تيار ثلاثي الأطوار ( هندسة طاقة )

تيار ثلاثي الأطوار

تيار ثلاثي الأطوار (Three-phase electric power ) هو نظام كهربائي متعدد الأطوار خاص بالتيار المتردد وهو المستعمل والأكثر شيوعا في محطات الطاقة التي تنتج الكهرباء، تقوم بتحميلها على تيارات ثلاثية الاطوار في ثلاثة أسلاك . وسميت ثلاثية الأطوار لأن ثلاثة تيارات تسير في ثلاثة أسلاك ، وكل تيار من هؤلاء الثلاثية يبدأ بطور منزاح عن الآخر بمقدار 120 درجة ، أي ثلث دائرة . وهذا النظام هو الأكثر انتشارا في تشغيل المحركات الكهربائية التي تعمل بقدرة عالية في المصانع والمركبات ويسير بواسطها المترو و القطارات الكهربائية .
يتمتع هذا النظام بقدرات كبيرة جدا واستقرارية كبيرة وكذلك يحظى بكفاءة ممتازة بالنسبة لنقل الكهرباء وأنتاج الطاقة الحركية في محركات التيار الثلاثي أطوار حيث تصل كفاءتها بين 80 % إلى 97%. هذا النظام استطاع تلبية حاجة العالم الصناعي بتوفير طاقة آمنة وكافية ، يمكن الاعتماد عليها .
يفضل التيار الثلاثي كذلك بسبب قدرته على إدارة محركات الحث دون الحاجة لوسائل استهلال وبداية، بل يمكنه تدوير المحرك بسرعة كبيرة وقدرات تصل حتى 10 أضعاف محركات التيار أحادي الطور وبكفاءة تفوق 90%.

مبدأ الطريقة

في مولد التيار ثلاثي الأطوار توجد ثلاثة ملفات موزعة على دائرة ، وفي وسطها يوجد مجال دوار فينتج في الثلاثة ملفات ثلاثة تيارات منزاحة عن بعضها البعض زاوية 120° (أي ثلاثة جهود مترددة منزاحة عن بعضها البعض بزاوية 120°.) في الحالة البسيطة يستخدم مغناطيس ذاتي يدور في وسط الثلاثة ملفات (أنظر الشكل).كما يمكن الاستغاضة عن المغناطيس الذاتي بمغناطيسي كهربائي وهذا ما يتم في معظم الأحوال. وتصل الجهود المترددة أقصى قدر لها (مطال) منزاحة عن بعضها البعض بمقدار 1/3 دورة . وقد جرت العادة على تسمية الثلاثة أسلاك الموصلة لهذة التيارات L1 و L2 و L3 .
في السابق كانت الثلاثة اسلاك تميز ب “موصلات الطور” ويرمز لها Rو S و T .

أحد تقنيات تيارات الطور هي الدارة النجمية ، و يوجد في وسطها موصل متعادل (كهربائيا) ويرمز له N . وهذا الموصل لا يمر في تيار عند تحميل “موصلات الطور ” بأحمال متساوية . أما في حالة عدم تحميل موصلات الطور بأحمال متساوية فيمر في الموصل المتعادل الفرق بين التيارات .
كما توجد دارة هامة أخرى للتيار ثلاثي الأطوار وهي تسمى دارة مثلثة ، ولا يوجد بها موصل متعادل .

يسمى الجهد بين أي أثنين من جهود الطور “الجهد التسلسلي” ، وأما الجهد بين أحد جود الطور و جهد الموصل المتعادل “الجهد النجمي” . تتميز “القيم الفعالة” لتلك الجهود بمعامل ثابت ، وتبلغ في حالة التيار ثلاثي الأطوار .

في شبكات الضغط المنخفض في أوروبا تستخدم في العادة جهد نجمي إسمي يعادل 230 فولط ، أي أن الجهد بين سلكين من موصلات الكور تبلغ :

بالنسبة إلى شبكات الضغط المنخفض المستخدمة في أوروبا فهي تسمى “شبكات 400 فولط للتيار المتردد”.
يبين الرسم البياني المسار الزمني لمنحنيات الثلاثة جهود . وقد علمت في الشكل الجهود التسلسلية بخطوط غير مقطعة ، كما تبين المسارات الزمنية للثلاثة جهود النجمية (ذات مطالات أعلى في مقاديرها بنسبة المعامل التسلسلي عن حهود الطور ) وهي مرسومة بخطوط متقطعة.

بالنسبة إلى شبكات الضغط المنخفض المستخدمة في أوروبا فهي تسمى “شبكات 400 فولط للتيار المتردد”.يبين الرسم البياني المسار الزمني لمنحنيات الثلاثة جهود . وقد علمت في الشكل الجهود التسلسلية بخطوط غير مقطعة ، كما تبين المسارات الزمنية للثلاثة جهود النجمية (ذات مطالات أعلى في مقاديرها بنسبة المعامل التسلسلي عن حهود الطور ) وهي مرسومة بخطوط متقطعة.

تغير الجهود الكهربائية مع الزمن في نظام ثلاثي الأطوار .