Di Amerika Serikat, sebagian besar daya yang masuk ke rumah orang adalah daya satu fase. Daya yang dihasilkan di pembangkit listrik, bagaimanapun, adalah daya tiga fase. Ini adalah ide di balik saluran transmisi besar yang Anda lihat melekat pada menara tinggi – saluran ini seharusnya ditransmisikan sebagai tegangan sebanyak mungkin untuk jarak jauh sebelum daya ini "disadap" dan dikirim ke lingkungan dengan sangat berkurang tegangan.
Daya satu fase cukup untuk hampir semua peralatan rumah tangga, sedangkan pengaturan industri yang menampilkan alat berat memerlukan daya tiga fase. Tetapi bagaimana jika Anda membutuhkan daya tiga fasa dan yang Anda miliki hanyalah daya satu fasa yang masuk ke rumah Anda?
Peringatan
Informasi di sini dimaksudkan untuk tujuan akademis saja – bukan instruksional. Jangan pernah bereksperimen dengan atau mengubah kabel listrik di rumah Anda atau di mana pun kecuali Anda telah dilatih secara khusus untuk pekerjaan itu.
Kekuatan Tiga Fase: Analogi Visual Visual
Bayangkan diri Anda dan dua orang teman Anda (yang jelas bosan) berjalan bolak-balik dengan kecepatan 2 meter per detik (sekitar 4,5 mil per jam) di sepanjang jalur yang membentang utara-selatan dan berukuran 60 meter dari ujung ke akhir. Masing-masing dari Anda mulai di titik tengah jalan ini, berjalan ke ujung utara, kembali ke awal, terus berjalan ke ujung yang berlawanan, dan kembali lagi ke tengah, dengan demikian menyelesaikan satu "putaran" 120 meter, atau siklus. Karena masing-masing dari Anda berjalan dengan kecepatan 2 meter per detik, satu perjalanan pulang pergi membutuhkan waktu tepat 60 detik untuk setiap orang.
Asumsikan lebih lanjut bahwa pada titik awal, "status" Anda masing-masing adalah nol. Anda mendapatkan satu unit status untuk setiap meter Anda berjalan ke utara dan kehilangan satu unit status untuk setiap meter Anda berjalan ke selatan. Jadi setiap kali salah satu dari Anda mencapai ujung utara jalan, orang itu memiliki status 30, sementara siapa pun yang berbelok di ujung selatan memiliki status -30. Anda menyadari bahwa Anda bertiga dapat secara maksimal memisahkan diri satu sama lain dengan memulai 20 selisih detik, karena setiap sirkuit membutuhkan waktu 60 detik dan Anda bertiga, dan 60 dibagi 3 adalah 20. Jika Anda melakukan aljabar, Anda menemukan bahwa ketika salah satu dari Anda telah memaksimalkan "status" Anda pada nilai 30 dengan mencapai ujung utara, dua lainnya saling berpapasan di sepanjang bagian selatan, satu menuju utara dan yang lainnya menuju selatan, di mana setiap pejalan kaki memiliki status -15. Jika Anda menambahkan nilai status Anda bersama-sama pada saat seperti itu, jumlahnya menjadi 30 + (-15) + (-15) = 0. Dimungkinkan untuk menunjukkan bahwa, pada kenyataannya, jumlah semua nilai status Anda kapan saja adalah 0 selama Anda bertiga terhuyung-huyung sempurna seperti yang dijelaskan.
Daya dan Tegangan di Sirkuit AC
Ini menawarkan model seperti apa daya listrik tiga fase, kecuali bahwa "tegangan" adalah menggantikan "status" dan alih-alih satu siklus terjadi setiap 60 detik, 60 siklus tegangan terjadi setiap detik. Plus, alih-alih setiap orang melewati titik awal dua kali per menit, tegangan melewati titik nol 120 kali per detik.
Karena cara daya, arus, dan tegangan terkait secara matematis, daya tiga fase tetap pada tingkat yang konstan dan tidak nol meskipun ketiga tegangan individu tersebut ditambahkan ke nol setiap saat. hubungan ini adalah:
P = V2/R
Di sini P adalah daya dalam watt, V adalah tegangan dalam volt dan R adalah hambatan listrik dalam satuan yang disebut ohm. Anda dapat melihat bahwa tegangan negatif berkontribusi pada daya karena mengkuadratkan angka negatif menghasilkan nilai positif. Daya total dalam sistem tiga fasa hanyalah jumlah daya dari tiga nilai daya individu dari setiap fasa.
Juga, jika Anda pernah bertanya-tanya bagaimana arus bolak-balik (AC) mendapatkan namanya, Anda sekarang memiliki jawabannya. Tegangan tidak pernah stabil baik dalam sistem satu fase atau tiga fase, dan akibatnya, arus juga tidak; ini terkait dengan hukum Ohm, yaitu V = IR, di mana I adalah arus dalam ampere ("amp").
Kekuatan Satu Fase: Memperluas Analogi
Untuk memperluas analogi teman berjalan bolak-balik menjadi kekuatan satu fase, bayangkan saja dua teman Anda dipanggil ke rumah untuk makan malam sementara Anda terus berjalan, dan begitulah. Artinya, daya tiga fase secara harfiah hanya tiga sumber daya satu fase yang saling diimbangi oleh sepertiga siklus (atau dalam istilah trigonometri, sebesar 120 derajat). Dalam catu daya fase tunggal, setiap kali tegangan tunggal secara singkat menjadi nol, begitu juga output daya. Anda mungkin bisa mengerti sekarang mengapa peralatan kecil, yang tidak banyak terpengaruh oleh penyimpangan yang sangat singkat di daya, dapat berjalan dengan daya satu fase, sedangkan mesin besar yang beroperasi pada tingkat watt (daya) tinggi tidak bisa; mereka membutuhkan catu daya yang besar dan stabil.
Semua hal di atas lebih mudah dipahami dengan melihat grafik tegangan vs. waktu untuk catu daya tiga fase (lihat Sumberdaya). Dalam grafik ini, fase individu digambarkan dalam garis merah, ungu dan biru. Ini selalu berjumlah nol, tetapi jumlah kuadratnya positif dan konstan. Dengan demikian diberikan nilai R yang tidak berubah, daya P dalam pengaturan ini juga konstan karena hubungan P = V2/R.
Untuk suplai satu fasa, tidak ada tegangan yang dijumlahkan, dan tegangan satu fasa melewati titik nol 120 kali per detik. Pada saat ini, daya turun ke nol tetapi pulih dengan cukup cepat sehingga lampu yang lebih kecil, peralatan, dan sebagainya tidak mengalami gangguan yang nyata.
Konversi Satu Fasa ke Tiga Fasa
Jika Anda memiliki motor tiga fase di perangkat yang lebih besar seperti kompresor udara ukuran industri dan tidak memiliki akses siap ke daya tiga fase karena cara jaringan lokal Anda diatur, ada solusi yang dapat Anda gunakan untuk mendapatkan peralatan Anda dengan benar bertenaga. (Salah satunya adalah mengganti motor tiga fase dengan motor satu fase, tetapi ini tidak secerdas solusi lainnya.)
Berbagai jenis konverter tiga fase tersedia. Salah satunya, konverter statis, mengambil keuntungan dari fakta bahwa sementara motor tiga fase tidak dapat memulai dengan daya satu fase, motor ini dapat tetap berjalan dengan daya satu fase setelah dihidupkan. Konverter statis melakukan ini dengan bantuan kapasitor (perangkat yang dapat menyimpan muatan), yang memungkinkan konverter statis berdiri untuk salah satu fase, meskipun dengan cara yang tidak efisien yang dijamin akan mengurangi masa pakai efektif motor menjangkau. SEBUAH konverter fase putar, di sisi lain, bertindak sebagai semacam kombinasi dari motor tiga fase pengganti dan generator independen. Perangkat ini termasuk motor pemalas, yang, setelah digerakkan, tidak mengubah bagian yang bergerak di induknya mesin tetapi malah menghasilkan daya sehingga seluruh pengaturan dapat meniru sistem daya tiga fase secara wajar baik. Akhirnya, penggerak frekuensi variabel (VFD) menggunakan komponen yang disebut inverter, yang dapat digunakan untuk membuat arus bolak-balik pada hampir semua frekuensi yang diinginkan dan mereplikasi sebagian besar kondisi di dalam motor tiga fase standar.
Tak satu pun dari konverter ini yang sempurna, lebih dari pisau roti dapat digunakan untuk memotong daging dengan mudah. Tapi pisau roti lebih baik daripada tangan kosong Anda, jadi konverter ini sebenarnya bagus untuk dimiliki jika Anda sering bekerja dengan mesin dan peralatan yang haus listrik.