برق سه فاز چیست؟ بررسی کاربرد، جریان، ولتاژ و روش تبدیل

آیا می‌دانید برقی که از پریز برق خانه یا محل کارتان مصرف می‌کنید، چگونه تولید و به شما منتقل می‌شود؟ آیا تا به حال پی برده‌اید که چرا برخی وسایل برقی در منزل با برق تک فاز کار نمی‌کنند؟ سیستم برق سه فاز یکی از مهم‌ترین ابداعات در حوزه تولید، انتقال و مصرف برق است که زندگی مدرن امروز مدیون آن است. در این مقاله قصد داریم تا با مبانی برق سه فاز آشنا شویم و بدانیم این فناوری چگونه باعث انقلابی در صنعت برق شده است.

برق سه فاز چیست؟

جریان متناوب سه فاز (AC) معمولاً برای رساندن برق به مراکز داده و همچنین ساختمان‌های تجاری و صنعتی که ماشین‌های تشنه انرژی را در خود جای می‌دهند استفاده می‌شود. دلیل خوبی برای آن وجود دارد، زیرا برق ۳ فاز برخلاف برق AC تک فاز می‌تواند قدرت بیشتری را با راندمان بیشتر ارائه دهد. چند دلیل مهم برای نیاز به استفاده از برق سه فاز عبارت‌اند از:

• بازده بالاتر: سیستم سه فاز بازده بسیار بیشتری نسبت به تک فاز دارد و انرژی را بهتر منتقل می‌کند.
• قدرت بیشتر: برق سه فاز قدرت بسیار بالاتری نسبت به تک فاز دارد و می‌تواند بارهای سنگین‌تری را تغذیه کند.
• هزینه کمتر انتقال: سیستم سه فاز هزینه انتقال و توزیع را کاهش می‌دهد.
• کاربرد در موتورها: موتورهای الکتریکی سه فاز نسبت به تک فاز بازده و عمر بیشتری دارند.
• تعادل بار: سه فاز امکان توزیع متعادل‌تر بار را فراهم می‌کند.
• امنیت بیشتر: خطر برق‌گرفتگی و آسیب‌دیدگی تجهیزات در سه فاز کمتر است.

بنابراین برق سه فاز مزایای فراوانی دارد که استفاده از آن را ضروری می‌سازد.

تاریخچه برق سه فاز

تاریخچه برق سه فاز به سال ۱۸۸۲ برمی‌گردد که نیکولا تسلا این نوع برق را اختراع کرد. او در آزمایشات خود با ژنراتورهایی که برق متناوب تولید می‌کردند، به این نتیجه رسید که با استفاده از سه فاز برق، می‌توان بهترین کارایی و کاربرد را در انتقال برق داشت.

در سال ۱۸۹۱، تسلا یک سیستم برق سه فاز کامل را برای شهر بوفالو در ایالات متحده آمریکا طراحی کرد. این سیستم شامل تولید برق، انتقال و توزیع آن بود. با این حال، استفاده از برق سه فاز به طور گسترده در سراسر جهان در دهه‌های بعدی انجام شد. امروزه، برق سه فاز به عنوان یکی از مهم‌ترین انواع برق در سیستم‌های قدرت و صنعتی به کار می‌رود.

تفاوت برق سه فاز با تک فاز

برق سه فاز و تک فاز از نظر سیستم توزیع و انتقال برق تفاوت دارند. در سیستم تک فاز، برق به صورت یک فاز توزیع می‌شود و در سیستم سه فاز، برق به صورت سه فاز توزیع می‌شود.

در سیستم تک فاز، برق با فرکانس ۵۰ یا ۶۰ هرتز توزیع می‌شود و برای استفاده در خانه‌ها و دفاتر و مغازه‌ها استفاده می‌شود. این نوع برق برای بارهای کوچک و متوسط مناسب است.

اما در سیستم سه فاز، برق با فرکانس ۵۰ یا ۶۰ هرتز و به صورت سه فاز توزیع می‌شود. این نوع برق برای بارهای بزرگ و صنعتی مناسب است. در سیستم سه فاز، برق به صورت سه خط توزیع می‌شود که هر خط دارای فاز مستقلی است. هر کدام از فازها در برق سه فاز 120 درجه با هم اختلاف دارند. این باعث می‌شود که برق با قدرت بیشتری توزیع شود و برای بارهای بزرگ و صنعتی مناسب باشد.

در جدول زیر، تفاوت‌های اصلی بین برق سه فاز و برق تک فاز را مقایسه کرده‌ام:

ویژگی	برق سه فاز	برق تک فاز
تعداد فازها	سه فاز (A، B، C)	یک فاز
جریان اولیه	ترتیب جریان‌ها 120 درجه از هم عقب	جریان اولیه ثابت و یک فاز
ولتاژ اولیه	ترتیب ولتاژ‌ها 120 درجه از هم عقب	ولتاژ اولیه یک فاز
تفاوت ولتاژ بین فازها	400 ولت	220 ولت
تفاوت ولتاژ بین فاز و نول	220 ولت	220 ولت
توان اولیه	بالاترین توان خروجی (بیشترین)	کمترین توان خروجی
کاربردها	صنعتی، تجاری، ایستگاه‌های توزیع	خانگی، کسب‌وکارهای کوچک
مزایا	کارآمدتر، قدرتمندتر، راندمان بالا	ساده، ارزان، تعمیر و نگهداری آسان
معایب	پیچیده تر، گران تر، تعمیر و نگهداری دشوارتر	توان محدود، هزینه سیم کشی بیشتر

کاربرد برق سه فاز چیست؟

با توجه به اینکه برق سه فاز دارای ولتاژ و جریان بیشتری نسبت به برق تک فاز است، بنابراین برای انتقال بارهای سنگین و قدرتی مانند موتورهای بزرگ، کمپرسورها، پمپ‌های بزرگ و دستگاه‌های صنعتی دیگر، استفاده می‌شود. همچنین در سیستم‌های توزیع برق شهری نیز از برق سه فاز استفاده می‌شود. به علاوه استفاده از برق سه فاز باعث کاهش هزینه‌های نصب و بهره‌وری بیشتر در مقایسه با برق تک فازه می‌شود.

برخی از کاربردهای برق سه فاز عبارت‌اند از:

• استفاده در صنایع بزرگ مانند فولاد، معدن، پتروشیمی و غیره برای انتقال بارهای سنگین و قدرتی بالا
• استفاده در سیستم‌های توزیع برق شهری برای انتقال برق به مناطق مختلف شهر
• استفاده در سیستم‌های تهویه مطبوع و گرمایشی برای ارائه برق پایدار و قدرتی بالا
• استفاده در سیستم‌های حمل و نقل ریلی برای ارائه قدرت به قطارها
• استفاده در سیستم‌های تولید برق از منابع تجدید پذیر مانند باد و خورشید
• تأمین برق ساختمان‌ها و مجتمع‌های بزرگ اداری و تجاری، شهرک‌ها و مجتمع‌های مسکونی بزرگ

برق سه فاز چند ولت است؟

برق سه فاز در ولتاژهای استاندارد مختلفی تولید، انتقال و مصرف می‌شود که مهم‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از:

1. ولتاژ 400 ولت: ولتاژ استاندارد 400 ولت بیشترین کاربرد را در شبکه‌های توزیع برق سه فاز در سطح جهان دارد. این ولتاژ برای اکثر مشترکین خانگی و تجاری استفاده می‌شود. در ایران نیز ولتاژ استاندارد شبکه توزیع برق سه فاز 400 ولت است.
2. ولتاژ 6600 ولت: در شبکه‌های انتقال نیروی برق از ولتاژ بالاتر 6600 ولت استفاده می‌شود تا تلفات کمتر و انتقال بهینه‌تر برق صورت گیرد.
3. ولتاژ 11000 ولت: در مسافت‌های طولانی‌تر از ولتاژ فوق توزیع 11000 ولت بهره گرفته می‌شود.
4. ولتاژ 23000 ولت: برای انتقال برق در فواصل بسیار طولانی ازجمله خطوط بین کشوری اغلب از ولتاژ 23000 ولت استفاده می‌شود.
5. ولتاژ کمتر از 400 ولت: در برخی کاربردهای خاص نظیر راه‌آهن از ولتاژهای پایین‌تر مثل 270، 240 یا 120 ولت هم استفاده می‌شود.

درمجموع، ولتاژ برق سه فاز بسته به نحوه و محل استفاده آن متفاوت است و مهم‌ترین آن 400 ولت در سطح مصرف و 6600 ولت برای انتقال است.

برق سه فاز چند آمپر است؟

میزان جریان الکتریکی یا آمپر برق سه فاز بستگی به مصرف‌کننده و نوع بار الکتریکی دارد و مقدار ثابتی نیست.
در برق سه فاز، آمپر بیانگر شدت جریان الکتریکی در هر یک از سه فاز است. مجموع جریان سه فاز به عنوان آمپر کل سیستم در نظر گرفته می‌شود. به عنوان مثال، موتورهای الکتریکی صنعتی بزرگ ممکن است آمپری در حدود چند صد تا چند هزار آمپر داشته باشند؛ اما در مصارف خانگی معمولاً آمپر کمتری مورد نیاز است.

برای مثال یک لامپ رشته‌ای 100 وات حدود 0.5 آمپر جریان مصرف می‌کند. یخچال‌های خانگی معمولاً جریانی در حدود 2 تا 5 آمپر دارند. پنکه‌ها، کولرها و اجاق‌های برقی نیز بسته به قدرت و ظرفیت متفاوت هستند اما معمولاً زیر 10 آمپر مصرف دارند. البته در مواقع اوج بار یا راه‌اندازی، مصرف آنی برخی وسایل برقی ممکن است به طور موقتی افزایش یابد درمجموع، با توجه به نیاز مصرف‌کننده، آمپر برق سه فاز تأمین می‌گردد و می‌تواند از چند آمپر تا چندین هزار آمپر متغیر باشد.

نمودار برق سه فاز

سه جریان مجزا توسط سیستم‌های قدرت سه فاز ارائه می‌شود که هر یک با یک سوم زمان لازم برای تکمیل یک سیکل کامل از هم جدا می‌شوند. جریان‌ها در 3 فاز 120 درجه از هم اختلاف دارند. همانطور که در شکل مشخص است وقتی یک خط در ماکسیمم جریان خود باشد، برخلاف جریان تک فاز، هیچ نقطه‌ای وجود ندارد که در آن هیچ برقی به بار تحویل داده نشود. در واقع یکی از خطوط در شش نقطه مختلف در هر فاز در نقطه اوج مثبت یا منفی قرار دارد.

چگونه از برق سه فاز تک فاز بگیریم؟

برای به دست آوردن برق تک فاز از برق سه فاز، با استفاده از روش‌های زیر می‌توان برق تک فاز مورد نیاز را از سیستم سه فاز تأمین نمود.

1- استفاده از ترانسفورماتور سه فاز به تک فاز

برای تبدیل برق سه فاز به تک فاز، می‌توان از یک ترانسفورماتور سه فاز به تک فاز استفاده کرد. این ترانسفورماتور دارای سه ورودی و یک خروجی است. برای استفاده از این ترانسفورماتور، ابتدا باید ورودی‌های ترانسفورماتور را به سه فاز برق متصل کنید. سپس، خروجی ترانسفورماتور را به یک بار تک فاز متصل کنید. در این حالت، ولتاژ خروجی ترانسفورماتور تک فاز با ولتاژ یکی از فازهای ورودی برابر است و جریان خروجی ترانسفورماتور نیز با جریان یکی از فازهای ورودی برابر است.

لازم به ذکر است که برای استفاده از ترانسفورماتور سه فاز به تک فاز، باید دقت کنید که توان مصرفی بار تک فاز نباید بیشتر از توان مجموع ورودی‌های ترانسفورماتور سه فاز باشد. همچنین، باید از ترانسفورماتور با توان کافی استفاده کنید تا از خطر خرابی و آسیب به ترانسفورماتور جلوگیری شود.

2- استفاده از یک فاز خاص

در سیستم سه فاز، هر فاز به تنهایی یک منبع تک فاز محسوب می‌شود. با اتصال به یکی از سه فاز می‌توان برق تک فاز دریافت نمود. برای این منظور می‌توان از یکی از دو روش زیر استفاده کرد:

• استفاده از یک ترانسفورماتور تک فاز: در این روش، با استفاده از یک ترانسفورماتور تک فاز، یکی از فازهای برق سه فاز به عنوان ورودی وارد ترانسفورماتور شده و خروجی ترانسفورماتور به عنوان برق تک فاز دریافت می‌شود.
• استفاده از یک دستگاه تبدیل فاز: در این روش، با استفاده از یک دستگاه تبدیل فاز، یکی از فازهای برق سه فاز به عنوان ورودی وارد دستگاه شده و خروجی دستگاه به عنوان برق تک فاز دریافت می‌شود. این دستگاه‌ها معمولاً به صورت الکترونیکی عمل می‌کنند و می‌توانند برای تبدیل برق سه فاز به برق تک فاز با توان‌های مختلف استفاده شوند.

3- به کارگیری خازن در مدار

قرار دادن خازنی سری در یکی از فازها، عملاً آن فاز را به تک فاز تبدیل می‌کند. البته ظرفیت خازن باید درست انتخاب شود. برای این کار، خازن را به یکی از فازهای برق سه فاز وصل کرده و خروجی آن را از دو سر دیگر خازن گرفته و به بار مورد نظر وصل کنید. این روش به عنوان تبدیل سه فاز به تک فاز با خازن شناخته می‌شود.

بهتر است قبل از استفاده از این روش، با یک مهندس برق مشورت کنید تا از صحت و سلامت مدار اطمینان حاصل کنید و از خطرات احتمالی جلوگیری کنید. همچنین، باید به دقت و با رعایت اصول ایمنی و استانداردهای مربوطه، این کار را انجام دهید.

4- استفاده از مدارهای الکترونیکی جداکننده فاز

مدارهای الکترونیک قدرتی وجود دارند که وظیفه جدا کردن یک فاز از سه فاز را بر عهده دارند و خروجی آن‌ها تک فاز است. برای جداسازی برق سه فاز به برق تک فاز، می‌توان از مدارهای الکترونیکی جداکننده فاز استفاده کرد. این مدارها با استفاده از ترانس‌های جداکننده فاز، سه فاز ورودی را به سه خروجی تک فاز تبدیل می‌کنند.

برای استفاده از این مدارها، ابتدا باید ورودی سه فاز را به مدار وصل کرد. سپس با استفاده از ترانس‌های جداکننده فاز، سه فاز ورودی به سه خروجی تک فاز تبدیل می‌شود. درنهایت، خروجی تک فاز را به بار مورد نظر وصل کنید.

مدارهای الکترونیکی جداکننده فاز در بازار به صورت آماده و با انواع ورودی و خروجی‌های مختلف قابل تهیه هستند. قبل از خرید و استفاده از این مدارها، بهتر است با ویژگی‌ها و نحوه کارکرد آن‌ها آشنا شوید.

روش تبدیل برق سه فاز به تک فاز

برای تبدیل برق سه فاز به تک فاز، می‌توان از یک ترانسفورماتور یا یک مبدل برق استفاده کرد. در صورت استفاده از ترانسفورماتور، باید یک ترانسفورماتور سه فاز به تک فاز استفاده شود که با استفاده از آن، ولتاژ و جریان سه فاز به ولتاژ و جریان تک فاز تبدیل می‌شود. در صورت استفاده از مبدل برق، می‌توان از یک مبدل سه فاز به تک فاز استفاده کرد که با استفاده از آن، برق سه فاز به برق تک فاز تبدیل می‌شود. در هر دو روش، باید به دقت ولتاژ و جریان مورد نیاز برای بار تک فاز را در نظر گرفت و مطمئن شد که تجهیزات مورد استفاده با ولتاژ و جریان مورد نیاز سازگار هستند.

روش تبدیل برق تک فاز به سه فاز

تبدیل برق تک فاز به سه فاز ممکن است در برخی موارد نیاز باشد، به عنوان مثال، برای انجام برخی کارهای صنعتی یا استفاده از تجهیزاتی که به تغذیه از برق سه فاز نیاز دارند. برای انجام این تبدیل، می‌توانید از یکی از روش‌های زیر استفاده کنید:

1- تبدیل‌کننده (Phase Converter)

تبدیل‌کننده‌های فاز (Phase Converters) به شما این امکان را می‌دهند که برق تک فاز را به برق سه فاز تبدیل کنید. این دستگاه‌ها عمدتاً در مصارف کارگاهی و کارخانه‌ها استفاده می‌شوند. تبدیل‌کننده‌ها معمولاً دارای موتورهای دوسرعته هستند و توسط یک موتور تک فاز و یک مدار الکترونیکی کنترل می‌شوند.

2- تغییرات در اتصال موتورها

در برخی موارد، ممکن است بتوانید با تغییر اتصال موتورها به یکدیگر یا به تغییر ورودی تغذیه موتورها، برق تک فاز را به برق سه فاز تبدیل کنید. این روش برای موتورهای خاصی قابل اجرا است و نیاز به دانش فنی دقیق دارد.

3- خرید و نصب سیستم‌های تغذیه تک‌فاز به سه‌فاز

در برخی موارد، ممکن است لازم باشد تجهیزات تغذیه تک فازی را با سیستم‌های تغذیه سه فاز جایگزین کنید. این شامل تغییر ترانسفورماتورها و دستگاه‌های تغذیه می‌شود. این روش معمولاً گزینه‌ای گران‌تر و پیچیده‌تر است.

4- استفاده از خازن شیفت فاز

در این روش، از یک خازن برای ایجاد یک فاز دیگر در کنار فاز موجود استفاده می‌شود. این خازن به گونه‌ای انتخاب می‌شود که با فاز موجود زاویه 90 درجه اختلاف فاز داشته باشد. برای محاسبه ظرفیت خازن مورد نیاز، از فرمول زیر استفاده می‌شود:

C = 1 / 2πf * V

که در آن:

• C ظرفیت خازن (فاراد) است
• f فرکانس برق تک فاز (هرتز) است
• V ولتاژ برق تک فاز (ولت) است

برای مثال، اگر برق تک فاز موجود 220 ولت و فرکانس آن 50 هرتز باشد، ظرفیت خازن مورد نیاز برای ایجاد یک فاز دیگر 103.18 میکروفاراد خواهد بود.

مزایا:

• هزینه پایین
• سادگی

معایب:

• توان خروجی محدود
• راندمان پایین

انتخاب روش مناسب برای تبدیل برق تک فاز به سه فاز به عوامل مختلفی مانند توان مورد نیاز، کاربرد، هزینه و پیچیدگی بستگی دارد.

قبل از هر گونه تبدیل باید با نیازهای دقیق سیستم و الکتریکی مورد نظر خود آشنا شوید و مطمئن شوید که روش مناسبی را انتخاب کرده‌اید. همچنین باید تمام مقررات مربوط به ایمنی و الکتریکی را رعایت کنید و از کارشناسان متخصص در این زمینه برای اجرای تبدیل به سه فاز استفاده کنید.

پاسخ به سوالات پرتکرار درباره برق سه فاز

آیا برق سه فاز 440 ولت است؟

برای منابع سه فاز ابتدا ولتاژ 415 ولت بود، سپس مقدار ولتاژ از 390 به 440 ولت بود. در بیشتر کشورها سطح ولتاژ سه فاز 220/380 ولت است.

چرا از برق سه فاز استفاده می‌شود؟

علاوه بر اینکه انتقال برق سه فاز در فواصل طولانی آسان‌تر است و مقدار بیشتری جریان را با آن می‌توان انتقال داد، دلایل دیگری نیز وجود دارد. در حقیقت، در مقایسه با مدارهای برق تک فاز، مدارهای برق 3 فاز تقریباً دوبرابر برق را با جریان یکسان ارائه می‌دهند در حالی که فقط به یک سیم اضافی نیاز دارند. استفاده از برق 3 فاز می‌تواند با کاهش نیاز فعلی و اندازه سیم در هزینه‌های برق صرفه جویی کند.

تفاوت بین 380 ولت و 440 ولت چیست؟

برق 380 ولت معمولاً با یک سیستم تغذیه 50 هرتزی مرتبط است. 440 ولت (یا 460، 480 ولت) معمولاً با یک سیستم تغذیه 60 هرتزی مرتبط است.