Konfigurasi Tiga Fase Y dan Delta

Koneksi Wye(Y) tiga fase

Awalnya, kami mengeksplorasi gagasan sistem tenaga tiga fase dengan menghubungkan tiga sumber tegangan bersama-sama dalam apa yang umumnya dikenal sebagai konfigurasi “Y” (atau “bintang”).

Konfigurasi sumber tegangan ini dicirikan oleh titik koneksi umum yang menghubungkan satu sisi dari setiap sumber. (Gambar di bawah)

Sambungan "Y" tiga fase memiliki tiga sumber tegangan yang terhubung ke titik yang sama.

Jika kita menggambar rangkaian yang menunjukkan setiap sumber tegangan sebagai gulungan kawat (belitan alternator atau transformator) dan melakukan sedikit pengaturan ulang, konfigurasi “Y” menjadi lebih jelas pada Gambar di bawah.

Sambungan "Y" tiga fase, empat kabel menggunakan kabel keempat "umum".

Tiga konduktor yang menjauhi sumber tegangan (belitan) menuju beban biasanya disebut saluran , sedangkan belitan itu sendiri biasanya disebut fase .

Dalam sistem terhubung-Y, mungkin ada atau mungkin tidak (Gambar di bawah) menjadi kabel netral yang dipasang pada titik persimpangan di tengah, meskipun itu pasti membantu meringankan masalah potensial jika salah satu elemen dari beban tiga fase gagal terbuka, seperti yang dibahas sebelumnya.

Sambungan "Y" tiga fase tiga kabel tidak menggunakan kabel netral.

Nilai Tegangan dan Arus dalam Sistem Tiga Fasa

Saat mengukur tegangan dan arus dalam sistem tiga fase, kita harus spesifik tentang di mana kami mengukur.

Tegangan saluran mengacu pada jumlah tegangan yang diukur antara dua konduktor saluran dalam sistem tiga fase yang seimbang. Dengan rangkaian di atas, tegangan saluran kira-kira 208 volt.

Tegangan fasa mengacu pada tegangan yang diukur pada satu komponen (belitan sumber atau impedansi beban) dalam sumber atau beban tiga fase yang seimbang.

Untuk rangkaian yang ditunjukkan di atas, tegangan fasa adalah 120 volt. Istilah baris saat ini dan arus fase mengikuti logika yang sama:yang pertama mengacu pada arus yang melalui salah satu konduktor saluran, dan yang terakhir mengacu pada arus yang melalui salah satu komponen.

Sumber dan beban terhubung-Y selalu memiliki tegangan saluran lebih besar dari tegangan fasa, dan arus saluran sama dengan arus fasa. Jika sumber atau beban terhubung-Y seimbang, tegangan saluran akan sama dengan tegangan fasa dikalikan akar kuadrat dari 3:

Namun, konfigurasi “Y” bukan satu-satunya yang valid untuk menghubungkan sumber tegangan tiga fase atau elemen beban secara bersamaan.

Konfigurasi Delta Tiga Fasa(Δ)

Konfigurasi lain dikenal sebagai "Delta", karena kemiripan geometrisnya dengan huruf Yunani dengan nama yang sama (Δ). Perhatikan baik-baik polaritas untuk setiap lilitan pada gambar di bawah.

Sambungan tiga fase, tiga kabel tidak umum.

Sekilas, tampak seolah-olah tiga sumber tegangan seperti ini akan membuat korsleting, elektron mengalir di sekitar segitiga tanpa apa pun kecuali impedansi internal belitan untuk menahannya.

Namun, karena sudut fase dari ketiga sumber tegangan ini, tidak demikian.

Hukum Tegangan Kirchhoff pada Sambungan Delta

Satu pemeriksaan cepat untuk ini adalah dengan menggunakan Hukum Tegangan Kirchhoff untuk melihat apakah tiga tegangan di sekitar loop berjumlah nol. Jika ya, maka tidak akan ada tegangan yang tersedia untuk mendorong arus di sekitar dan di sekitar loop itu, dan akibatnya, tidak akan ada arus yang bersirkulasi.

Dimulai dengan putaran atas dan maju berlawanan arah jarum jam, ekspresi KVL kami terlihat seperti ini:

Memang, jika kita menambahkan ketiga besaran vektor ini bersama-sama, jumlahnya akan menjadi nol. Cara lain untuk memverifikasi fakta bahwa ketiga sumber tegangan ini dapat dihubungkan bersama dalam satu lingkaran tanpa menghasilkan arus yang bersirkulasi adalah dengan membuka loop pada satu titik persimpangan dan menghitung tegangan melintasi pemutusan:(gambar di bawah)

Tegangan terbuka harus nol.

Dimulai dengan belitan kanan (120 V 120°) dan maju berlawanan arah jarum jam, persamaan KVL kita terlihat seperti ini:

Benar saja, akan ada tegangan nol pada pemutusan, yang memberi tahu kita bahwa tidak ada arus yang akan bersirkulasi dalam lilitan segitiga lilitan saat sambungan selesai.

Setelah menetapkan bahwa sumber tegangan tiga fase yang terhubung tidak akan terbakar sendiri karena arus yang bersirkulasi, kami beralih ke penggunaan praktisnya sebagai sumber daya di sirkuit tiga fase.

Karena setiap pasang konduktor saluran dihubungkan langsung melintasi belitan tunggal dalam rangkaian , tegangan saluran akan sama dengan tegangan fasa.

Sebaliknya, karena setiap konduktor saluran menempel pada simpul di antara dua belitan, arus saluran akan menjadi jumlah vektor dari dua arus fasa yang bergabung.

Tidak mengherankan, persamaan yang dihasilkan untuk konfigurasi adalah sebagai berikut:

Analisis Rangkaian Contoh Koneksi Delta

Mari kita lihat cara kerjanya dalam rangkaian contoh:(Gambar di bawah)

Beban pada sumber disambungkan dalam .

Dengan setiap resistansi beban menerima 120 volt dari belitan fasa masing-masing pada sumbernya, arus di setiap fasa rangkaian ini akan menjadi 83,33 amp:

Keuntungan Sistem Tiga Fasa Delta

Jadi setiap arus saluran dalam sistem tenaga tiga fase ini sama dengan 144,34 amp, yang jauh lebih besar daripada arus saluran dalam sistem terhubung-Y yang kita lihat sebelumnya.

Orang mungkin bertanya-tanya apakah kita telah kehilangan semua keuntungan dari daya tiga fase di sini, mengingat fakta bahwa kita memiliki arus konduktor yang lebih besar, memerlukan kabel yang lebih tebal dan lebih mahal.

Jawabannya adalah tidak. Meskipun sirkuit ini akan membutuhkan tiga konduktor tembaga pengukur nomor 1 (pada jarak 1000 kaki antara sumber dan beban ini setara dengan sedikit lebih dari 750 pon tembaga untuk keseluruhan sistem), itu masih kurang dari 1000+ pon tembaga yang dibutuhkan untuk sistem fase tunggal yang menghasilkan daya yang sama (30 kW) pada tegangan yang sama (konduktor-ke-konduktor 120 volt).

Salah satu keuntungan yang berbeda dari sistem -terhubung adalah tidak adanya kabel netral. Dengan sistem terhubung-Y, kabel netral diperlukan jika salah satu beban fasa gagal terbuka (atau dimatikan), untuk menjaga agar tegangan fasa pada beban tidak berubah.

Ini tidak perlu (atau bahkan mungkin!) di sirkuit yang terhubung .

Dengan setiap elemen fase beban terhubung langsung melintasi belitan fase sumber masing-masing, tegangan fase akan konstan terlepas dari kegagalan terbuka pada elemen beban.

Mungkin keuntungan terbesar dari -connected source adalah toleransi kesalahannya.

Ada kemungkinan salah satu belitan dalam sumber tiga fase terhubung- gagal terbuka (Gambar di bawah) tanpa mempengaruhi tegangan atau arus beban!

Bahkan dengan kegagalan belitan sumber, tegangan saluran masih 120 V, dan tegangan fase beban masih 120 V. Satu-satunya perbedaan adalah arus ekstra pada fungsi yang tersisa gulungan sumber.

Satu-satunya konsekuensi dari belitan sumber yang gagal membuka untuk sumber terhubung- adalah peningkatan arus fasa pada belitan yang tersisa. Bandingkan toleransi kesalahan ini dengan sistem terhubung-Y yang mengalami belitan sumber terbuka pada gambar di bawah.

Buka belitan sumber “Y” membagi dua tegangan pada dua beban dari yang menghubungkan beban.

Dengan beban terhubung-, dua resistansi mengalami penurunan tegangan sementara satu tetap pada tegangan saluran asli, 208. Beban terhubung-Y mengalami nasib yang lebih buruk (Gambar di bawah) dengan kegagalan belitan yang sama pada sumber terhubung-Y .

Gulungan open source dari sistem “Y-Y” membagi dua tegangan pada dua beban dan kehilangan satu beban seluruhnya.

Dalam hal ini, dua resistansi beban mengalami penurunan tegangan sementara yang ketiga kehilangan tegangan suplai sepenuhnya! Karena alasan ini, sumber yang terhubung lebih disukai untuk keandalan.

Namun, jika tegangan ganda diperlukan (misalnya 120/208) atau lebih disukai untuk arus saluran yang lebih rendah, sistem terhubung-Y adalah konfigurasi pilihan.

TINJAUAN:

• Konduktor yang terhubung ke tiga titik dari sumber atau beban tiga fase disebut saluran .
• Tiga komponen yang terdiri dari sumber atau beban tiga fase disebut fase .
• Tegangan saluran adalah tegangan yang diukur antara dua saluran dalam rangkaian tiga fase.
• Tegangan fasa adalah tegangan yang diukur pada satu komponen dalam sumber atau beban tiga fase.
• Line saat ini adalah arus yang melalui salah satu saluran antara sumber tiga fase dan beban.
• Arus fase adalah arus yang melalui salah satu komponen yang terdiri dari sumber atau beban tiga fase.
• Dalam rangkaian “Y” seimbang, tegangan saluran sama dengan tegangan fasa dikalikan akar kuadrat dari 3, sedangkan arus saluran sama dengan arus fasa.

• Dalam rangkaian seimbang, tegangan saluran sama dengan tegangan fasa, sedangkan arus saluran sama dengan arus fasa dikalikan akar kuadrat dari 3.

• Sumber tegangan tiga fase yang terhubung memberikan keandalan yang lebih besar jika terjadi kegagalan belitan daripada sumber terhubung-Y. Namun, sumber yang terhubung dengan Y dapat memberikan jumlah daya yang sama dengan arus saluran yang lebih sedikit daripada sumber yang terhubung dengan .

LEMBAR KERJA TERKAIT:

• Lembar Kerja Sirkuit 3-Fase Delta dan Wye