8.1 : מעגלים תלת-פאזיים

למערכות חלוקת חשמל AC יש שלוש קטגוריות: מערכות חד-פאזיות, דו-פאזיות ותלת-פאזיות. המעגל החד-פאזי, הנפוץ בסביבות מגורים, משתמש בדרך כלל במערכת של שני חוטים שמחברת מקור AC יחיד לעומסים שונים. מעגלים אלה תומכים במכשירי חשמל ביתיים סטנדרטיים הפועלים ב-120 וולט (V) ו-240 V, כגון מנורות, טלוויזיות ומיקרוגלים. הגנרטורים הראשונים, שהותקנו במפעל ההידרואלקטרי במפלי ניאגרה בשנת 1895, היו דו-פאזיים ותוכננו על ידי ניקולה טסלה.מערכת האספקה הדו-פאזית פחות נפוצה, ומערכת שלושת החוטים כוללת שני מקורות מתח מחוץ לפאזה זה עם זה ב-90 מעלות.

המערכת התלת-פאזית, בעלת ארבעת החוטים, היא הנפוצה ביותר ביישומים תעשייתיים. מערכת זו מורכבת משלושה מקורות AC זהים במשרעת ובתדר, אך יש ביניהם הפרש פאזה של 120 מעלות. ניתן לחבר את העומסים במערכת כזו בתצורת Y (כוכב) או בתצורת דלתא (Δ).

היתרון של מעגלים תלת-פאזיים הוא ביעילות וביציבות שלהם. הם מספקים הספק עם פחות פעימות מאשר מערכות חד-פאזיות, מה שמוביל להעברת הספק חלקה יותר ומזעור רעידות - גורם מכריע עבור מכונות תעשייתיות כמו מנועי השראה. יתרון נוסף הוא הכמות המופחתת של חומר המוליך הנדרש כדי להעביר כמות מסוימת של הספק, מה שהופך את המערכות התלת-פאזיות ליותר משתלמות מבחינה כלכלית מאשר מקבילותיהן החד-פאזיות.

הקשר בין מתחי הקו והפאזה והזרמים במערכות תלת-פאזיות המחוברות בתצורת Y ניתן על ידי:

ולמערכות המחוברות בתצורת Δ:

משוואות אלו מראות את הקשר בין המתחים והזרמים הקוויים לבין אלו שבכל פאזה, מה שחשוב כאשר מחשבים את ההספק הכולל במערכות תלת-פאזיות. ההספק הכולל עבור חיבורים בתצורות Y ו-Δ ניתן למצוא באמצעות:

כאשר ϕ היא זווית מקדם ההספק, המשפיעה על יעילות העברת ההספק.