تفاوت های منبع تغذیه تکفاز و سه فاز

در این برگه قصد داریم به بررسی مفاهیم و کاربردهای مهم منبع تغذیه تکفاز و سه فاز بپردازیم و تفاوت‌های آن‌ها را بررسی کنیم. پس با ما همراه باشید.

فهرست مطالب

1- مقدمه

2- فاز برق چیست؟

3- برق تکفاز چیست؟

4- برق سه فاز چیست؟

5- تفاوت بین منبع تغذیه تک فاز و سه فاز

——————————

1- مقدمه

جریان AC نوعی از جریان برق است که در آن جهت جریان به طور مکرر تغییر می‌کند.

منبع تغذیه AC برای مناطق خانگی و صنعتی در سال 1900 معرفی شد و اکنون در نسبت‌های گسترده‌ای استفاده می‌شود.

سیستم‌های منبع تغذیه به دو نوع برق تک فاز و سه فاز طبقه‌بندی می‌شوند.

برق سه فاز بیشتر در مناطق صنعتی که بارهای زیادی وجود دارد، استفاده می شود. و برق تک فاز در همه خانه‌ها (به این دلیل که دستگاه در خانه به برق کمتری نیاز دارد) مورد استفاده قرار می گیرد.

در مقاله امروز در مورد تفاوت توان‌های تک فاز و سه فاز و در مورد علت تبدیل برق تک فاز به سه فاز صحبت خواهیم کرد.

——————————

2- فاز برق چیست؟

در اصطلاح رایج، ولتاژ در فاز، ولتاژ بین جریان یا کابل خنثی بین سیم‌ها است.

در توزیع بار، در صورت استفاده از یک سیم، بار روی آن افزایش می‌یابد و در صورت استفاده از سه سیم، بار بین آنها تقسیم می‌شود. به همین دلیل است که توان کمتر در برق تک فاز و قدرت بیشتر در برق سه فاز را می‌توان به زبان ساده بیان کرد. در صورت استفاده از سیستم تک فاز در هر فضایی مانند منزل یا محل کار یا مغازه از دو سیم استفاده می شود. در حالی که در سیستم سه فاز از سه سیم یا چهار سیم استفاده می‌شود. هر دو از برق متناوب برای اشاره به سیستم های برق مانند واحدهای تک فاز و سه فاز استفاده می کنند. این به این دلیل است که گردش جریان در سیستم قدرت AC همیشه در جهت متناوب است. تفاوت اصلی بین این دو منبع در قابل اطمینان بودن تحویل است. در سراسر میدان الکتریکی، برق AC از طریق یک سیستم قدرت تک فاز توزیع می شود. که در آن همه منابع به طور همزمان در ولتاژ تغییر می کنند. این نوع توزیع منبع تغذیه زمانی استفاده می شود که بارها معمولاً حاوی گرما و الکتریسیته از جمله یک موتور الکتریکی غول پیکر هستند.

هنگامی که منبع تغذیه موتور به یک موتور AC متصل می شود. سپس میدان مغناطیسی چرخشی ایجاد نمی کند. به نوبه خود، موتور تک فاز برای کار به مدار اضافی نیاز دارد. اما چنین موتورهای الکتریکی با توانی در حدود 10 کیلو وات نادر هستند. ولتاژ سیستم تک فاز در هر سیکل به دو برابر مقدار پیک می رسد. برق مستقیم ساکن نیست.

——————————

3- برق تکفاز چیست؟

برق تک فاز متداول ترین شکل انتقال برق AC است که در آن برق متناوب تنها با استفاده از دو هادی به نام‌های فاز و نول توزیع می‌شود. از آنجایی که نیازهای برق مسکونی معمولاً بسیار کمتر از نیازهای برق تجاری است، نوع تک فاز کافی است. اصطلاح جریان متناوب یا AC، نحوه متناوب شدن توان در سیکل‌ها را با اوج‌گیری ولتاژ و کاهش پیوسته بین دامنه مثبت و منفی (جایی که ولتاژ در منبع تغذیه تک فاز به حداکثر مقدار خود در 90 درجه در نیم سیکل مثبت و حداکثر مقدار در 270 درجه در نیم سیکل منفی می‌رسد.) توصیف می‌کند. همانطور که ممکن است انتظار داشته باشید، برق تک فاز یک موج واحد از توان تولید می کند، که در شکل زیر نشان داده شده است:

این نمودار نشان می‌دهد که توان خروجی یک منبع تغذیه تک فاز ثابت نیست، به این معنی که ولتاژ آن با عبور از صفر دو بار در هر سیکل افزایش و کاهش می‌یابد. در این لحظات، فقدان موقت توان وجود دارد. بنابراین، برق تک فاز ثابت نیست. با این حال، برق تکفاز برای اکثر نیازهای مسکونی رضایت بخش است، یک مدار انشعاب استاندارد 15 آمپر و 120 ولت، می‌تواند بارهای الکتریکی تا 1800 وات را پشتیبانی کند. خانه ای با منبع برق 100 آمپر و 240 ولت به بارهایی تا 24000 ولت محدود می‌شود.

مزایای برق تک فاز

• اتصالات تک فاز برای لوازم خانگی و منازل مسکونی در نظر گرفته شده‌است. به این دلیل که اکثر وسایل برقی مانند تلویزیون، چراغ‌ها، پنکه‌ها، یخچال و غیره برای کار کردن به مقدار کمی برق نیاز دارند.
• عملکرد اتصال تک فاز، ساده و معمولی است. این شامل یک واحد جمع و جور و سبک است که در آن جریان برق از طریق سیم‌ها در صورت افزایش ولتاژ ، کمتر خواهد بود.
• تضمین می‌کند که برق از یک اتصال تک فاز، در بهترین حالت کار می کند و توان را به طور موثر انتقال می دهد.
• اتصال تک فاز برای واحدهایی تا حداکثر 5 اسب بخار بهترین کارایی را دارد.

معایب برق تک فاز

• تجهیزات سنگین مانند موتورهای صنعتی و سایر ماشین آلات نمی‌توانند با استفاده از منبع تغذیه تک فاز کار کنند.
• موتورهای کوچک که کمتر از یک کیلووات هستند، به دلیل عدم وجود گشتاور اولیه مورد نیاز موتور، نمی توانند با منبع تغذیه تک فاز کار کنند. بنابراین، برای عملکرد روان موتور به تجهیزات اضافی به نام استارت موتور نیاز است.

——————————

4- برق سه فاز چیست؟

هنگامی که برق AC با استفاده از سه هادی خط به بار توزیع می‌شود، منبع تغذیه الکتریکی به عنوان منبع تغذیه سه فاز شناخته می‌شود. در منبع تغذیه سه فاز، به چهار سیم، یعنی یک سیم خنثی و سیم سه هادی نیاز است. البته، وجود سیم خنثی در منبع تغذیه 3 فاز به نوع اتصال سیم پیچ منبع و بار بستگی دارد. بدین معنی که، بطور کلی، دو نوع پیکربندی مدار در منبع تغذیه سه فاز بنام مثلث و ستاره وجود دارد. پیکربندی مثلث به سیم خنثی نیاز ندارد و فقط تمام سیستم‌های ولتاژ بالا از آن استفاده می‌کنند. در حالی که، پیکربندی ستاره به یک سیم خنثی و یک سیم زمین نیاز دارد.
در منبع تغذیه سه فاز برای هر فاز سه شکل موج وجود دارد که 120 درجه با یکدیگر اختلاف فاز دارند. شکل موج برای منبع تغذیه سه فاز سینوسی در شکل زیر نشان داده شده‌است. از شکل موج منبع تغذیه سه فاز می توان به این نکته اشاره کرد که توان متوسط هرگز به صفر نمی رسد. به عبارت دیگر، توان خروجی یک برق سه فاز ثابت می ماند.  از این رو هیچ ضربانی در توان متوسط وجود ندارد. منبع تغذیه سه فاز به طور گسترده در کاربردهای صنعتی و تجاری استفاده می شود.

مزایای برق سه فاز

• برای راه اندازی موتورهای صنعتی سنگین به هیچ نوع استارت اضافی نیاز ندارد؛ زیرا قدرت کافی برای تامین گشتاور لازم را دارد.
• ماشین آلات بزرگ به طور موثر کار می‌کنند. بارهای صنعتی و تجاری به دلیل نیاز به برق سنگین، اتصال سه فاز را ترجیح می‌دهند.
• با افزایش تعداد فازها در سیستم تغذیه، ولتاژ برق سه فاز صاف‌تر می‌شود.
• اتصال سه فاز برای انتقال نیروی الکتریکی نیازی به مواد رسانا بیش از حد ندارد. بنابراین، در مورد ارائه یک راه حل مقرون به صرفه، اتصال سه فاز اقتصادی‌تر است.

معایب برق سه فاز

• بزرگترین عیب اتصال سه فاز این است که نمی‌تواند بار اضافه را تحمل کند. به این ترتیب، ممکن است به تجهیزات آسیب برساند و احتمال تعمیرات پرهزینه بیشتر است. این به این دلیل است که هزینه قطعات جداگانه گران است.
• از آنجایی که ولتاژ واحد بسیار بالا است، اتصال برق سه فاز نیاز به هزینه‌های عایق بالایی دارد. عایق بندی به دلیل ولتاژ متفاوت است و اندازه سیم‌ها به توزیع برق بستگی دارد.

——————————

5- تفاوت بین منبع تغذیه تک فاز و سه فاز

تفاوت‌های کلیدی بین منبع تغذیه تک فاز و سه فاز عبارتند از:

شرح

• نوع منبع تغذیه AC است که در آن فقط یک شکل موج ولتاژ وجود دارد، یعنی فقط یک فاز دارد و به عنوان منبع تغذیه تک فاز شناخته می‌شود.
• نوع منبع تغذیه AC است که دارای 3 شکل موج ولتاژ یعنی 3 فاز است و به عنوان منبع تغذیه سه فاز شناخته می‌شود.

تعداد هادی

• فقط دو هادی فاز و نول برای تامین برق تک فاز مورد نیاز است.
• منبع تغذیه سه فاز حداقل به سه هادی برای سه فاز (چهار سیم، 3 سیم خط و یک نول در مورد سیستم متصل ستاره) برای تامین برق بار نیاز دارد.

تعداد شکل موج ولتاژ

• منبع تغذیه تک فاز فقط یک شکل موج ولتاژ دارد (عملاً یک موج سینوسی).
• در مورد منبع تغذیه سه فاز، سه شکل موج ولتاژ مربوط به سه فاز وجود دارد.

ولتاژ تغذیه

• در منبع تغذیه تک فاز، ولتاژ تغذیه 230 ولت با تغییرات 10± می باشد.
• در منبع تغذیه سه فاز ولتاژ خط به خط 440 ولت با تغییرات 10± می باشد.

توان تحویلی

• برق ارائه شده در منبع تغذیه تک فاز، ضربانی است.
• برق ارائه شده توسط منبع تغذیه سه فاز، ثابت است.

پیچیدگی مدار

• مدار تغذیه تک فاز بسیار ساده است.
• مدار تغذیه سه فاز پیچیده است.

ظرفیت انتقال نیرو

• ظرفیت انتقال برق منبع تغذیه تکفاز کمتر است.
• برق سه فاز توان نسبتاً بیشتری برای انتقال دارد.

راندمان انتقال

• منبع تغذیه تک فاز دارای راندمان انتقال پایین است.
• راندمان انتقال در صورت تامین برق سه فاز بالاست.

اندازه هادی

• در منبع تغذیه تک فاز، سطح مقطع هادی مورد استفاده زیاد است.
• منبع تغذیه سه فاز، به سطح مقطع نسبتاً کوچکتری از هادی نیاز دارد.

قطعی برق

• احتمال قطع برق به دلیل خطا بیشتر است زیرا در تغذیه تکفاز فقط یک فاز وجود دارد. اگر خطا رخ دهد، دیگر توانی وجود ندارد.
• تغییرات قطع برق کمتر است، زیرا دارای 3 فاز است. اگر در 1 یا 2 فاز خطا وجود داشته باشد، برق به طور مداوم با استفاده از فازهای باقیمانده تحویل داده می‌شود.

سیم خنثی

• منبع تغذیه تک فاز لزوما دارای سیم خنثی است که به عنوان مسیر برگشت جریان عمل می‌کند.
• در منبع تغذیه سه فاز، وجود سیم نول به پیکربندی مدار بستگی دارد. در اتصال ستاره، به سیم خنثی نیاز است. درحالیکه در اتصال مثلث، سیم خنثی وجود ندارد.

تولید میدان مغناطیسی دوار

• منبع تغذیه تک فاز نمی تواند میدان مغناطیسی دوار را در ماشین‌های الکتریکی مانند موتور القایی ایجاد کند.
• منبع تغذیه سه فاز می‌تواند میدان مغناطیسی دوار (RMF) را در ماشین‌های الکتریکی ایجاد کند.

مناسب بودن

• منبع تغذیه تک فاز برای توزیع برق در فواصل کوتاه مناسب است.
• منبع تغذیه سه فاز برای انتقال برق از راه دور و همچنین توزیع توان بالا برای اجرای بارهای سه فاز استفاده می‌شود.

امکان تبدیل

• منبع تغذیه تک فاز برای تبدیل به منبع تغذیه سه فاز به مبدل های گران قیمت نیاز دارد.
• منبع تغذیه تک فاز را می توان مستقیماً از منبع تغذیه سه فاز بین یک فاز و نول گرفت.

اقتصاد

• منبع تغذیه تک فاز کمتر به صرفه است.
• منبع تغذیه سه فاز به صرفه‌تر از منبع تغذیه تکفاز است.

برنامه‌های کاربردی

• منبع تغذیه تک فاز به طور گسترده برای برق رسانی به لوازم برقی کم مصرف در خانه و ادارات استفاده می‌شود.
• منبع تغذیه سه فاز برای تامین برق بارهای سنگین در صنایع استفاده می‌شود.

نتیجه گیری

مهم‌ترین تفاوت منبع تغذیه تک فاز و سه فاز این است که منبع تغذیه تکفاز دارای یک مدار ساده از دو سیم برای انتقال برق به بارهای کوچک مانند وسایل مورد استفاده در منازل و ادارات است. منبع تغذیه سه‌فاز برای رساندن توان بالا به بارهای سنگین در صنایع مقرون به صرفه‌تر است.

 

مراجع

?Single Phase VS Three Phase: What’s the Difference

Difference between Single-Phase and Three-Phase Power Supplies

Difference Between Single Phase and Three Phase AC Power Supply

مطالب مرتبط

راه‌‌اندازی موتور سه فاز با منبع تکفاز

موتورالقایی تکفاز- ساختار- نحوه کار- انواع و ویژگی هایشان

مدار معادل موتور القایی سه فاز و تکفاز