منتدى برامج نت
هل تريد التفاعل مع هذه المساهمة؟ كل ما عليك هو إنشاء حساب جديد ببضع خطوات أو تسجيل الدخول للمتابعة.

منتدى برامج نتدخول

descriptionتيار ثلاثي الأطوار Emptyتيار ثلاثي الأطوار

more_horiz
تيار ثلاثي الأطوار
(بالتحويل من تيار ثلاثي الطور)

تيار ثلاثي الأطوار 412px-Three_Phase_Electric_Power_Transmission

نقل ثلاثي الأطوار
التيار الثلاثي الأطوار(Three-phase electric power ) هو نظام كهربائي متعدد الأطوار خاص بالتيار المتردد وهو المستعمل والأكثر شيوعا في محطات الطاقة التي تنتج الكهرباء . وسميت ثلاثية الأطوار لأن ثلاثة تيارات تسير في ثلاثة أسلاك ، وكل تيار من هؤلاء الثلاثة 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 بواسطتها المترو و القطارات الكهربائية كما لها استخدامات أخرى ولكن بشرط وجود طرف أخر يسمي طرف التعادل .
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%.

محتويات


مبدأ الطريقة

تيار ثلاثي الأطوار 270px-Simpel-3-faset-generator

توضيح عمل مولد للتيار الثلاثي أطوار. ينتج المغناطيسي الذاتي الدوار جهد حث في الثلاثة موصلات المحيطة به ، ويرمز لتلك الجهود الكهربائية بالرموز UL1و UL2 و UL3.
تيار ثلاثي الأطوار 270px-Dreiphasendrehstrom_mit_Strangspannungen

تغير الجهود الكهربائية مع الزمن في نظام ثلاثي الأطوار .
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 تيار ثلاثي الأطوار 7d2db2b2c90be143cb85c105105317da .
في شبكات الضغط المنخفض في أوروبا تستخدم في العادة جهد نجمي إسمي يعادل 230 فولط ، أي أن الجهد بين سلكين من موصلات الكور تبلغ :
تيار ثلاثي الأطوار 15c97d8e9b9cf0b575f9766fc00012bd
وهذا ما يسمى "الجهد التسلسلي".
بالنسبة إلى شبكات الضغط المنخفض المستخدمة في أوروبا فهي تسمى "شبكات 400 فولط للتيار المتردد". [1]
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.

نقل الكهرباء

تيار ثلاثي الأطوار Cast_resine_transformer

محول تيار ذو ثلاثة أطوار  ; أزرق: الحامل العلوي والحامل السفلي ، أحمر : الملفات .
يستخدم التيار ثلاثي الأطوار بصفة رئيسية في نقل الكهرباء عن طريق الشبكة الكهربائية بغرض توفير استهلاك المواد ولكفاءته العالية (فاقد بسيط). ولكن تستخدم بعض البلاد توزيع التيار أحادي الطور في شبكتها الكهربائية وعلى الأخص لتشغيل القطارات الكهربائية و المترو ، وهذا يرجع لأسباب تاريخية . وفي العصر الحاضر يستخدم التيار الأحادي الطور في نقل الجهد العالي للتيار المستمر بسبب زيادة أنتاج طاقة رياح بحرية في حقول بحرية لتوصيل الطاقة الكهربيائية المنتجة إلى السواحل .
يمكن نقل الكهرباء بواسطة محولات كهربائية عالية القدرة على هيئة تيار ثلاثي الأطوار في شبكة الكهرباء عند توزيع مستوات مختلفة من الجهد الكهربائي - من ضغط عالي يُنتج في محطات القوي إلى ضغط متوسط للنقل إلى ضغط منحفض للاستخدام في البيوت والمصانع - بكفاءة عالية تصل إلى 99%. ومن حيث المبدأ فيمكن أيضا استخدام ثلاثة محولات يعمل كل منها بطور واحد لتشغيل محركات وأجهزة تعمل بثلاثة أطوار للتيار . وتستخدم تلك الطريقة الأخيرة حينما تستدعيها صعوبات في النقل من حيث خفض الوزن و تصغير المقاييس . ولكن تطبيق محول لتيار ثلاثي الأطوار ذو ثلاثة أو خمسة أطراف في قلبه الحديدي يكفل أيضا استخدام اقتصادي للمواد. وعن طريق تسلسل التيارات المغناطيسية في الثلاثة جهود النجمية يمكن الاستغناء أيضا عن القلب الحديدي للمحول. وعلى وجه العموم فيتميز محول التيار ذو ثلاثة أطوار بفاقد أقل للقدرة في القلب الحديدي عن ثلاثة محولات ذات طور واحد لانتاج نفس القدرة الكهربائية ، ذلك لأن الفاقد في الطاقة يتناسب مع كتلة القلب الحديدي. كما توجد دارة خاصة تسمى "دارة سكوت" Scottschaltung وتتكون من محولين كهربائيين ، وهي تسمح بتحويل أنظمة الثلاثة أطوار إلى نظام طورين أثنين أو إلى نظام أربعة أطوار على أن يحمل النظام ذو ثلاثة أطوار بنفس القدر من التحميل .

توليد تيار ثلاثي الأطوار وتوزيعه

تيار ثلاثي الأطوار 352px-3-phase_flow

توضيح مسار تيار ثلاثي الأطوار.اليسار : المولد ، وإلى اليمين :المستهلك ، وقد يكون محركا كهربائيا يعمل بتيار ثلاثي الأطوار ،مثلا.
تيار ثلاثي الأطوار 250px-Hawkins_Electrical_Guide_-_3phase_Elementary_6wireتيار ثلاثي الأطوار 100px-Hawkins_Electrical_Guide_-_3phase_Elementary_3wire
Left: منوب كهربائي متصل بستة أسلاك ، يمر كل طور للتيار في سلكين .[2] اليمين: منوب كهربائي ينتج ثلاثة تيارات منزاحة الطور ، وكما يبدو تسير التلاثة تيارات في ثلاثة أسلاك . أقصى اليمين : تغير الثلاثة تيارات وهي منزاحة عن بعضها بمقدار 120 درجة.[3]
في محطة توليد طاقة كهربائية يقوم مولد كهربائي بتحويل طاقة الحركة إلى ثلاثة تيارات مترددة ، يخرج كل منها بكبل من كل ملف في المولد . في المولد تكون الثلاثة ملفات مرتبة بحيث تنتج نفس التردد في هيئة موجة جيبية ، ولكن بقمم وقيعان مرتبة منزاحة زمنيا عن بعضها البعض بمقدار ثلث الدورة ، أي بزاوية 120° . التردد الخارج من محطة توليد الكهرباء يكون عادة 50 هرتز وفي بعض البلاد يكون التردد 60 هرتز. وتقوم في محطة الكهرباء محولات كهربائية بتحويل الجهد الكهربائي إلى مستوى عالي مناسب للنقل ، فيقل بذلك التيار المفقود أثناء النقل .
وبعد عدة تحويلات أخرى بواسطة محولات كهربائية ، يخفض الجهد voltage ليناسب الاستخدام لدى المستهلك .
معظم المحولات تنتج تيارا مترددا في ثلاثة أطوار ، ويمكن تقويم تلك التيارات عن طريق قنطرة دايود لينتج تيارا مستمرا.[4]

الحقل الدوار

يسهل التيار ثلاثي الأطوار انتاج حقل مغناطيسي منتظم الدوران . ويستخدم مثل هذا الحقل الدوار في تشغيل آلة تيار ثلاثي الأطوار ، والتي قد تكون محركا يسير بتيار ثلاثي الأطوار أو مولد كهربائي ينتج الطاقة الكهربائية .
وتصنف آلات التيار ثلاثي الأطوار بنوعين:

  • آلة تزامن : وفيها يدور العضو الدوار بنفس معدل دوران الحقل المغناطيسي الدوار في العضو الساكن ، و
  • آلة غير تزامنية: وفيها يدور العضو الدجوار بمعدل مغاير لمعدل دوران حقل العضو الثابت . وتسمى النسبة المئوية لحاصل طرح المعدلين انزلاق.


  • توضيح الحقل في آلة تزامنية تعمل بتيار ثلاثي الأطوار
  • تيار ثلاثي الأطوار 150px-3phase-rmf-noadd-60f-airopt
    تتابع شدة الحقل المغناطيسي لتيار ثلاثي الأطوار في ملفات العضو الثابت
  • تيار ثلاثي الأطوار 150px-3phase-rmf-60fv2-airopt
    توضيح جمع متجهات القوي: مقدمة المؤشر تمثل مجموع القوى أثناء دورة كاملة.


ويمكن عن طريق تبديل سلكين من الثلاثة أسلاك الخارجية عكس اتجاه دوران الحقل المغناطيسي الدوار في نظام التيار ثلاثي الأطوار .
تيار ثلاثي الأطوار 280px-TMW_50906_Schnittmodell_einer_Drehstrommaschine_%28Asynchronmaschine%29

مقطع في آلة تيار ثلاثي الأطوار غير تزامنية. العضو الدوار محمول على محملين كرات إلى اليمين وإلى اليسار.
آلة التيار ثلاثي الأطوار الغيز تزامنية تعمل ب مبادل كهربائي وهي أكثر كفاءة من آلة تيار أحادي الطور . تسمى الثلاثة أسلاك في هذه الآلة L1,و L2 و L3 في البلاد المتكلمة بالإنجليزية (وأحيانا AB و C ) ، وتسمى UV و W في البلاد المتحدثة بالألمانية .
محرك تيار مستمر من دون فرش يحتاج إلى مغير التردد يقوم بتغيير التيار المستمر إلى تيار متردد ينتج الحقل المغناطيسي الدوار .
ولكي يبدأ محرك تيار ثلاثي الأطوار العمل نحتاج إلى دائرة نجمية أو محول كهربائي للبدء .

دائرة ثلاثة أسلاك ودائرة أربعة أسلاك

تيار ثلاثي الأطوار 220px-The_basic_3-phase_configurations.svg

دائرة واي نجمية (Y) ودائرة دلتا (Δ) مثلثة
توجد دائرتين أساسيتين للتيار ثلاثي الأطوار تستخدم لتوزيع الكهرباء لدى المستهلك . واحدة منهما تقدم ثلاثة أطراف للتوصيل وتسمى توصيل دلتا ، والثانية تقدم للمستهلك أربعة أطراف وتسمى توصيل نجمة (أنظر الشكل). السلك الرابع في توصيل النجمة يكون متعادل ومتصل بالأرضي ، فهو لا يحمل تيارا . الدائرة ذات تلاثة أسلاك والدائرة ذات أربعة أسلاك لا تحتسب من ضمنها السلك الأرضي الذي يستخدم في كثير من خطوط نقل الكهرباء ، وهذا الأرضي لغرض التأمين ولا يحمل تيارا.
في توصيل دلتا تكون إحدى ملفات المحول الكهربائي دلتا مقسوما من نصفه ويخرج منه الطرف المتعادل . تلك اللوحة التي يستخدمها المستهلك تقدم له ثلاثة أنواع من الجهود :

  1. توصيل نجمة
  2. توصيل دلتا

مغناطيس التيار المتردد


في التيار المتردد تتغير شدة التيار دوريا من نهاية عظمى (مطال) تنخفض إلى الصفر (عند ربع طول الموجة) إلى نهاية صغرى (مطال معكوس الإشارة) ثم إلى الصفر ثم يصل ثانيا إلى النهاية العظمى التي بدأ منها ، و بذلك تكون الدورة قد تمت . وتتكرر تلك الدورة للتيار المتردد (أنظر الشكل). ونظرا لذلك التغير الذي تصل فيه قيمة التيار دوريا إلى الصفر في حالة التيار المتردد فلا بد من ضمان عمل المغناطيس المستمر خلال اللحظات الدورية التي لا يمر خلالها تيار في الملف .
تيار ثلاثي الأطوار 500px-Zugmagnet-spaltpol.svg

تتطابق تياران مترددان مختلفي الطور. المحور الأفقي : الزمن ، المحور الرأسي: شدة المجال المتولدة.
ويتم ذلك عن طريق استخدام ملف إضافي ينتج تيارا مترددا إضافيا و يكون في طور منزاحا عن طور التيار المتردد الأصلي ، بحيث يتطابق التياران المترددان على بعضهما البعض ، وتصبح للمحصلتهما دائما قيمة مختلفة عن الصفر (أنظر الشكل ، المنحنى الأسود). كما يمكن إجراء ذلك عن طريق استخدام تيار ثلاثي الأطوار وهو النظام المتبع لتشغيل المحركات الكهربائية في القطارات والروافع وغيرها.
تيار ثلاثي الأطوار 500px-Dreiphasenwechselstrom.svg

سريان تيار ثلاثي الأطوار للجهود U1, U2, U3
يربط قانون أوم العلاقة بين الجهد الكهربائي U و شدة التيار الكهربائي I.

شحن بطارية سيارة كهربائية

بالنسبة إلى شحن بطارية السيارة الكهربائية فيعتمد زمن الشحن على قدرة السيارة ونوع التيار . فتحتاج سيارة كهربائية قدرتها 40 كيلوات ساعي نحو 11 ساعة لشحنها بالتيار المنزلي ذو الطور الواحد (16 أمبير و 7و3 كيلوواط) في حين أنها تشحن لمدة 4 ساعات عند توصيلها بتيار ثلاثي الأطوار (16 أمبير ، 11 كيلوواط). وتحتاج السيارة الكهربائية ذات القدرة 10 كيلوواط ساعي نحو ثلاثة ساعات لشحنها بالمنزل (بتيار أحادي الطور ) بينما يتم شحنها بتيار ثلاثي الأطوار خلال 1 ساعة .

المراجع

[list=references]
[*]^ Umdruck I: Stromsysteme, Drehstrom. (PDF; 122 kB) Universität Stuttgart, Institut für Leistungselektronik und elektrische Antriebe
[*]^ Hawkins Electrical Guide, Theo. Audel and Co., 2nd ed., 1917, vol. 4, Ch. 46: Alternating Currents, p. 1026, fig. 1260.
[*]^ Hawkins Electrical Guide, Theo. Audel and Co., 2nd ed., 1917, vol. 4, Ch. 46: Alternating Currents, p. 1026, fig. 1261
[/list]
privacy_tip صلاحيات هذا المنتدى:
لاتستطيع الرد على المواضيع في هذا المنتدى
power_settings_newقم بتسجيل الدخول للرد