الطاقة الكهربائية ثنائية الطور

كان نظام الطاقة الكهربائية ثنائي الطور نظامًا لتوزيع الطاقة الكهربائية متعددة الأطوار ذات التيار المتردد ، ظهر في أوائل القرن العشرين . استُخدمت فيه دائرتان كهربائيتان، يختلف بينهما ربع دورة (90 درجة). عادةً ما كانت الدوائر تستخدم أربعة أسلاك، سلكان لكل طور. وفي حالات أقل شيوعًا، استُخدمت ثلاثة أسلاك، مع سلك مشترك ذي موصل ذي قطر أكبر. احتوت بعض المولدات ثنائية الطور المبكرة على مجموعتين كاملتين من الدوار والمجال، مع إزاحة الملفات فعليًا لتوفير الطاقة ثنائية الطور. كانت المولدات في شلالات نياجرا، التي رُكّبت عام 1895، أكبر المولدات في العالم آنذاك، وكانت تعمل بنظام ثنائي الطور. في نهاية المطاف، حلت أنظمة الطاقة ثلاثية الطور محل أنظمة الطاقة ثنائية الطور الأصلية لنقل الطاقة واستخدامها. لا تزال أنظمة التوزيع ثنائية الطور قيد التشغيل في وسط مدينة فيلادلفيا ، حيث تم توصيل العديد من المباني التجارية بشكل دائم بنظام ثنائي الطور، ^{[ 2 ]} وفي هارتفورد، كونيتيكت . ^{[ 3 ]}

تتمثل ميزة الطاقة الكهربائية ثنائية الطور على أحادية الطور في أنها تتيح تصميم محركات كهربائية بسيطة ذاتية التشغيل. في بدايات الهندسة الكهربائية ، كان من الأسهل تحليل وتصميم أنظمة ثنائية الطور حيث تكون الأطوار منفصلة تمامًا. ^{[ 4 ]} لم تتوفر لأنظمة الطاقة متعددة الأطوار أداة رياضية ملائمة لوصف حالات الأحمال غير المتوازنة إلا بعد اختراع طريقة المكونات المتناظرة عام 1918. يسمح المجال المغناطيسي الدوار الناتج عن نظام ثنائي الطور للمحركات الكهربائية بتوفير عزم دوران بدءًا من سرعة دوران صفرية، وهو ما لم يكن ممكنًا مع محرك الحث أحادي الطور (بدون وسيلة بدء إضافية). تستخدم محركات الحث المصممة للتشغيل ثنائي الطور تكوينًا مشابهًا للملفات المستخدمة في محركات الحث أحادية الطور ذات بدء المكثف . مع ذلك، في محرك الحث ثنائي الطور، تكون معاوقة الملفين متطابقة.

تتميز الدوائر ثنائية الطور أيضًا بميزة الطاقة المجمعة الثابتة في الحمل المثالي، في حين أن الطاقة في دائرة أحادية الطور تنبض بتردد ضعف تردد الخط بسبب نقاط عبور الصفر للجهد والتيار.

تتطلب الطاقة الكهربائية ثلاثية الأطوار كتلة موصلات أقل لنفس الجهد والطاقة الإجمالية، مقارنةً بدائرة كهربائية ثنائية الأطوار بأربعة أسلاك بنفس سعة النقل. ^{[ 5 ]} وقد حلت محل الطاقة ثنائية الأطوار في التوزيع التجاري للطاقة الكهربائية، ولكن لا تزال الدوائر ثنائية الأطوار موجودة في بعض أنظمة التحكم.

تستخدم الدوائر ثنائية الطور عادةً زوجين منفصلين من الموصلات الحاملة للتيار. بدلاً من ذلك، يمكن استخدام ثلاثة أسلاك، ولكن الموصل المشترك يحمل المجموع الاتجاهي لتيارات الأطوار، مما يتطلب موصلاً أكبر. أما المجموع الاتجاهي لتيارات الأطوار الثلاثة المتوازنة فيساوي صفرًا، مما يسمح بالاستغناء عن الأسلاك المحايدة. في توزيع الطاقة الكهربائية، يمثل استخدام ثلاثة موصلات فقط، بدلاً من أربعة، توفيرًا كبيرًا في تكلفة أسلاك التوزيع نظرًا لتكلفة الموصلات والتركيب.

على الرغم من أن دوائر التيار ثنائي الطور وثلاثي الطور تتمتع بقدرة إجمالية ثابتة للحمل المثالي، إلا أن الأجهزة العملية، مثل المحركات، قد تعاني من نبضات في الطاقة في أنظمة التيار ثنائي الطور. ^{[ 4 ]} تميل هذه النبضات إلى التسبب في زيادة الضوضاء الميكانيكية في رقائق المحولات والمحركات نتيجةً للانفعال المغناطيسي والاهتزاز الالتوائي في أعمدة إدارة المولدات والمحركات.

يمكن الحصول على طاقة ثنائية الطور من مصدر ثلاثي الأطوار باستخدام محولين في توصيلة سكوت : يُوصل الملف الابتدائي لأحد المحولين عبر طورين من مصدر التغذية. أما المحول الثاني، فيُوصل بنقطة المنتصف للمحول الأول، ويُلفّ بحيث يُنتج 86.6% من جهد الطور-إلى-الطور في النظام ثلاثي الأطوار. يحتوي الملف الثانوي للمحولين على طورين يفصل بينهما 90 درجة، وبالتالي يكون الحمل ثنائي الطور متوازنًا بالتساوي على أطوار التغذية الثلاثة.

ملحوظات

مراجع محددة

مراجع عامة