Tek Ve Üç Fazlı Sistemler Nedir?

Önceki yazılarımda faz kavramına değinmiştim. Bu yazımda ise; tek faz ve üç faz nedir? Üç fazlı akım ve gerilim arasındaki ilişki nasıldır? Üç faz nasıl üretilir? Üçgen ve yıldız bağlı yük nedir? Gibi birçok sorunuzun cevabını vermeye çalışacağım. İyi okumalar şimdiden..

Alternatif akım ve gerilimin sinüzoidal dalga olduğunu biliyoruz. Dalganın zaman ekseninde sıfır noktasıyla yaptığı açıya faz açısı denildiğini de biliyoruz. Tek fazda ise sadece bir tane faz açısı bulunur. Faz-Nötr ya da faz-toprak arasında gerçekleşir.

Eğer üç tane sinüzoidal dalga kendileri arasında 120 derece faz farkıyla üretilirse buna üç fazlı gerilim ya da akım denir. İndüktans (bobin) üzerinde nasıl gerilim indüklendiğini öğrenmiştik. Üç bobinin iki sabit mıknatıs arasındaki hareketinden elektrik akımı oluşur. Aralarında 120 derece faz farkı bulunan üç sinüzoidal sinyal meydana gelmiş olur. Yani kısaca üç fazlı akım üretilmiştir. Sabit olarak bulunan mıknatıslara stator, hareketli olarak bulunan kısımlara rotor denir. Döner haldeki rotor sebebiyle sürekli değişen bir akım oluşur. Bu hareket çeşitli güçlerle; hidroelektrik santrallerindeki yüksekten düşen suyun gücü, rüzgâr tribünündeki rüzgârın gücü ve termik santrallerdeki buhar gücü vb. ile sağlanır.

Sistem gerilimlerinde pozitif sıra için (yukardaki şekildeki sıra dahilinde) hat gerilimi (hattan hata gerilim RS, ST, TR) faz geriliminin (R, S, T) √3 katı olup faz açısı ise hat nötr geriliminin faz açısının 30 derece ilerisindedir. Bu değerler gerek generatör gerekse yük tarafındaki yıldızdan üçgene ya da üçgenden yıldıza dönüşüm mekanizmalarında sıklıkla kullanılır.

Hat gerilimi ve faz gerilimi ilişkisi;

U(RS) (hat gerilimi) =U(R) (faz gerilimi)-U(S) (faz gerilimi),

U(TR) (hat gerilimi) =U(T) (faz gerilimi)-U(R) (faz gerilimi),

U(ST) (hat gerilimi) =U(S) (faz gerilimi)-U(T) (faz gerilimi)’dir.

U(RS) (hat gerilimi) = √3 U(R) (faz gerilimi),

U(TR) (hat gerilimi) =√3 U(T) (faz gerilimi),

U(ST) (hat gerilimi) =√3 U(S) (faz gerilimi)’dir.

Elektrik güç sistemleri 3 fazlı generatörler tarafından beslenirler. Genaratörler 3 fazlı dengeli yükleri beslerler ki bu dengeli yükten kasıt 3 faz sargı empedanslarının birbirine eşit olmasıdır. Her bir sargıyı Z1, Z2, Z3 olarak adlandıracak olursak Z1=Z2=Z3 olur.

Yük sisteminin dengeli olması çok önemlidir. Çünkü yük empedanslarının genlik ve açısı birbirine eşit olursa generatör tarafından da 120º faz farkı oluşturulacak ve çekilen akımların genliği birbirlerine eşit olacaktır. Ancak empedansları farklı bir yük grubu bağlandığında işler değişecektir. Akımların genlikleri farklı olacak ve açıları arasındaki fark 120º olmadığından bu sistem dengesiz yük adını alacaktır.Sistem gerilimlerinde pozitif sıra için (yukardaki şekildeki sıra dahilinde) hat gerilimi (hattan hata gerilim RS, ST, TR) faz geriliminin (R, S, T) √3 katı olup faz açısı ise hat nötr geriliminin faz açısının 30 derece ilerisindedir. Bu değerler gerek generatör gerekse yük tarafındaki yıldız üçgene ya da üçgenden yıldıza dönüşüm mekanizmalarında sıklıkla kullanılır.

Hat gerilimi ve faz gerilimi ilişkisi;

U(RS) (hat gerilimi) =U(R) (faz gerilimi)-U(S) (faz gerilimi),

U(TR) (hat gerilimi) =U(T) (faz gerilimi)-U(R) (faz gerilimi),

U(ST) (hat gerilimi) =U(S) (faz gerilimi)-U(T) (faz gerilimi)’dir.

U(RS) (hat gerilimi) = √3 U(R) (faz gerilimi),

U(TR) (hat gerilimi) =√3 U(T) (faz gerilimi),

U(ST) (hat gerilimi) =√3 U(S) (faz gerilimi)’dir.

Elektrik güç sistemleri 3 fazlı generatörler tarafından beslenirler. Genaratörler 3 fazlı dengeli yükleri beslerler ki bu dengeli yükten kasıt 3 faz sargı empedanslarının birbirine eşit olmasıdır. Her bir sargıyı Z1, Z2, Z3 olarak adlandıracak olursak Z1=Z2=Z3 olur.

Yük sisteminin dengeli olması çok önemlidir. Çünkü yük empedanslarının genlik ve açısı birbirine eşit olursa generatör tarafından da 120º faz farkı oluşturulacak ve çekilen akımların genliği birbirlerine eşit olacaktır. Ancak empedansları farklı bir yük grubu bağlandığında işler değişecektir. Akımların genlikleri farklı olacak ve açıları arasındaki fark 120º olmadığından bu sistem dengesiz yük adını alacaktır.

Yıldız Bağlı Yük

Yukardaki şekilde 3 ayrı Z1, Z2, Z3 empedanslarından oluşmuş üç fazlı yıldız bağlı yük görülmektedir. Her faz empedansının çıkış uçları birleştirilerek elde edilir. Birleşme noktasından çıkan iletkene ise Nötr iletkeni veya sıfır iletkeni denir. Dengeli yük durumunda buradan akımın genlik değeri 0'dır. Sistemde bazen bu nötr iletkeni kullanılmayabilir.

Şekilde görüldüğü gibi I(R), I(S), I(T) üç fazlı yükün her fazına ait akımlarını göstermektedir. Bu akımlar elemanların gerilimleri cinsinden ifade edilebilir. Bu denklemden yola çıkarak S ve T fazının akımı içinde aynı yoldan gidebiliriz.

I(HR), I(HS), I(HT) generatör ile yük arasındaki bağlantıyı sağlayan iletkenlerden geçen hat akımlarını ifade eder. Buradan çıkaracağımız sonuç ise hat akımları ile faz akımlarının birbirine eşit olmasıdır.

birbirine eşit olmasıdır.

Yani;

I(HR) = I(R),

I(HS) = I(S),

I(HT)= I(T) olacaktır.

Ancak bu durum gerilimler konusunda farklılıklar göstermektedir.

U(HR)=√3U(R),

U(HS)=√3U(S),

U(HT)=√3U(T), şeklinde olur. Hat gerilimi faz geriliminin √3 katı olur.

Üçgen Bağlı Yük

Yukardaki şekilde görüldüğü gibi faz empedanslarının her birinin çıkışı bir diğer faz empedansının çıkışına bağlantı yapılarak elde edilir. Üçgen bağlı yükte nötr iletken bulunmaz.

“I(RS), I(ST), I(TR)”, üç fazlı yükün her fazına ait yük akımlarını temsil etmektedir. Bu akımlar elemanların üzerlerindeki gerilimler cinsinden ifade edilir.

I(HR), I(HS), I(HT) değerleri ise yıldız bağlantıda olduğu gibi generatörle 3 fazlı yükün arasındaki bağlantıyı sağlayan hatların akımını gösterir. Üçgen bağlantıda nötr noktası olmadığı için yalnızca fazlar arası yani faz-faz gerilimler söz konusudur. Bunlar; U(RS), U(ST), U(TR)’ dir. Aşağıdaki denklemlerden de anlaşılacağı gibi hat akımları ile faz akımları birbirine eşit olmamaktadır.

Kirchoff akım kanunundan yola çıkarak;

hat akımlarını faz akımları cinsinden iade edebiliriz. Diğer yazılarımda görüşmek üzere..