Sistem daya fase-terpisah mencapai efisiensi konduktor yang tinggi dan risiko keselamatan yang rendah dengan membagi tegangan total menjadi bagian-bagian yang lebih kecil dan memberi daya beberapa beban pada tegangan yang lebih rendah tersebut sambil menarik arus pada tingkat yang khas dari sistem tegangan penuh.
Omong-omong, teknik ini bekerja dengan baik untuk sistem daya DC seperti halnya untuk sistem AC satu fase. Sistem seperti ini biasanya disebut sebagai tiga kabel sistem daripada fase-terpisah karena "fase" adalah konsep yang terbatas pada AC.
Tapi kami tahu dari pengalaman kami dengan vektor dan bilangan kompleks bahwa tegangan AC tidak selalu bertambah seperti yang kami kira jika mereka keluar dari fase satu sama lain.
Prinsip ini, yang diterapkan pada sistem tenaga, dapat digunakan untuk membuat sistem tenaga dengan efisiensi konduktor yang lebih besar dan bahaya kejut yang lebih rendah dibandingkan dengan fase terpisah.
Misalkan kita memiliki dua sumber tegangan AC yang dihubungkan secara seri seperti sistem fase-terpisah yang kita lihat sebelumnya, kecuali bahwa setiap sumber tegangan berbeda fase 120° dengan yang lain:(Gambar di bawah)
Pasangan 120 sumber Vac bertahap 120°, mirip dengan fase terpisah.
Karena setiap sumber tegangan adalah 120 volt, dan setiap resistor beban dihubungkan langsung secara paralel dengan sumbernya masing-masing, tegangan pada setiap beban harus menjadi 120 volt juga. Mengingat arus beban sebesar 83,33 amp, setiap beban masih harus mengeluarkan 10 kilowatt daya.
Namun, tegangan antara dua kabel "panas" tidak 240 volt (120 0° - 120 180°) karena perbedaan fasa antara kedua sumber tidak 180°. Sebaliknya, tegangannya adalah:
Secara nominal, kami mengatakan bahwa tegangan antara konduktor "panas" adalah 208 volt (pembulatan ke atas), dan dengan demikian tegangan sistem tenaga ditetapkan sebagai 120/208.
Jika kita menghitung arus melalui konduktor "netral", kita menemukan bahwa itu tidak nol, bahkan dengan tahanan beban seimbang. Hukum Arus Kirchhoff memberitahu kita bahwa arus yang masuk dan keluar dari simpul antara dua beban harus nol:(Gambar di bawah)
Kawat netral membawa arus dalam kasus sepasang sumber berfase 120 °.
Jadi, kami menemukan bahwa kabel "netral" membawa 83,33 amp penuh, sama seperti setiap kabel "panas".
Perhatikan bahwa kami masih menyalurkan daya total 20 kW ke dua beban, dengan masing-masing kabel "panas" beban membawa 83,33 amp seperti sebelumnya.
Dengan jumlah arus yang sama melalui setiap kawat "panas", kita harus menggunakan konduktor tembaga pengukur yang sama, jadi kita tidak mengurangi biaya sistem dibandingkan sistem fase-terpisah 120/240.
Namun, kami telah menyadari peningkatan keamanan, karena tegangan keseluruhan antara dua konduktor "panas" adalah 32 volt lebih rendah daripada di sistem fase-terpisah (208 volt, bukan 240 volt).
Fakta bahwa kabel netral membawa arus 83,33 amp menimbulkan kemungkinan yang menarik:karena kabel itu membawa arus, mengapa tidak menggunakan kabel ketiga itu sebagai konduktor "panas" lainnya, memberi daya pada resistor beban lain dengan sumber 120 volt ketiga yang memiliki sudut fase dari 240 °?
Dengan begitu, kami dapat mengirimkan lebih banyak daya (10 kW lagi) tanpa harus menambahkan konduktor lagi. Mari kita lihat bagaimana tampilannya:(Gambar di bawah)
Dengan beban ketiga bertahap 120° ke dua beban lainnya, arusnya sama seperti untuk dua beban.
Analisis matematis lengkap dari semua tegangan dan arus di sirkuit ini akan memerlukan penggunaan teorema jaringan, yang paling mudah adalah Teorema Superposisi.
Saya tidak akan melakukan perhitungan yang panjang dan berlarut-larut karena Anda seharusnya dapat memahami secara intuitif bahwa tiga sumber tegangan pada tiga sudut fasa yang berbeda akan menghasilkan masing-masing 120 volt ke triad resistor beban yang seimbang.
Untuk membuktikannya, kita dapat menggunakan SPICE untuk menghitungnya:(Gambar di bawah, daftar SPICE:sistem tenaga polifase 120/208)
Sirkuit SPICE:Tiga 3-Φ beban bertahap pada 120°.
120/208 sistem tenaga polifase v1 1 0 ac 120 0 sin v2 2 0 ac 120 120 sin v3 3 0 ac 120 240 sin r1 1 4 1,44 r2 2 4 1,44 r3 3 4 1,44 .ac lin 1 60 60 .print ac v(1,4) v(2,4) v(3,4) .cetak ac v(1,2) v(2,3) v(3,1) .cetak ac i(v1) i(v2 ) i(v3) .end
VOLTASE SETIAP BEBAN frekuensi v(1,4) v(2,4) v(3,4) 6.000E+01 1.200E+02 1.200E+02 1.200E+02 TEGANGAN ANTARA KONDUKTOR "PANAS" frekuensi v (1,2) v(2,3) v(3,1) 6.000E+01 2.078E+02 2.078E+02 2.078E+02 ARUS MELALUI SETIAP SUMBER TEGANGAN frekuensi i(v1) i(v2) i(v3 ) 6.000E+01 8.333E+01 8.333E+01 8.333E+01
Benar saja, kami mendapatkan 120 volt di setiap resistor beban, dengan (kurang lebih) 208 volt antara dua konduktor "panas" dan arus konduktor sama dengan 83,33 amp. (Gambar di bawah)
Pada arus dan tegangan tersebut, setiap beban akan mengeluarkan 10 kW daya.
Perhatikan bahwa sirkuit ini tidak memiliki konduktor "netral" untuk memastikan tegangan stabil ke semua beban jika salah satu harus dibuka.
Apa yang kita miliki di sini adalah situasi yang mirip dengan sirkuit daya fase-terpisah tanpa konduktor "netral":jika satu beban gagal terbuka, tegangan turun pada beban yang tersisa akan berubah.
Untuk memastikan stabilitas tegangan beban jika terjadi pembukaan beban lain, kita memerlukan kabel netral untuk menghubungkan simpul sumber dan simpul beban bersama-sama:
Sirkuit SPICE dijelaskan dengan hasil simulasi:Tiga beban 3-Φ bertahap pada 120°.
Selama beban tetap seimbang (resistensi sama, arus sama), kabel netral tidak perlu membawa arus sama sekali. Itu ada untuk berjaga-jaga jika satu atau lebih resistor beban gagal terbuka (atau dimatikan melalui sakelar pemutus).
Sirkuit yang telah kami analisis dengan tiga sumber tegangan ini disebut polifase sirkuit. Awalan "poli" berarti "lebih dari satu", seperti dalam "poli teisme” (kepercayaan pada lebih dari satu dewa), “poli gon” (bentuk geometris yang terbuat dari beberapa segmen garis:misalnya, pentagon dan segi enam ), dan “poli atom” (zat yang terdiri dari beberapa jenis atom).
Karena semua sumber tegangan berada pada sudut fasa yang berbeda (dalam hal ini, tiga sudut fasa yang berbeda), ini adalah “poli sirkuit fase”.
Lebih khusus lagi, ini adalah sirkuit tiga fase , jenis yang digunakan terutama dalam sistem distribusi daya besar.
Mari kita survei keuntungan dari sistem tenaga tiga fase dibandingkan sistem satu fase dengan tegangan beban dan kapasitas daya yang setara. Sistem satu fasa dengan tiga beban yang dihubungkan langsung secara paralel akan memiliki arus total yang sangat tinggi (83,33 kali 3, atau 250 amp. (Gambar di bawah)
Sebagai perbandingan, tiga beban 10 Kw pada sistem 120 Vac menarik 250 A.
Ini akan membutuhkan kawat tembaga pengukur 3/0 (sangat besar!), Sekitar 510 pound per seribu kaki, dan dengan label harga yang cukup besar. Jika jarak dari sumber ke beban adalah 1000 kaki, kita membutuhkan lebih dari setengah ton kawat tembaga untuk melakukan pekerjaan itu.
Di sisi lain, kita dapat membangun sistem fase-terpisah dengan dua beban 15 kW, 120 volt. (Gambar di bawah)
Sistem fase terpisah menarik setengah arus 125 A pada 240 Vac dibandingkan dengan sistem 120 Vac.
Arus kami adalah setengah dari apa itu dengan sirkuit paralel sederhana, yang merupakan peningkatan besar.
Kita bisa lolos dengan menggunakan kawat tembaga pengukur nomor 2 dengan massa total sekitar 600 pon, dengan angka sekitar 200 pon per seribu kaki dengan tiga putaran masing-masing 1000 kaki antara sumber dan beban. Namun, kita juga harus mempertimbangkan peningkatan bahaya keselamatan karena adanya 240 volt dalam sistem, meskipun setiap beban hanya menerima 120 volt.
Secara keseluruhan, ada potensi yang lebih besar untuk terjadinya sengatan listrik yang berbahaya.
Ketika kami membandingkan dua contoh ini dengan sistem tiga fase kami (Gambar di atas), keuntungannya cukup jelas.
Pertama, arus konduktor cukup sedikit (83,33 amp versus 125 atau 250 amp), memungkinkan penggunaan kawat yang jauh lebih tipis dan lebih ringan. Kita dapat menggunakan kawat pengukur nomor 4 dengan kecepatan sekitar 125 pon per seribu kaki, yang totalnya akan menjadi 500 pon (empat putaran masing-masing 1000 kaki) untuk rangkaian contoh kita.
Ini menunjukkan penghematan biaya yang signifikan dibandingkan sistem fase-terpisah, dengan manfaat tambahan bahwa tegangan maksimum dalam sistem lebih rendah (208 versus 240).
Satu pertanyaan masih harus dijawab:bagaimana kita mendapatkan tiga sumber tegangan AC yang sudut fasenya terpisah tepat 120°?
Jelas kita tidak dapat menekan belitan transformator atau alternator seperti yang kita lakukan pada sistem fase-terpisah, karena itu hanya dapat memberi kita bentuk gelombang tegangan yang sefasa atau 180° di luar fase.
Mungkin kita bisa menemukan beberapa cara untuk menggunakan kapasitor dan induktor untuk membuat pergeseran fasa 120°, tetapi kemudian pergeseran fasa tersebut akan bergantung pada sudut fasa dari impedansi beban kita juga (mengganti beban kapasitif atau induktif untuk beban resistif akan berubah. semuanya!).
Cara terbaik untuk mendapatkan pergeseran fasa yang kita cari adalah dengan membangkitkannya di sumbernya:buat generator AC (alternator) yang menyediakan daya sedemikian rupa sehingga medan magnet yang berputar melewati tiga set gulungan kawat, masing-masing set diberi jarak 120° di sekeliling keliling mesin seperti pada Gambar di bawah.
(a) Alternator satu fase, (b) Alternator tiga fase.
Bersama-sama, enam belitan “kutub” dari alternator tiga fase dihubungkan untuk terdiri dari tiga pasangan belitan, masing-masing pasangan menghasilkan tegangan AC dengan sudut fase 120° bergeser dari salah satu dari dua pasangan belitan lainnya.
Interkoneksi antara pasangan belitan (seperti yang ditunjukkan untuk alternator fase tunggal:kabel jumper antara belitan 1a dan 1b) telah dihilangkan dari gambar alternator tiga fase untuk kesederhanaan.
Dalam rangkaian contoh kami, kami menunjukkan tiga sumber tegangan yang terhubung bersama dalam konfigurasi "Y" (kadang-kadang disebut konfigurasi "bintang"), dengan satu ujung dari setiap sumber diikat ke titik yang sama (simpul tempat kami memasang "netral" konduktor).
Cara umum untuk menggambarkan skema koneksi ini adalah dengan menggambar gulungan dalam bentuk "Y" seperti Gambar di bawah ini.
Konfigurasi alternator “Y”.
Konfigurasi "Y" bukan satu-satunya pilihan yang terbuka bagi kita, tetapi mungkin yang paling mudah untuk dipahami pada awalnya. Lebih banyak lagi yang akan datang tentang hal ini nanti di bab ini.
TINJAUAN:
LEMBAR KERJA TERKAIT:
Teknologi Industri
Pemadaman listrik dapat terjadi dalam pengaturan apa pun. Juga, tegangan baterai bisa di bawah level yang dibutuhkan. Dalam skenario seperti itu, cadangan baterai sangat penting. Tetapi Anda tidak dapat memiliki stok baterai asam yang banyak. Sebaliknya, Anda memerlukan sumber daya cadangan yang and
Daya tiga fasa adalah metode transmisi daya listrik yang menggunakan tiga kabel untuk menghantarkan tiga arus listrik bolak-balik yang independen. Arus di setiap kawat dimatikan dari yang lain oleh sepertiga dari siklus lengkap, dengan masing-masing arus mewakili satu fase. Ini berarti bahwa perangk
Tegangan lebih adalah suatu kondisi di mana tegangan lebih tinggi dari tingkat objek yang dinilai. Istilah tegangan lebih paling sering digunakan untuk merujuk pada kondisi tegangan di saluran listrik, yang menunjukkan kondisi ketika terlalu banyak tegangan mengalir melalui sistem tenaga. Hal ini ju
Adaptor banyak digunakan dalam kehidupan saat ini. Biasanya muncul sebagai kotak hitam seperti batu bata dan langkah pertama untuk menggunakan perangkat elektronik adalah menghubungkan adaptor dan mencolokkannya ke stopkontak. Terlihat sederhana, adaptor cukup kompleks dalam struktur dalamnya. Mari
