SISTEM BERBILANG FASA, PHASE.

PENGENALAN

Semua kuasa arus ulang-alik dijanakan oleh penjana tiga fasa atau janakuasa dan diagihkan melalui sistem tiga fasa. Sistem berbilang fasa adalah gabungan lebih daripada satu litar fasa tunggal yang disambungkan pada sumber tiga fasa melalui cara tiga ataupun empat pengalir.

KELEBIHAN SISTEM BERBILANG FASA

Antara sebab-sebab mengapa sistem berbilang fasa diperlukan adalah kerana :

1. Motor / janakuansa yang bersaiz kecil daripada motor fasa tunggal

2. Hanya memerlukan 75% daripada tenaga yang diperlukan oleh sistem fasa tunggal pada kadar kuasa yang sama.

3. Jumlah kuasa yang dibekalkan oelh sistem tiga fasa adalah lebih mantap.

4. Beban-beban yang disambungkan pada sistem tiga fasa mempunyai ciri-ciri kendalian yang baik kerana kuasanya tetap.

SISTEM BERBILANG FASA

Sistem berbilang fasa yang utama adalah :

1. Sistem 2 fasa 3 dawai

2. Sistem 3 fasa 3 dawai

3. Sistem 3 fasa 4 dawai

SISTEM 2 FASA 3 DAWAI

1) Sistem ini menggunakan 3 dawai untuk penyambungan iaitu fasa 1, fasa 2 dan neutral.

2) Gegelung A dan B terpisah 90o di antara satu sama lain.

3) Apabila gegelung berputar maka dge teraruh pada gegelung A dan B. DGE yang dijana pada gelung A, adalah sifar (0) sementara dge yang terjana pada gelung B adalah maksimum.

4) Kedua-dua gegelung tersebut memberikan nilai maksimum yang sama tetapi dge yang dijana oleh gelung A akan ketinggalan 90o berbanding gelung B.

5) Apabila sistem ini disambungkan kepada beban yang seimbang maka nilai IA = IB. Maka persamaan berikut diperolehi :

Arus = IA = IB

Voltan Talian, VT= 1.414 x Voltan Fasa

6) Disebabkan kos pengeluaran yang mahal dalam sistem ini maka ianya jarang digunakan di dalam kegunaan seharian.

SISTEM 3 FASA 3 DAWAI

1. Di dalam sistem ini terdapat 3 gelung yang diletakkan bersudut 120o di antara satu sama lain dan mempunyai nilai yang sama.

2. Tiap-tiap gegelung tersebut akan disambungkan kepada gelang gelincir masing-masing.

3. D.g.e yang dijanakan daripada setiap gelung tersebut akan dialirkan ke gelang gelincir melalui berus karbon dan seterusnya ke beban.

4. Ketiga-tiga d.g.e yang dijanakan akan mempunyai nilai yang sama tetapi ketinggalan 120o di antara satu sama lain. Nilai ketika bagi d.g.e yang dinyatakan boleh dinyatakan dalam persamaan berikut :

e = em sin q

di mana;  e  - nilai d.g.e ketika
              em - nilai d.g.e maksimum
               q   - sudut putaran

5. Nilai ketika bagi d.g.e bagi setiap gegelung dinyatakan dalam persamaan di bawah :

Gegelung merah  : em = em sin q
Gegelung kuning : ek = em sin ( q -120o )
Gegelung biru      : eb = em sin ( q - 240 o )

6. D.g.e yang dijanakan di dalam gegelung diagihkan samada dalam sistem tiga fasa tiga dawai ataupun sistem tiga fasa empat dawai.

7. Penggunaan sistem ini akan bergantung kepada cara sambungan yang dilakukan pada pengubah di stesen janakuasa / sub-stesen. Biasanya d.g.e yang dijanakan akan disambungkan pada pengubah bagi menaikkan dilai d.g.e tersebut. Kaedah penyambungan adalah samada :

i. Delta – Delta
ii. Star – Star


Kaedah Penyambungan Tiga Fasa Tiga Dawai ( Delta-Delta )

Kaedah Penyambungan Tiga Fasa Empat Dawai ( Delta – Star )

KAEDAH PENYAMBUNGAN SISTEM BERBILANG FASA

Terdapat dua jenis sambungan di dalam sistem berbilang fasa :

i. Sambungan Delta - D

ii. Sambungan Star - U

KAEDAH SAMBUNGAN DELTA

1. Daripada rajah di atas, didapati magnitud bagi voltan talian dan voltan fasa adalah sama manakala magnitud bagi arus talian dan arus fasa pula adalah berbeza.

2. Kaedah ini menggunakan sistem sambungan tiga dawai, oleh itu hanya terdapat magnitud bagi voltan tunggal sahaja dan diungkapkan sebagai ;

  

V_L = V_q 

3. Berikut merupakan rajah arus fasa bagi sistem sambungan delta. 

4. Magnitud bagi setiap arus talian bersamaan dengan Ö3 kali magnitu bagi arus fasa. Ini akan menjadikan sudut fasa sebanyak 30^o di antara setiap arus talian dengan arus fasa yang terdekat.  Arus talian diungkapkan sebagai ;

I_L = Ö 3 I_q

KAEDAH SAMBUNGAN STAR

1. Bagi sistem yang menggunakan kaedah penyambungan star, ia boleh jadi samada tiga dawai ataupun empat dawai apabila neutral digunakan di dalam sistem.

2. Sekiranya beban adalah seimbang (balance load) di dalam sistem maka arus pada dawai neutral adalah bersamaan dengan sifar ( 0 ). Walaubagaimanapun, pada kes beban tidak seimbang (unbalance load) pula dawai neutral sangat penting bagi menyediakan laluan arus balik (return current path).

3. Merujuk kepada rajah :

i. Voltan Fasa, V_q     - Voltan pada belitan / gelung

ii. Voltan Talian, V_L   - Voltan antara talian

iii. Arus Fasa, I_q        - Arus yang melalui belitan / gelung

iv. Arus Talian, I_L       - Arus yang menyambungkan belitan / gelung dengan beban.

4. Terdapat tiga voltan talian dan magnitud bagi ketiga-tiga voltan talian adalah bersamaan dengan Ö 3 didarabkan dengan magnitud voltan fasa dan diungkapkan sebagai :

V_L = Ö 3 V_q

5. Rajah fasa bagi hubungan voltan fasa dan voltan talian pada sistem tiga fasa sambungan star.

Perbandingan Sambungan Star dan Delta

	Sambungan Star – Y	Sambungan Delta - D
Sistem Bekalan	i. Penebatan Tinggi ii. Voltan Talian yang tinggi iii. Arus Talian yang rendah iv. Saiz kabel kecil	i. Penebatan rendah ii. Voltan Talian rendah iii. Arus Talian yang tinggi iv. Saiz kabel besar
Beban	i. Voltan berkadaran rendah ii. Komponen penebatan kurang iii. Arus berkadaran tinggi iv. Saiz kabel yang besar v. Penebatan kecil	i. Voltan berkadaran tinggi ii. Komponen penebatan tinggi iii. Arus berkadaran rendah iv. Saiz kabel kecil v. Penebatan besar

ANALISA BEBAN

Contoh Pengiraan 1:

Rajah di atas menunjukkan sistem sambungan bintang yang mempunyai beban seimbang. Kirakan :

i. Voltan susut pada setiap beban

ii. Arus pada setiap beban

Penyelesaian :

i. Voltan pada setiap beban

V_q = V_L / Ö 3

     = 415 / Ö 3

     = 240V

** Disebabkan beban disambung di dalam bentuk sambungan star maka vaoltan bagi setiap beban adalah sama     iaitu 240V.

ii. Arus pada setiap beban

I_q = V_q / R_q

    = 240 / 6

    = 40A

Contoh Pengiraan 2 :

Berdasarkan maklumat daripada rajah yang diberi, tentukan nilai voltan beban dan arus beban dan arus talian.

i.  Voltan pada beban

                                    V_q = V_L= 240 V

ii. Arus pada beban

                                     I_q = V_q / Z_q

                                         = 240 / 24

                                         = 10A

i. Arus Talian

           I_L = Ö 3 I_q

               = 17.32A

KUASA TIGA FASA

1.Setiap fasa pada sistem tiga fasa yang seimbang mempunyai jumlah kuasa yang sama. Oleh itu, jumlah kuasa beban sebenar adalah tiga kali kuasa beban pada setiap fasa.

Diungkapkan sebagai :

P_L(tot) = 3 V_Z I_Z cos q

Di mana;

VZ – Voltan beban pada sesuatu fasa

IZ   -  Arus beban pada sesuatu fasa

cos q  - Faktor kuasa

2. Rujuk semula sistem sambungan star berbeban seimbang voltan dan arus talian diungkapkan sebagai :

V_L = Ö 3 V_Z

I_L  = I_Z

3. Bagi sistem sambungan delta seimbang pula persamaan bagi voltan talian dan arus talian pula adalah :

V_L = V_Z

I_L  = Ö 3 I_Z

4. Apabila setiap hubungan persamaan di atas digantikan, maka wujud satu rumus untuk kuasa sebenar bagi kedua-dua jenis sistem sambungan star dan delta, iaitu :

P_L(tot) = Ö 3 V_L I_L cos q

Contoh Pengiraan :

Pada satu sistem sambungan delta yang seimbang, voltan talian adalah 250 V dan galangan adalah 50 W bersudut 30^o. Tentukan jumlah kuasa beban penuh.

IZ = VZ / Z                   IL = Ö 3 I_Z                              F.K, cosq = cos30^o

    = 250 / 50                    = Ö 3 ( 5 )                                          = 0.866

    = 5A                             = 8.66A

\ Jumlah Kuasa Beban;   P_L(tot) = Ö 3 V_L I_L cos q

                                                      = Ö 3 ( 250 )( 8.66 )( 0.866 )

                                                      = 3.25kW

PENGUKURAN KUASA

Kuasa di dalam sistem tiga fasa diukur dengan menggunakan wattmeter. Meter tersebut menggunakan asas pergerakkan elektrodynamometer yang mengandungi dua gegelung. Satu gelung digunakan untuk mengukur arus dan gelung yang satu lagi adalah untuk tujuan pengukuran voltan.

Rajah di bawah menunjukkan rajah skematik bagi wattmeter dan juga penyambungan bagi pengukuran kuasa pada beban. Perintang yang bersambung secara siri dengan gelung voltan adalah bertujuan untuk menghadkan nilai arus yang melalui gelung ke nilai yang kecil dan berkadar terus dengan voltan pada gelung tersebut.

KAEDAH PENGUKURAN TIGA WATTMETER

Dengan menggunakan kaedah pengukuran tiga wattmeter, kuasa boleh diukur dengan mudah dan tepat pada sistem tiga fasa berbeban seimbang mahupun tidak seimbang samada untuk sambungan star ataupun delta.

Jumlah kuasa keseluruhan adalah dengan menambahkan nilai bacaan ketiga-tiga wattmeter dan diungkapkan sebagai :

P_(tot) = P₁ + P₂ + P₃

Sekiranya beban adalah seimbang, jumlah kuasa keselurahan adalah tiga kali daripada bacaan daripada salah satu wattmeter.

KAEDAH PENGUKURAN DUA WATTMETER

Merupakan salah satu kaedah di dalam pengukuran kuasa tiga fasa dengan hanya menggunakan dua wattmeter sahaja. Di dalam penyambungannya, gelung voltan bagi kedua-dua meter tersebut disambung merentangi voltan talian dan gelung arus akan menerima arus yang melalui talian tersebut.

Jumlah bacaan bagi kedua-dua meter tersebut dicampurkan bagi mendapatkan bacaan bagi jumlah kuasa bagi sambungan star mahupun delta. Jumlah kuasa boleh diungkapkan sebagai;

P_(tot) = P₁ + P₂