ترانس سه فاز عبارت است از ترانس هایی که برای انتقال ولتاژ با فناوری های جدیدتر در میان منابع مختلف ساخته شده اند. این ترانس ها در کل به صورت کاهنده و افزاینده استفاده می شوند. تجهیزات دیگری هم وجود دارد که ممکن است از ترکیب دو یا سه و یا شش فاز طراحی شده باشند. همچنین اگر ما سه ترانس تک فاز را انتخاب کنیم و سیم پیچ های اصلی را به آن ها وصل کنیم و دیگر سیم پیچ ها را هم در یک پیکربندی قرار دهیم، در این زمان یک ترانس سه فاز را ایجاد کرده ایم.
از این ترانس می توان برای یک منبع جهت تولید برق، انتقال و توزیع برق در شبکه های مختلف(برای صنایع) استفاده کرد. ترانس های سه فاز در مقابل ترانس های تک فاز دارای مزایای بیشتری می باشند.
ساختار ترانس سه فاز
ترانس سه فاز دارای سیم پیچ ها و یک هسته مرکزی می باشد. ساختار کلی این ترانس به مانند این است که سه ترانس تک فاز با یکدیگر ادغام شده اند و اندازه و وزن این ترانس ها به صورتی است که همه بر روی یک مدار مغناطیسی عمل می کنند. ترانس سه فاز در کل دارای سه مدار مغناطیسی است که با یکدیگر ادغام شده اند. همچنین ولتاژ و شار مغناطیسی در میان سیم پیچ ها به صورت متعادل و یکسان تقسیم می شوند.
ترانس سه فاز نیز خود به دو دسته ترانس پوسته و ترانس هسته تقسیم می شوند. به ترانسی که سیم پیچ ها را احاطه می کند، ترانس پوسته گفته می شود و به ترانسی که در آن هسته سیم پیچ ها را در بر گرفته است. در ترانس سه فاز هسته ها و سیم پیچ ها سه واحد هستند.
ترانس های سه فاز دارای چهار اتصال پایه می باند که عبارتند از:
ستاره-ستاره (Y-Y)
مزایای اتصال ستاره-ستاره
- دو سطح ولتاژ در دسترس
- عایق قسمت فشار قوی
- تعادل هنگام تغذیه ولتاژهای تکفاز و سه‌فاز
معایب اتصال ستاره-ستاره
- وجود مولفه هارمونیک سوم در اتصال زمین نشده
- گرم شدن بیش از حد
ستاره- مثلث ($$Y-\Delta$$)
مزایای اتصال $$Y-\Delta$$
- در دسترس بودن خنثی در سمت اولیه که می‌توان آن را برای جلوگیری از اعوجاج، زمین کرد.
- قابل استفاده برای ولتاژ تک فاز و سه‌فاز
- حذف جریان‌های هارمونیک سوم
معایب اتصال $$Y-\Delta$$
- از آن‌جایی که اولیه و ثانویه هم فاز نیستند، نمی توانند موازی با ترانسفورماتورهای Y-Y یا $$\Delta-\Delta$$ کار کنند.
- سمت $$\Delta$$ به عایق‌بندی نیاز دارد.
مثلث- ستاره ($$\Delta – Y$$)
مزایای اتصال مثلث- ستاره
- اتصال متعادل هنگام تغذیه بارهای تکفاز و سه‌فاز
- وجود نقطه خنثی در سمت ستاره
- حذف هارمونیک سوم
معایب اتصال مثلث-ستاره
- نیاز به عایق‌بندی کامل در سیم پیچی مثلث
مثلث-مثلث ($$\Delta – \Delta$$)
مزایای اتصال مثلث- مثلث
- مناسب برای بارهای موتوری سه‌سیمه
- امکان قطع یک فاز بدون ایجاد وقفه در کارکرد
- حذف هارمونیک سوم (با گردش جریان)
معایب اتصال مثلث-مثلث
- نیاز به عایق کامل برای سیم‌پیچی فشارقوی
- عدم تعادل هنگام تغذیه بارهای سه‌فاز و تک فاز به دلیل عدم وجود نقطه خنثی
علت استفاده از ترانس های سه فاز چیست؟
برای ترانس های سه فاز و ژنراتورهای سنکرون که نقش بسزایی در سیستم قدرت دارند، نسبت توان به وزن بطور کلی از حالت تک فاز بیشتر است. به همین دلیل هزینه نهایی و ساخت وحمل و نقل بسیار کاهش میابد. موتورهای القایی در صنعت پر کاربردترین موتورها هستند. موتور القایی دارای سه فاز بوده و در صورتیکه موتورهای تک فاز برای راه اندازی نیاز به خازن و سیم پیچ داشته باشند می توانند از این موتور ها کمک بگیرند.
یکی از دلایلی که باعث شده است هزینه بسیار کاهش پیدا کند، راندمان و ضریب توان ماشین های الکتریکی سه فاز نسبت به تک فاز ها است. با سیستم سه فاز حجم توان بیشتری انتقال داده می شود. بنابراین نسبت توان به هزینه های جاری (مثل کابل کشی و هادی ها) در سه فاز به صرفه تر است. در کل با سه تا سیم توان بسیار زیادی قابل انتقال خواهد بود. همچنین سیستم سه فاز نیزانعطاف پذیر تراز سیستم تک فاز می باشد.
در سیستم سه فاز توان نسب به زمان ثابت می باشد و همچون برق مستقیم پیوسته بوده و نوسان توان وجود ندارد. در مقابل سیستم تک فاز نوسان توان پنجاه یا صد هرتزی دارد و این یک ضعف شناخته شده و باعث می شود که موتور یا ژنراتور با قدرت ده کیلو وات ساخته شود.
چگونگی امتحان کردن سیستم های سه فاز
دستگاه هاي سه فاز نظير پمپ ها، كمپرسورها، و ... باید فازهايشان به ترتيب درستي وصل شود تا از خرابي آنها جلوگيري شود. اين دستگاه ها در صورتی كه به اشتباه وصل شوند، جريان كمتري را مي كشند و مي توانند به آساني توسط يک آمپروب (گيره روي آمپر متر) براي ميزان جرياني كه از شبكه مي كشند، امتحان شوند.
براي مثال آزمايش يك هوا ساز كه دارای يك كمپرسور است، مي توان فهميد كه اگر اين وسيله به صورت غلطي به برق سه فاز متصل شود، جريان بسيار كمي را خواهد كشيد و بنابراين جای هر كدام از دو سيم برق را مي توان براي تغيير فازها عوض كرد.
موتورهاي جيبي كوچكي وجود دارند كه از جهت چرخش آنها مي توان براي تشخيص توالي فازها استفاده كرد. اين موتورها گران هستند. يك جايگزين ارزا نتر استفاده از سه لامپ نئون و ديدن اينكه توالي فاز يا روشن شدن لامپ ها در چه جهتي مي چرخد، است.
به طور کلی خطوط سه فاز با ولتاژ بالا معمولا63 تا 20 کیلوولت وارد ترانس هایی با قدرت های مختلف شده و سطح ولتاژ را تا 380 ولت کاهش می دهند. این کاهش ولتاژ در کارخانجات و صنایع بزرگ , بیمارستان ها در خود محل صورت گرفته و فاز ها ابتدا وارد تابلو های MV شده و با اجرای حفاظت های فیدری به سمت ترانس های کاهنده می رود و سطح ولتاژ را برای استفاده 3 فاز در الکترو موتور های القایی و بقیه مصارف کاهش میدهند.