Üç fazlı alternatif akımı yazımızda bulunan şekil-1’de anılan elektrik jeneratörü, aynı yazının şekil-4’ünde görüldüğü gibi yıldız devre şeklinde bağlanıp bir motor tarafından döndürülmektedir. Tek tek faz iletkenleri arasında ve sonra faz-nötr iletkenleri arasında bir voltmetre ile ölçümler yapıldığında şöyle sonuçlara varılacaktır. R ile S, S ile T ve T ile R fazları arasında aynı büyüklükte gerilimler bulunur. R ile Mp, S ile Mp ve T ile Mp arasında da gerilimler aynıdır, ancak bunlar, fazlar arası gerilimlerden küçüktür.
Bu farklı gerilimler birbiri arasında bir orantıya tutulursa, √3 faktörü elde edilir (√3 = 1,73). Faz iletkenlerinin birbiri arasındaki gerilim, fazlar arası gerilim (U) ve faz iletkenleri ile nötr iletkeni arasındaki gerilim faz-nötr gerilimi ya da yıldız gerilimi (Uy) olarak tanınır. (Şekil-1)
Bir alternatörden dört hat iletkeni çıkıyorsa, böyle bir düzen Dört iletkenli şebeke olarak anılır. 380 V’luk bir dört iletkenli şebekede fazlar arası gerilim 380 V ve faz – nötr gerilimi 220 V dur.
Alternatif akım ile çalışan aygıtların dört iletkenli bir şebekeye bağlanması 6 şekilde olanaklıdır. (Şekil – 2).
Bunlardan ilk üçünde elektrik aygıtı (örneğin: motor, elektrik fırını) R ile S ya da S ile T veya T ile R fazları arasına bağlanarak 380 V.’da işletilir. 220 V luk bir işletmede aygıt (örneğin : elektrik lambası) R ile Mp ya da S ile Mp veya T ile Mp arasına bağlanmaktadır.
Simetrik (Dengeli) Yüklenmede Gerilim ve Akımlar
Şekil – 3’de görüldüğü gibi dört iletkenli bir şebekeye aynı değerde üç tane yük bağlanmıştır. Devredeki şalterler birbiri arkasından tek tek kapatılmak suretiyle nötr iletken hattına bağlı ampermetre ile akımlar ölçülür.
Devrede bir tane yük var iken, nötr iletkeninden geçen akım, faz iletkeninden geçen akıma eşittir. İkinci yük devreye sokulduğunda, nötr iletkeninden geçen akım değişmez kalır. Üçüncü yük de devreye girdiğinde nötr iletkeninden hiçbir akım geçmez.
Nötr iletkenden duruma göre faz iletkenlerinden geçen akımların toplamı akar. Şekil – 4’de görülen diyagramda, örneğin II. zaman noktası (90°) ele alınırsa, burada U-X sargısından geçen IR akımının en büyük değerini aldığı görülecektir. Is ve IT akımları, IR akımının ters yönünde ve her biri IR’nin yarı büyüklüğündedir Ancak Is ve Ir akımlarının toplamı IR akımına eşittir. Bu nedenle bu üç akımın toplamı sıfır sonucunu vermektedir. Bu oluşum zaman ekseni üzerinde 0° den 360° ye kadar her zaman noktası için geçerlidir.
Yıldız devre içindeki akımlar şekil-5’te görüldüğü gibi vektöryel olarak da gösterilebilir. Burada örneğin : IR ve Is akımları geometrik olarak toplanırsa, IT akımının büyüklüğünde bir akım elde edilir. IR akımı toplam akımın zıt yönünde olduğundan, sonuç sıfır olur. Bu oluşum aynı şekil içindeki vektör üçgeni ile bir kez daha gösterilmiştir.
Yıldız bağlantılı trifaze gerilimin uygulandığı aygıtlarda (örneğin: motorlar) fazların yüklenmesi simetriktir. Bunlarda nötr iletkeninden akım geçmez.
Simetrik yüklenmede, nötr hat iletkeninden akım geçmez.
Nötr iletkeni bağlanmadığı takdirde, simetrik yüklenmede nötr hat iletkeninden akım geçmeyeceği için gerilim ve akımlar değişmez kalır.
Simetrik yüklenmede, sargı gerilimi yıldız gerilimine (faz-nötr gerilimine) eşittir.
Us = Uy
Yıldız devrede sargı akımı hat akımına eşittir.
Is=I
Aygıta ait (örneğin : motor) faz sargılarının üçü de faz iletkenlerine bağlandığı takdirde tam enerji alınabilir. Bunun sonucu, nötr iletkeni yıldız noktasına sanki bağlanmışcasına, yıldız devre sargıları üzerinde hep aynı gerilim bulunur.
Yıldız bağlantılı sargılar içinde endüklenen alternatif gerilimler, hat gerilimlerinde aynen olduğu gibi birbirlerine (Şekil – 6) göre 120° faz farklıdır.
Şekildeki UTMp, USMp ve UST vektörleri taban açısı 30° olan ikizkenar bir üçgen oluştururlar. Bu üçgende UST : USMp ya da UTMp‘den √3 katsayısı kadar büyüktür.
Yıldız devrede fazlar arası gerilim sargı geriliminden √3 katsayısı kadar büyüktür.
U = √3.Us
Örnek: Üç fazlı bir motor 380 V’luk bir şebekeye yıldız bağlanmıştır. Motorun sargı gerilimini hesaplayınız.
Us = U / √3 = 380 / √3 = 220 V
Asimetrik (Dengesiz) Yüklenmede Gerilim ve Akımlar:
Şekil – 3 için anılan deney bu kez üç farklı yük kullanılmak suretiyle ve nötr iletkeni devreye bağlanmadan tekrarlanmıştır. Her bir yük (örneğin : sargı) üzerinde tek tek gerilimler ölçülüp, birbirleri ile karşılaştırılırsa, küçük dirençli yük üzerinde büyük gerilim bulunduğu görülecektir.
Nötr iletkeni devreye bağlandıktan sonra, çeşitli yükler üzerinde gerilim aynı olacak, ancak faz iletkenlerinden geçen akımlar değişecek ve nötr iletkeninden bir akım akacaktır.
Nötr iletkeni bulunmayan bir yıldız devrenin asimetrik (simetrik olmayan) yüklenmesinde, düşük yüklü sargı üzerinde daha büyük bir gerilim bulunur. Bu nedenle asimetrik yüklenmede (Şekil – 7) vektör diyagramı değişiktir. Bu şekilde Mp noktası vektör üçgeninin ortasında değildir. Dördüncü bir iletken, yani nötr iletkeni bağlandığında, yüklere eşit büyüklükte gerilimler uygulanmış olur.
Alçak gerilim şebekeleri asimetrik yüklenme olasılığına karşı genellikle dört hat çekilirler. Buna karşın yüksek gerilim taşıma şebekesinde genellikle üç iletken kullanılır. Yıldız devreli bir jeneratöre bu nedenle hem üç iletkenli – hem de dört iletkenli hat şebekeleri bağlanabilmektedir.
Nötr iletkeninden geçen akım vektör diyagramı yardımıyla saptanabilir(Şekil – 8). Asimetrik yüklenme halinde, hat akımları vektör diyagramı üzerinde birbirini götürmez (yok etmez). Hat akımlarının geometrik toplamı nötr hat iletkeninden geçen akımı verir.
Yıldız üçgen dönüşümü , yıldızdan üçgene dönüşüm, üçgenden yıldıza dönüşüm formülü ve açıklamaları için aşağıdaki linkten ilgili yazıya ulaşabilirsiniz.
*** Yıldız üçgen dönüşümü ***
Ayrıca bir motor pratikte nasıl yıldız bağlanır görmek için aşağıdaki linkten ilgili yazıya gidebilirsiniz.
*** Yıldız ve Üçgen Bağlantı ***
