارها انحرافات عن الحالة الأولية.

نقل الطاقة

توفر الطاقة ثلاثية الطور ميزة أن الحمل المكون من مقاومات فقط يكون ثابت من المعادلة:

P=VI=1RV2

بما أن

PLi=VLi2RPTOT=iPLi

للتبسيط يمكن القول أن p=1VP2PTOTR

p=sin2θ+sin2(θ23π)+sin2(θ43π)=32

ومن هنا نجد أن الطاقة الكلية تساوي:

PTOT=3VP22R.

لا تختلف الطاقة بمرور الوقت. ومع الأخذ في الاعتبار أن V=Vp2 تكون الطاقة الكلية PTOT تساوي:

PTOT=3V2R.

لا يجب أن يكون الحمل مكون من مقاومات فقط لذلك:

Z=|Z|ejφ

لذلك يكون أقصى تيار:

IP=VP|Z|

عند تطبيق ما سلف على الثلاث أطوار نجد أن:

IL1=IPsin(θφ)
IL2=IPsin(θ23πφ)
IL3=IPsin(θ43πφ)

لذلك تكون الطاقة تساوي:

PL1=VL1IL1=VPIPsin(θ)sin(θφ)
PL2=VL2IL2=VPIPsin(θ23π)sin(θ23πφ)
PL3=VL3IL3=VPIPsin(θ43π)sin(θ43πφ)

يمكن كتابتها بالشكل التالي:

PL1=VPIP2[cos(φ)cos(2θφ)]
PL2=VPIP2[cos(φ)cos(2θ43πφ)]
PL3=VPIP2[cos(φ)cos(2θ83πφ)]

بذلك تكون الطاقة الكلية:

PTOT=VPIP2{3cosφ[cos(2θφ)+cos(2θ43πφ)+cos(2θ83πφ)]}

بعد اختصار المعادلة السابقة يكون الناتج هي المعادلة التالية

PTOT=3VPIP2cosφ

أو يمكن كتابتها بالشكل التالي

PTOT=3VP22|Z|cosφ

أو الشكل التالي

PTOT=3V2Zcosφ.

تيار المحايد

لا يسير تيار في النيوترال (المحايد) في حالة كون الأحمال متساوية في كل الأطوار. فمع تطبيق قوانيون كيرشوف، يظهر أن تيار النيوترال هو مجموع المتجه المقلوب لتيارات الخط.

IL1=VL1NR,IL2=VL2NR,IL3=VL3NRIN=IL1+IL2+IL3

وبما أن i=INRVP إذا:

i=sin(θ)+sin(θ2π3)+sin(θ+2π3)=sin(θ)+2sin(θ)cos(2π3)=sin(θ)sin(θ)=0

الأنظمة غير المتزنة

نظام ثلاثي الطور غير متزن

من الناحية العملية، نادراً ما تكون للأنظمة أحمال متزنة تمامًا في التيارات، الجهد والممانعات في جميع المراحل الثلاث. يتم تبسيط تحليل الحالات غير المتوازنة بشكل كبير من خلال استخدام تقنيات المكونات المتماثلة حيث يتم تحليل النظام غير المتوازن باعتباره تراكب ثلاثة أنظمة متوازنة، لكل منها التسلسل الإيجابي أو السلبي أو صفر للجهود المتوازنة. عند تحديد أحجام الأسلاك في نظام ثلاثي الأطوار لا نحتاج سوى معرفة حجم الطور وتيار النيوترال. يمكن تحديد التيار المحايد عن طريق إضافة التيارات ثلاثية الطور معًا كأعداد معقدة ومن ثم تحويلها من مستحاثات. إذا كانت تيارات جذر متوسط التربيع (RMS) ثلاثية المراحل هي: يتم اختصارها إلى IL1 ،IL2 و IL3. لتكون بذلك قيمة تيار النيوترال المتوسط يساوي:

IL1+IL2cos(23π)+jIL2sin(23π)+IL3cos(43π)+jIL3sin(43π)

يمكن اختصارها إلى الشكل التالي:[2]

IL1IL212IL312+j32(IL2IL3)

لتكون بذلك القيمة المطلقة له تساوي:

IL12+IL22+IL32IL1IL2IL1IL3IL2IL3

الأحمال غير الخطية

في حالة الأحمال الخطية، يحمل النيوترال التيار نتيجة اختلاف التوازن بين الأطوار. تولد الأجهزة التي تستخدم مقوم- مكثف (مثل مزود الطاقة لأجهزة الكمبيوتر، الأجهزة مكتبية وما شابه) توافقيات من الدرجة الثالثة.[3][4]

قياسات النظام

من الممكن قياس القدرة في نظام ثلاثي الطور باستخدام محولين في حالة عدم وجود نيوترال أو ثلاثة محولات في حالة وجود نيوترال.[5] تنص مبرهنة بلونديل على أن عدد عناصر القياس المطلوبة أقل من عدد الموصلات الحاملة للتيار.[6]

انظر أيضًا

المصادر

  1. ^ "Archived copy" (PDF). مؤرشف (PDF) من الأصل في 2013-05-13. اطلع عليه بتاريخ 2012-11-21.{{استشهاد ويب}}: صيانة الاستشهاد: الأرشيف كعنوان (link) public domain
  2. ^ Keljik، Jeffrey (2008). Electricity 3: Power Generation and Delivery. Clifton Park, NY: Cengage Learning/Delmar. ص. 49. ISBN:1435400291.
  3. ^ Lowenstein، Michael. "The 3rd Harmonic Blocking Filter: A Well Established Approach to Harmonic Current Mitigation". IAEI Magazine. مؤرشف من الأصل في 2011-03-27. اطلع عليه بتاريخ 2012-11-24.
  4. ^ Enjeti، Prasad. "Harmonics in Low Voltage Three-Phase Four-Wire Electric Distribution Systems and Filtering Solutions" (PDF). Texas A&M University Power Electronics and Power Quality Laboratory. مؤرشف (PDF) من الأصل في 2010-06-13. اطلع عليه بتاريخ 2012-11-24.
  5. ^ "Measurement of three-phase power with the 2-wattmeter method". مؤرشف من الأصل (PDF) في 2020-07-03.[وصلة مكسورة]
  6. ^ "THE TWO-METER WATTMETER METHOD" (PDF). مؤرشف من الأصل (PDF) في 19 مارس 2013. اطلع عليه بتاريخ أكتوبر 2020. {{استشهاد ويب}}: تحقق من التاريخ في: |تاريخ الوصول= (مساعدة)