 |
| ما هو النظام ثلاثي الأطوار؟ |
يعتمد نظام توزيع الطاقة الكهربائية على النظام ثلاثي الأطوار الذي يستخدم ثلاثة أطوار متزامنة تعمل على تغذية الأجهزة والمعدات كهربائية. يتم استخدامه بشكل أساسي في شبكات نقل الطاقة الكهربائية إضافة الى تغذية المحركات الكهربائية في الميدان الصناعي. ونظرا لكفاءته العالية، فإنه يعد الخيار الأمثل في معظم التطبيقات الصناعية والتجارية مقارنة بالنظام أحادي الطور والذي يعتمد على طور واحد فقط.
وفي هذا المقال سنتعرف على أهم خصائص هذا النظام إضافة الى مميزاته وتطبيقاته.
ما هي خصائص النظام ثلاثي الأطوار
يتكون النظام ثلاثي الأطوار من ثلاثة تيارات جيبية متناوبة ، يتم توليدها بواسطة مولدات كهربائية أو (Alternateur) في وقت واحد ، لكنها تكون مختلفة في الزاوية الزمنية، بحيث أن كل واحدة منها تكون متأخرة عن الأخرى بزاوية 120 درجة كما هو مبين في الصورة أسفله. وهذه الزاوية هي التي تعطي النظام خصائصه المميزة.
 |
| مخطط الأطوار الثلاثة |
مفردات النظام ثلاثي الأطوار
- الأطوار (Phases): يتكون النظام عادة من ثلاث أسلاك، كل منها يمثل طورًا منفصلًا (L1, L2, L3)
- المحايد (Neutre): يتم استخدام سلك إضافي رابع ليكون محايدًا (N)، بحيث يمكن إنشاء فرق جهد بين التيار المحايد وكل طور على حدة.
- الجهد (Voltage): يتم قياس الجهد بين طورين مختلفين ويسمى الجهد المركب (Tension composée) ويرمز له ب U أو بين الطور والمحايد ويسمى الجهد البسيط (Tension simple) ويرمز له ب V، بحيث يكون الجهد فيما بين الأطوار أعلى من الجهد بين كل طور والمحايد. على سبيل المثال، في نظام يعمل بجهد 400 فولت، يكون الجهد بين الطور والمحايد 230 فولت.
المميزات الرئيسية في النظام ثلاثي الأطوار
يتميز النظام ثلاثي الأطوار بعدة خصائص تقنية أساسية هي:
- التردد (Fréquence) : وهو عدد مرات تذبذب الطور في الثانية الواحدة، وعادة ما يكون يساوي 50 هرتز في الأنظمة الأوروبية و 60 هرتز في الأنظمة الأمريكية.
- الجهد المركب (Tension composée): ويرمز له ب U وهو الجهد بين كل طورين مختلفين.
- الجهد البسيط (Tension simple ): ويرمز له ب V وهو الجهد بين أحد الأطوار والسلك المحايد.
 |
| الجهد في النظام ثلاثي الطور |
- U1 = U2 = U3 = √3 x V
- I1 = I2 = I3 أي أن التيار في الأطوار يكون متساويًا في النظام المتوازن.
طريقة حساب القدرة في النظام ثلاثي الأطوار
لحساب الطاقة في النظام ثلاثي الأطوار تستخدم الصيغة التالية:
P = U x √3 x I x cos(θ)
- U هي قيمة الجهد بين الأطوار.
- I هي قيمة التيار في الخط.
- cos(ϕ) هو معامل القدرة، الذي يتغير حسب نوع الحمولة ( وقيمته تكون موجبة وأصغر أو تساوي 1).
ملحوظة: تبقى الطاقة ثابتة في النظام ثلاثي الأطوار المتوازن، مما يسمح بتحكم أفضل في توزيعها، وهو أمر مهم في الأجهزة الصناعية مثل المحركات.
طرق التوصيل في النظام ثلاثي الأطوار
يتم توصيل الحمولات في النظام ثلاثي الأطوار باستخدام طريقتين أساسيتين هما:
- التوصيل النجمي (Star): ويرمز له بالحرف Y حيث يتم ربط أطراف الملفات في المحرك أو المولد بنقطة مركزية تُسمى النقطة المحايدة. مما يخلق جهدًا بين الطور والمحايد تكون قيمته أقل من الجهد بين الأطوار.
 |
| أنواع التوصيل في النظام ثلاثي الطور |
- التوصيل المثلثي (Delta): ويرمز له بالرمز Δ حيث يتم ربط الأطراف مع بعضها في حلقة على شكل مثلث. وفي هذه الحالة، يكون الجهد بين الأطوار مساويًا للجهد بين الأطوار في النظام النجمي، مما يؤدي إلى توفير طاقة أكبر، ولكن مع جهد أعلى.
 |
| أنواع التوصيل في النظام ثلاثي الطور |
مزايا النظام ثلاثي الأطوار
- الزيادة في الكفاءة: حيث يسمح النظام ثلاثي الأطوار بتوزيع الطاقة الكهربائية بشكل أكثر توازنا، مما يجعله الخيار الأمثل في الميدان الصناعي.
- استخدام المحركات الكهربائية: يساعد النظام ثلاثي الأطوار في تشغيل المحركات ثلاثية الأطوار بكفاءة عالية وبطريقة سلسة مقارنة بالمحركات أحادية الطور مما يجعلها أكثر قوة.
- تقليل الخسائر في الطاقة: يساعد توزيع الأطوار الثلاثة بزاوية 120 درجة على تقليل الخسائر في الطاقة نتيجة التوزيع الغير المتوازن للحمولات الكهربائية، مما يزيد من فعالية النظام.
تطبيقات النظام ثلاثي الأطوار.
يُستخدم النظام ثلاثي الأطوار في العديد من المجالات، ومن أهمها ما يلي:
- نقل الكهرباء: يستخدم هذا النظام في أنظمة نقل الطاقة الكهربائية بما فيها عالية الجهد على مسافات طويلة.
- المحركات الكهربائية: يعد الخيار الأمثل لتشغيل المحركات الكبيرة في الميدان الصناعي.
- الأجهزة الكهربائية الكبيرة: مثل الغسالات الصناعية، المصاعد، وأجهزة التكييف التي تحتاج إلى طاقة كبيرة.
مثال تطبيقي على النظام ثلاثي الأطوار
لنفترض أنه لدينا محرك كهربائي بقدرة 10 كيلو وات وهو متصل بشبكة كهربائية ثلاثية الأطوار بجهد 400 فولت. فإنه يمكن حساب شدة التيار باستخدام الصيغة التالية:
- I = P / ( U x √3 x I x cos(θ) )
- I = 10000 / ( 400 x √3 x 1 ) = 14,43A
يعتبر النظام ثلاثي الأطوار الخيار الأمثل لنقل الطاقة الكهربائية وتوزيعها بكفاءة عالية. وهذا ما يجعله مستخدما بكثرة في التطبيقات الصناعية والتجارية لما له من دور في تعزيز فعالية الأجهزة الكهربائية.