8.1 : الدوائر ثلاثية الطور

تنقسم أنظمة توزيع طاقة التيار المتردد إلى ثلاث فئات: أنظمة أحادية الطور،وثنائية الطور وثلاثية الطور. تستخدم الدائرة أحادية الطور، الشائعة في الأماكن السكنية، عادةً نظامًا من سلكين يربط مصدر تيار متردد واحد بأحمال مختلفة. تدعم هذه الدوائر الأجهزة المنزلية القياسية التي تعمل بجهد 120 فولت و240 فولت، مثل المصابيح وأجهزة التلفزيون وأجهزة الميكروويف. كانت المولدات الأولى، محطة شلالات نياجرا المائية التي تم تركيبها عام 1895، ثنائية المرحلتين وصممها نيكولا تيسلا. يعتبر نظام الإمداد ثنائي الطور أقل شيوعًا، ويشتمل النظام ثلاثي الأسلاك على مصدرين للجهد خارج الطور مع بعضهما البعض بمقدار 90 درجة.

يعد النظام ثلاثي الطور والأربعة أسلاك هو الأكثر انتشارًا في التطبيقات الصناعية. يتكون هذا النظام من ثلاثة مصادر تيار متردد متطابقة في السعة والتردد ولكن فرق الطور بينها يبلغ 120 درجة. يمكن توصيل الأحمال في مثل هذا النظام إما بتكوين Y (نجمة) أو بتكوين دلتا (Δ).

تكمن ميزة الدوائر ثلاثية الطور في كفاءتها واستقرارها. إنها توفر الطاقة بنبض أقل من الأنظمة أحادية الطور، مما يؤدي إلى نقل أكثر سلاسة للطاقة وتقليل الاهتزازات - وهو عامل حاسم للآلات الصناعية مثل المحركات الحثية. وهناك فائدة أخرى تتمثل في انخفاض كمية مادة الموصل اللازمة لنقل كمية معينة من الطاقة، مما يجعل الأنظمة ثلاثية الطور أكثر فعالية من حيث التكلفة من نظيراتها أحادية الطور.

يتم إعطاء العلاقة بين الفولتية والطور والتيارات في الأنظمة ثلاثية الطور المتصلة بـ Y بواسطة:

وبالنسبة للأنظمة المتصلة Δ:

توضح هذه المعادلات العلاقة بين الفولتية والتيارات من خط إلى خط مع تلك الموجودة في كل مرحلة، وهو أمر ضروري عند حساب الطاقة الإجمالية في أنظمة ثلاثية الطور. يمكن العثور على الطاقة الإجمالية لكل من التوصيلات Y وΔ باستخدام:

حيث ϕ هي زاوية عامل القدرة، والتي تؤثر على كفاءة نقل الطاقة.