三相Yおよびデルタ構成

三相Y（Y）接続

最初に、一般に「Y」（または「スター」）構成として知られている3つの電圧源を接続することにより、三相電源システムのアイデアを検討しました。

電圧源のこの構成は、各電源の片側を結合する共通の接続ポイントによって特徴付けられます。 （下の図）

三相「Y」接続には、共通のポイントに接続された3つの電圧源があります。

各電圧源がワイヤーのコイル（オルタネーターまたは変圧器の巻線）であることを示す回路を描き、わずかに再配置すると、下の図で「Y」構成がより明確になります。

3相、4線式の「Y」接続では、「共通の」4番目の線を使用します。

電圧源（巻線）から負荷に向かってつながる3つの導体は、通常、ラインと呼ばれます。 、巻線自体は通常フェーズと呼ばれます 。

Y接続システムでは、中性線が中央の接合点に接続されている場合とされていない場合がありますが（下の図）、前述のように、三相負荷の1つの要素がフェールオープンした場合の潜在的な問題を軽減するのに役立ちます。以前。

3相、3線式の「Y」接続では、中性線は使用されません。

三相システムの電圧と電流値

三相システムで電圧と電流を測定する場合、どこで特定する必要があります。 測定中です。

線間電圧 平衡三相システムの任意の2本の線導体間で測定された電圧の量を指します。上記の回路では、線間電圧は約208ボルトです。

相電圧 平衡三相電源または負荷の任意の1つのコンポーネント（電源巻線または負荷インピーダンス）で測定された電圧を指します。

上記の回路の場合、相電圧は120ボルトです。用語 line current および相電流 同じ論理に従います。前者は任意の1つの線導体を流れる電流を指し、後者は任意の1つのコンポーネントを流れる電流を指します。

Y接続された電源と負荷は、常に相電圧よりも大きい線間電圧を持ち、線間電流は相電流に等しくなります。 Y接続された電源または負荷のバランスが取れている場合、線間電圧は相電圧に3の平方根を掛けたものに等しくなります。

ただし、「Y」構成だけが、三相電圧源または負荷要素を相互に接続するための有効な構成ではありません。

三相デルタ（Δ）構成

別の構成は、同じ名前のギリシャ文字（Δ）に幾何学的に類似していることから、「デルタ」として知られています。下図の各巻線の極性に注意してください。

三相、3線式Δ接続には共通点がありません。

一見すると、このような3つの電圧源が短絡を引き起こし、電子が三角形の周りを流れ、巻線の内部インピーダンスだけでそれらを抑制しているように見えます。

ただし、これら3つの電圧源の位相角のため、そうではありません。

デルタ接続におけるキルヒホッフの電圧法則

これを簡単に確認するには、キルヒホッフの電圧法則を使用して、ループの周りの3つの電圧の合計がゼロになるかどうかを確認します。その場合、そのループの周りに電流を流すために利用できる電圧がなくなり、その結果、循環電流がなくなります。

上巻きから反時計回りに進むと、KVL式は次のようになります。

実際、これら3つのベクトル量を合計すると、合計はゼロになります。これらの3つの電圧源が循環電流を発生させることなくループで一緒に接続できるという事実を確認する別の方法は、1つの接合点でループを開き、ブレーク間の電圧を計算することです:(下の図）

オープンΔの両端の電圧はゼロである必要があります。

右巻き（120V∠120°）から始まり、反時計回りに進むと、KVLの式は次のようになります。

案の定、ブレークの両端の電圧はゼロになり、接続が完了したときに巻線の三角形のループ内を電流が循環しないことを示しています。

Δ接続された三相電圧源は、循環電流によってカリカリに焼けないことを確認したので、三相回路の電源としての実用化に目を向けます。

線導体の各ペアはΔ回路の単一の巻線に直接接続されているため、線間電圧は相電圧に等しくなります。

逆に、各線導体は2つの巻線間のノードに接続されるため、線電流は2つの結合相電流のベクトル和になります。

当然のことながら、Δ構成の結果の方程式は次のとおりです。

デルタ接続の回路解析の例

回路例でこれがどのように機能するかを見てみましょう:(下の図）

Δソースの負荷はΔに配線されています。

各負荷抵抗がソースのそれぞれの相巻線から120ボルトを受け取ると、この回路の各相の電流は83.33アンペアになります。

デルタ三相システムの利点

したがって、この三相電力システムの各ライン電流は144.34アンペアに等しく、これは前に見たY接続システムのライン電流よりも大幅に多くなります。

導体電流が非常に大きく、より太く、より高価なワイヤが必要であるという事実を考えると、ここで三相電力のすべての利点を失ったのではないかと思うかもしれません。

答えはいいえだ。この回路には3つのナンバー1ゲージの銅導体が必要です（ソースと負荷の間の距離が1000フィートの場合、これはシステム全体で750ポンド強の銅に相当します）が、それでも1000ポンド以上の銅が必要です。同じ電圧（導体間120ボルト）で同じ電力（30 kW）を供給する単相システム。

Δ接続システムの明確な利点の1つは、中性線がないことです。 Y接続システムでは、負荷の相電圧が変化しないようにするために、相負荷の1つがフェールオープンする（またはオフになる）場合に備えて、中性線が必要でした。

これは、Δ接続された回路では必要ありません（または可能です！）。

各負荷相要素がそれぞれのソース相巻線に直接接続されているため、負荷要素のオープン障害に関係なく、相電圧は一定になります。

おそらく、Δ接続されたソースの最大の利点は、そのフォールトトレランスです。

Δ接続された三相電源の巻線の1つが、負荷電圧または電流に影響を与えることなくフェールオープンする可能性があります（下の図）。

電源巻線に障害が発生した場合でも、線間電圧は120 Vのままで、負荷相電圧は120 Vのままです。唯一の違いは、残りの機能の余分な電流です。ソース巻線。

Δ接続されたソースに対してソース巻線がフェールオープンした場合の唯一の結果は、残りの巻線の相電流が増加することです。このフォールトトレランスを、下の図のオープンソース巻線に苦しんでいるY接続システムと比較してください。

「Y」ソース巻線を開くと、負荷に接続されたΔの2つの負荷の電圧が半分になります。

Δ接続の負荷では、2つの抵抗は電圧が低下しますが、1つは元の線間電圧208のままです。Y接続の負荷はさらに悪い運命をたどり（下図）、Y接続のソースで同じ巻線障害が発生します。 。

「Y-Y」システムのオープンソース巻線は、2つの負荷の電圧を半分にし、1つの負荷を完全に失います。

この場合、2つの負荷抵抗は電圧が低下し、3つ目は供給電圧を完全に失います。このため、信頼性のためにΔ接続されたソースが推奨されます。

ただし、二重電圧が必要な場合（120/208など）、またはより低いライン電流に適している場合は、Y接続システムが最適な構成です。

レビュー：

• 三相電源または負荷の3点に接続された導体は、ラインと呼ばれます。 。
• 三相電源または負荷を構成する3つのコンポーネントは、相と呼ばれます。 。
• 線間電圧 は、三相回路の任意の2つのライン間で測定された電圧です。
• 相電圧 は、三相電源または負荷の単一コンポーネントで測定された電圧です。
• ライン電流 は、三相電源と負荷の間の任意の1つのラインを流れる電流です。
• 相電流 は、三相電源または負荷を構成する任意の1つのコンポーネントを流れる電流です。
• 平衡型「Y」回路では、線間電圧は相電圧に3の平方根を掛けたものに等しく、線間電流は相電流に等しくなります。

• 平衡Δ回路では、線間電圧は相電圧に等しく、線間電流は相電流に3の平方根を掛けたものに等しくなります。

• Δ接続された三相電圧源は、Y接続された電源よりも巻線障害の場合に高い信頼性を提供します。ただし、Y接続の電源は、Δ接続の電源よりも少ないライン電流で同じ量の電力を供給できます。

関連するワークシート：

• デルタおよびY三相回路ワークシート