در این ویدیو می‌خواهیم در مورد الکتریسیته‌ی سه فاز صحبت کنیم. در مورد نحوه‌ی عملکرد ساده‌ی ژنراتورهای AC. سپس توان تک فاز و بعد توان دو فاز را بررسی کرده و در نهایت به توان سه فاز می‌پردازیم و همینطور اینکه از توان سه فاز چگونه و چرا استفاده می‌کنیم و همینطور اینکه چرا از توان‌های چهار، پنج و شش فاز یا غیره استفاده نمی‌کنیم.
متن ویدیوی نحوه‌ی عملکرد برق سه فاز به چه صورت است؟
خب… اول از همه با یک ژنراتور ساده‌ی AC شروع می‌کنیم. با یک تک فاز شروع می‌کنیم تا ببینیم چه اتفاقی رخ می‌دهد و سپس فازهای دیگر را اضافه می‌کنیم تا زمانی که به سه فاز برسیم. یک سیم مسی برمی‌داریم و به دور سیم‌پیچ می‌پیچیم، سپس این سیم‌پیچ‌ها را در یک استاتور در جهت مخالف هم قرار می‌دهیم و انتهای آن‌ها را متصل می‌کنیم تا یک مدار کامل تشکیل شود.
حالا اگر یک آهنربا بین سیم‌پیچ‌ها قرار دهیم و آهنربا را بچرخانیم، میدان مغناطیسی به هم خواهد خورد. الکترون‌های آزاد درون سیم مسی و جریان الکتریکی جاری می‌شوند. همزمان با چرخش آهنربا قطب میدان مغناطیسی نیز به چرخش درخواهد آمد. همانطور که در تصویر مشاهده می‌کنید قطب‌های شمال و جنوب آهنربا می‌چرخند و همزمان با چرخش آن‌ها از سیم‌پیچ‌ها عبور میکنند که الکترون‌ها را به حرکت وامی‌دارد.
توجه داشته باشید که خطوط میدان مغناطیسی این اشکال بیضی در این سمت هستند و آن‌ها از محورهای مرکزی آهنربا عبور میکنند. می‌توانید یک سمت آن را مثبت و سمت دیگر را منفی در نظر بگیرید و بین این بیضی‌ها، میدان مغناطیسی خنثی است.
مشاهده می‌کنید که شدت میدان مغناطیسی در هر دو سمت افزایش می‌یابد تا زمانی که مرکز جایی که در حداکثر قدرت قرار دارد و بعد دوباره کاهش می‌یابد تا زمانی که دوباره به نقطه‌ی خنثی برسد. پس، با چرخش این میدان درون سیم‌پیچ شدت نیمه‌ی مثبت میدان مغناطیسی سیم‌پیچ افزایش خواهد داشت و در طول این افزایش الکترون‌های آزاد درون سیم‌پیچ مسی رانده می‌شوند و سریع‌تر و سریع‌تر در یک جهت حرکت میکنند، تا زمانی که به نقطه‌ی حداکثر خود در میدان مغناطیسی برسد.
سپس، با کاهش میدان مغناطیسی جریان الکترون‌ها آهسته‌تر شده تا زمانی که به نقطه‌ی خنثی برسد. جایی که هیچ الکترونی جریان نخواهد داشت. بعد به طرف منفی میدان مغناطیسی می‌رسد. با عبور آن از میدان مغناطیسی تمام الکترون‌ها را در جهت مخالف می‌راند. دوباره، جریان الکترون‌ها سریع‌تر و سریع‌تر خواهد شد. تا زمانی که به نقطه‌ی حداکثر میدان مغناطیسی برسد و سپس دوباره به نقطه‌ی خنثی کاهش می‌یابد.
به همین خاطر الکتریسیته‌ی AC جریان متناوب نامیده می‌شود. چون جریان الکترون‌ها جهت خود را به جلو و عقب تغییر می‌دهد. درست مانند موج دریا. اگر بخواهیم یک نمودار رسم کنیم سرعت الکترون‌ها جاری در طول چرخش را نشان دهیم، یک الگوی موج سینوسی خواهیم داشت.
در این موج سینوسی، مشاهده می‌کنید که الکترون‌ها در ابتدا و در منطقه‌ی خنثی ساکن هستند و سپس، سرعت در نیمه‌ی مثبت تا نقطه‌ی حداکثر افزایش می‌یابد و دوباره به سمت نقطه‌ی خنثی جایی که الکترون‌ها جریان ندارند کاهش خواهد یافت. بعد از آن به نیمه‌ی منفی می‌رسیم، جایی که سرعت الکترون‌ها تا نقطه‌ی حداکثر افزایش می‌یابد و سپس دوباره از سرعت آن‌ها کاسته می‌شود، تا زمانی که آهنربا یک چرخش را کامل کند و سپس دوباره تکرار خواهد شد.
این چرخش کامل به یک چرخه معروف است و تعداد چرخه‌ها به ازای هر ثانیه فرکانس نام دارد که با هرتز محاسبه می‌شود. احتمالا مقادیر ۵۰ هرتز یا ۶۰ هرتز را بر روی لوازم الکتریکی دیده‌اید. این یعنی ژنراتور نیروگاه برق یک چرخش را ۵۰ یا ۶۰ مرتبه در ثانیه کامل می‌کند.
به همین خاطر جهت جریان نیز ۵۰ یا ۶۰ مرتبه در ثانیه تغییر می‌کند. زمانی که روی محصولات الکتریکی نوشته شده باشد به کاربر اعلام می‌کند که چه نوع الکتریسیته را به محصول متصل کند.
حالا به سراغ موج سینوسی که پیش‌تر دیدیم برمی‌گردیم. این نمودار جریان، توان را نیز نشان می‌دهد و اگر یک لامپ به جریان وصل کنیم، متوجه خواهیم شد که روشنایی آن بیش‌تر می‌شود، تا به نقطه‌ی اوج یا حداکثری برسد و سپس از میزان روشنایی کاسته می‌شود تا به نقطه‌ی خنثی برسد و لامپ کاملا خاموش شود، چون جریانی وجود ندارد. اما با ورود نیمه‌ی منفی چرخه روشنایی دوباره افزایش می‌یابد و جریان الکترون‌ها دوباره و در جهت مخالف آغاز می‌شود تا زمانی که به نقطه‌ی خنثی برسد.
پس، در این نقاط در چرخه لامپ اصلا روشنایی تولید نمی‌کند و در این نقاط در چرخه لامپ خیلی روشن نیست بنابراین کاربرد چندانی ندارد. پس اگر در یک اتاق کار می‌کنید و روشنایی به این شکل چشمک می‌زند بسیار آزاردهنده خواهد بود. برای حل این مسئله می‌توانیم یک مجموعه سیم‌پیچ دیگر یا یک فاز دوم به ژنراتور اضافه کنیم. می‌توانیم این کار را با قرار دادن سیم‌پیچ‌ها با چرخش ۱۲۰ درجه‌ای نسبت به مجموعه سیم‌پیچ اول قرار دهیم و سپس آن را به یک لامپ دیگر متصل کنیم.
این چرخش به این معنی است که شدت میدان مغناطیسی در نقاط مختلف این سیم‌پیچ‌ها در سیم‌پیچ تغییر خواهد کرد. سیم‌پیچ اول به جریان و روشنایی حداکثر می‌رسد و پس از اینکه کاهش یافت، سیم‌پیچ دوم شروع به افزایش می‌کند. مشکل روشنایی حل شد. اما هنوز یک فاصله وجود دارد که باعث این چشمک زدن شده است. پس می‌توانیم مجموعه‌ی سوم سیم‌پیچ‌ها یا فاز سوم را اضافه کنیم و این یعنی یکی از لامپ‌ها همیشه در حداکثر روشنایی خود قرار دارند.
به همین خاطر روشنایی تقریبا ثابت است. هنوز هم فواصل کوچکی بین فازها وجود دارد و می‌توانید فازهای بیش‌تر و بیش‌تری اضافه کنید تا این فواصل را پر کنید، اما نگهداری از تمام این کابل‌ها هزینه‌های بیش‌تر و بیش‌تری خواهد داشت. پس سه فاز به دلیل اینکه از جهت تولید توان و هزینه‌های ساخت مقرون به صرفه است، به محبوبیت بالایی دست یافت. حالا در دنیای حقیقی قرار نیست از سه لامپ مختلف در سه فاز مختلف برای تولید روشنایی استفاده کنید.
لامپ‌های خانه‌ی شما همه روی تک فاز هستند اما چشمک می‌زنند، با سرعتی خاموش و روشن می‌شوند که چشم انسان قادر به مشاهده‌ی آن نیست مگر اینکه حرکت آهسته‌ی آن را مشاهده کنید.
یکی از کاربردهای عملی دیگر آن موتورهای القایی الکتریکی توان است و سایر تجهیزات تجاری و صنعتی مانند سه فاز، توان بسیار بیش‌تری برای این موارد تامین میکنند که یعنی می‌توانید آب را در ارتفاع بالاتر پمپاژ کنید، یا اینکه موتورها را سریع‌تر راه‌اندازی کنید و سایر موارد توان عموما در سه فاز تولید و توزیع می‌شود و از ترانسفورماتورها برای تغییر ولتاژ استفاده می‌شود.
اگر می‌خواهید در مورد نحوه‌ی عملکرد ترانسفورماتورها اطلاعات بیش‌تری کسب کنید، ویدیوهایی در خصوص این موارد نیز داریم و لینک‌ها را در قسمت توضیحات قرار دادیم. حالا یک نکته‌ی جالب در مورد توان سه فاز این است که تمام سه فاز را متصل می‌کنید و به تجهیزات بزرگ صنعتی برق‌رسانی می‌کنید، یا اینکه تنها یکی از فازها و یک کالای الکتریکی کوچک را وصل می‌کنید.
در واقع در برج‌های بزرگ و آسمان‌خراش‌ها برای از این روش توزیع الکتریسیته در ساختمان استفاده شده است موتور آسانسورها، پمپ کولرها و غیره به سه فاز نیاز دارند، اما کامپیوترها و تجهیزات اداری نیازمند توان تک فاز هستند. بنابراین توان سه فاز را در ساختمان توزیع میکنند و از آنجا در حد نیاز استفاده میکنند. همین رویه در توزیع الکتریسیته در شهر نیز وجود دارد.
خانه‌ها تنها به تک فاز وصل می‌شوند، به این خاطر که به توان زیادی نیاز ندارند. در حالی که ساختمان‌های بزرگ به منبع سه فاز متصل می‌شوند، زیرا به توان زیادی نیاز دارند.
ترجمه: مینا مقدس نژاد (عضو تیم تحریریه وک شاپ)
منبع ویدیو: YouTube
