يتم توليد الطاقة الكهربية في صورة جهود ثلاثية الطور بقيم تصل الي 13 كيلوفولت و أحيانا الي 35 كيلوفولت ، و يتم نقل الطاقة علي الخطوط و كابلات الجهد العالي بقيم تصل الي 220 و 500 واحيانا الي 750 كيلو فولت ، و بالتالي يظهر الاحتياج الي المحولات ثلاثية الأوجه لرفع قيمة جهد التوليد الي جهد النقل و كذلك لخفض جهد النقل الي قيم جهد التوزيع التي تصل الي 66 ثم الي 11 كيلو فولت.
و في حالة نظم الاستخدام الكهربي بقيم جهد ثلاثي الأوجة 380 فولت ظهر المحول ثلاثي الأوجة كبديل لاستخدام عدد ثلاثة محولات احادية الوجه و التي كان استخدامها شائعا في الماضي نظرا لقلة خبرة المشغلين بالمحولات ثلاثية الأوجه. و من مزايا استخدام المحولات ثلاثية الأوجه احتياجها الي مساحة أقل و وزن أقل و تكلفة أقل بنسبة 15% بالمقارنة بثلاثة محولات احادية الوجه.
2- تركيب المحولات ثلاثية الأوجه
تتشابه المحولات الثلاثية الأوجه من حيث نوعية التركيب مع نوعي المحولات احادية الوجه ذي القلب core أو مغلف اللفائف shell type . و يوضح الشكل (1) التركيب الاساسي لمحول ثلاثي الوجه حيث يظهر الملف الابتدائي الموصل علي شكل نجمة بمصدر ثلاثي الأوجه. و يتباعد قلب كل وجه بزاوية 120 درجة عن الأخر أما الأرجل legs فتتلامس مع بعضها . و يلاحظ أن هذه الرجل الوسطي تحمل مجال مغناطيسي يتناسب مع مجموع تيارات الأوجه IR+IY+IB ، و نظرا لأن مجموع هذه التيارات للنظم المتزنة يساوي الصفر فبالتالي لاتوجد حاجة لهذه الرجل المتوسطة.
و في هذه الحالة يعمل أي اثنين من القلوب كتكملة لمسار المجال المغناطيسي القلب الثالث ويتماثل ذلك مع توزيع التيارات في نظم الثلاثة أوجه.
و يوضح الشكل (2) تطوير المحول ثلاثي الأوجه و الملفات الثلاثة في صورة مستطيلات و يلاحظ أن المجال المغناطيسي – و المبين عند لحظة زمنية معينة - موزع بين القلوب الثلاثة طبقا لنظام الأطوار الثلاثي . و يوضح الشكل (3) الملفات في شكل اسطواني حول القلب الحديدي.
شكل (1)
و تتشابه محولات مغلف اللفائف ثلاثية الأوجه مع أحادية الوجه من نفس النوع. و يمكن ضم الثلاثة محولات الأحادية للثلاثة أوجه لتشكيل محول ثلاثي الأوجه ، و لكن يمكن توفير المادة الحديدية بالتصميم الموضح بالشكل (4).
و يتمثل التوفير في المادة الحديدية بالاستخدام المشترك لمسارات الفيض المغناطيسي. و يلاحظ أن الأوجه الثلاثة مستقلة بعض الشئ اكثر من محول القلب لأن كل وجه له دائرة مغناطيسية مستقلة.
شكل (4)
و يوجد عيب في المحول الثلاثي الأوجه يتمثل في أنه في حالة فقد أحد الأوجه فيلزم ايقاف تشغيل المحول ، و يمكن استثناء المحول الثلاثي المغلف عند توصيل الملفات علي صورة دلتا ولكنه فنيا غير ملائم. و يلاحظ أنه في حالة المحولات الأحادية الثلاثة فيمكن استبعاد المحول المعطوب بدون التأثير علي الوظيفة الكلية.
Example (1):
A 3-phase, 50-Ht transformer has a delta-connected primary and star-connected secondary, the line voltages being 22,000 V and 400 V respectively. The secondary has a star-connected balanced load at 0·8-power factor lagging. The line current on the primary side is 5 A. Determine the current in each coil of the primary side is 5 A in each secondary line. What is the output of the transformer in k W?
Solution. It should be noted that in three-phase transformers, the phase transformation ratio is equal to the turn ratio but the terminal or line voltages depend upon the method of connection employed. The ∆ / Y connection is shown in Fig. (1).
Fig. (1)
Phase voltage on primary side = 22.000 V
Phase voltage on primary side = 400 / √3
K = 400/22,000 x √3 = l/55√ 3
Primary phase current = 5/√3A
Secondary phase current = 275 A
Secondary line current = 275 A
Output = √3 VL IL cos φ
= √3 x 400 x 275 x 0.8 = 152.42 kW
Example (2):
A 3-phase, 3,300/400-V transformer high-voltage winding connected in delta and the low-voltage connected in star. If a load consisting of three-impedance 6+j8 ohm is joined in delta across the low voltage side, calculate (a) the kW delivered to the kW delivered to the load (b) currents in the low and high-voltage windings and the current drawn by the transformer from line. Neglect losses and no-load current of the transformer.
Solution. The transformer connection diagram is shown in Fig. (2).
Fig. (2)
(a) Power delivered to the load = √3 VL IL cos φ
Now, consider the Δ -connected load
Vph=VL=2400 V Zph = √( 62 + 82)= 10 Ω
Iph = 400/10= 40 A IL = √3 x 40 = 69 · 3 A
cos φ = 6/10 =0·6
P= √ 3 x 400 x 69· 3 x 0· 6 = 28,807 W
(b) Primary phase voltage = 3.300 V
Secondary phase voltage = 400 / √ 3
Current in low-voltage winding i.e. secondary is I2 = 40 x √3 = 69.3A
Current in low-voltage winding i.e. secondary is I1=KI2= 4.85 A