Bekalan elektrik tiga fasa

Transformer tiga fasa bagi sistem bekalan empat dawai 208Y/120 volt: salah satu daripadanya adalah wayar neutral manakala yang lain ialah fasa L1, L2 dan L3.

Bekalan elektrik tiga fasa adalah satu cara lazim bagi penghantaran bekalan elektrik arus ulang-alik.^[1] Ia merupakan sejenis sistem berbilang fasa, serta merupakan kaedah yang paling lazim digunakan dalam sistem grid pengagihan elektrik di seluruh dunia. Ia juga digunakan sebagai punca kuasa bagi motor elektrik yang besar serta penggunaan beban tinggi yang lain. Secara amnya, sistem tiga fasa merupakan sistem yang paling ekonomik kerana ia menggunakan kurang bahan pengalir bagi menghantar bekalan elektrik daripada sistem fasa tunggal ataupun dua fasa yang setara pada voltan yang sama.^[2]

Di dalam sistem tiga fasa, tiga pengalir mengangkut tiga arus ulang-alik (yang sama frekuensinya) yang mencapai nilai puncaknya pada masa yang berbeza, dengan selang antara fasa sebanyak 1/3 kitaran. Selang antara fasa ini mempunyai kesan pemindahan kuasa yang malar pada setiap kitaran litar, serta membolehkannya menghasilkan medan magnet berputar pada motor elektrik.

Sistem tiga fasa boleh jadi ada atau tiada wayar neutral. Wayar neutral membolehkan sistem tiga fasa menggunakan voltan yang lebih tinggi sementara ia menyokong peralatan fasa tunggal bervoltan rendah. Bagi sistem penghantaran voltan tinggi, adalah lumrah untuk tidak menggunakan wayar neutral langsung memandangkan beban boleh disambungkan terus antara fasa.

Sistem tiga fasa mempunyai sifat yang menjadikannya sistem yang sesuai bagi sistem penghantaran elektrik:

Arus fasa cenderung untuk saling membatal sesama sendiri, bersamaan dengan sifar dalam kes beban seimbang. Ia membolehkan wayar neutral dikecilkan saiznya ataupun tidak digunakan langsung; kesemua wayar fasa mengangkut arus yang sama serta menggunakan saiz pengalir yang sama, bagi kes beban seimbang.
Pemindahan kuasa bagi beban seimbang linear adalah malar, mengurangkan gegaran pada penjana dan motor.
Sistem tiga fasa boleh menghasilkan medan magnet yang berputar mengikut arah yang tetap, mempermudahkan rekaan motor elektrik.

Kebanyakan pengguna rumah menggunakan sistem fasa tunggal. Di Malaysia, pengguna rumah memperoleh bekalan fasa tunggal dua dawai 240 V daripada sistem pengagihan tiga fasa 415 V melalui sambungan pada wayar neutral serta salah satu daripada tiga wayar fasa.

Kod warna bagi sistem tiga fasa adalah berbeza mengikut negara, Di Malaysia, kod warna bagi wayar-wayar fasa adalah seperti berikut:-

L1: Merah
L2: Kuning
L3: Biru
Neutral: Hitam

Penjanaan dan pengagihan

Di stesen janakuasa elektrik, penjana elektrik menukarkan kuasa mekanikal kepada satu set tiga arus ulang-alik; setiap satu daripada gelung atau lilitan penjana. Lilitan tersebut disusun agar arus mengalir dalam bentuk gelombang sinus pada frekuensi yang sama, tetapi dengan selang nilai puncak yang berbeza bagi menyediakan selang satu pertiga kitaran antara fasa (120° atau 2π/3 radian). Frekuensi bekalan lazimnya sama ada 50 Hz atau 60 Hz, bergantung kepada negara. (Sila rujuk Sistem bekalan elektrik sesalur dunia untuk keterangan lanjut.)

Penjana besar menghasilkan arus elektrik yang nilai voltan RMSnya boleh jadi dalam puluhan ribu volt. Di stesen janakuasa, transformer menaikkan voltan kepada voltan yang lebih sesuai bagi sistem penghantaran elektrik.

Selepas beberapa kali pertukaran voltan dilakukan, bekalan elektrik akhirnya diturunkan ke voltan sesalur piawai. Di Malaysia, bekalan tersebut diperoleh daripada salah satu wayar fasa serta sambungan neutral bagi sambungan Y sekunder bagi transformer tempatan untuk menghasilkan voltan 240 V untuk kegunaan rumah. Untuk kegunaan sistem tiga fasa, ketiga-tiga wayar fasa serta wayar neutral digunakan bagi menghasilkan voltan 415 V.

Penggunaan

Beban fasa tunggal

Beban fasa tunggal boleh disambungkan ke sistem tiga fasa, sama ada dengan menyambungkan dua wayar hidup (sambungan fasa ke fasa), ataupun dengan menyambungkan antara satu pengalir fasa dengan wayar neutral, sama ada disambungkan ke titik tengah sambungan Y sekunder transformer bekalan atau di titik tengah salah satu lilitan pada transformer delta (sila rujuk Bekalan elektrik belahan fasa). Beban fasa tunggal mestilah diagihkan sama rata antara fasa dalam sistem tiga fasa untuk penggunaan transformer dan pengalir bekalan yang lebih cekap.

Titik neutral pada sistem tiga fasa wujud pada bahagiah tengah segitiga sama yang dibentuk daripada titik fasa, maka voltan talian bagi sistem tiga fasa adalah bersamaan dengan ${\sqrt {3}}$ kali voltan fasa ke neutral. Contohnya, jika bekalan elektrik sistem fasa tunggal ialah 230 V (voltan fasa ke neutral), voltan bagi sistem tiga fasa pula ialah 400 V (voltan fasa ke fasa).

Beban tiga fasa

Medan magnet berputar pada motor tiga fasa.

Kelas beban tiga fasa terpenting ialah motor elektrik. Motor aruhan tiga fasa mempunyai rekabentuk yang ringkas, kilasan permulaan yang tinggi serta kecekapan yang lebih tinggi. Motor sedemikian digunakan dalam industri seperti pam, kipas, peniup, pemampat, pemacu penghantar, serta banyak lagi peralatan berasaskan motor elektrik. Motor tiga fasa lebih padat serta lebih murah daripada motor fasa tunggal dengan kadaran voltan dan kuasa yang sama; tambahan pula, motor AC fasa tunggal melebihi 10 HP (7.5 kW) adalah jarang. Motor tiga fasa juga kurang bergegar dan seterusnya tahan lebih lama daripada motor fasa tunggal dengan kadaran kuasa yang sama serta digunakan dalam keadaan yang sama.

Pendingin udara yang besar serta peralatan besar yang lain menggunakan motor tiga fasa atas sebab kecekapan, penjimatan serta ketahanannya.

Beban pemanasan rintangan seperti dandang elektrik atau pemanas ruang boleh juga disambungkan ke sistem tiga fasa. Pencahayaan elektrik juga boleh disambungkan dengan cara yang sama. Beban sebegini tidak memerlukan perwatakan medan magnet berputar seperti motor tiga fasa tetapi mengambil kesempatan terhadap voltan dan kadaran kuasa yang lebih tinggi yang selalunya dikaitkan dengan sistem pengagihan tiga fasa.

Lihat juga

Rujukan

^ William D. Stevenson, Jr. Elements of Power System Analysis Third Edition, McGraw-Hill, New York (1975). ISBN 0070612854. Page 2.
^ http://www.allaboutcircuits.com/vol_2/chpt_10/2.html

[1] William D. Stevenson, Jr. Elements of Power System Analysis Third Edition, McGraw-Hill, New York (1975). ISBN 0070612854. Page 2.

[2] ttp://www.allaboutcircuits.com/vol_2/chpt_10/2.html

[1]

[2]