Dlaczego 3-fazowe, a nie 1-fazowe przesyłanie mocy?

Dlaczego przenoszenie mocy wykorzystuje trzy linie z trzema różnymi fazami? Dlaczego nie trzy linie w tej samej fazie? Czy ma to związek z alternatorami wykorzystywanymi do generowania energii, czy też jest mniej strat, gdy fazy trzech linii są różne?

^{Moje pytanie jest w pewnym sensie odwrotnością „ Dlaczego moc trójfazowa? Dlaczego nie większa liczba faz? ” (Por. „ Dlaczego trójfazowe przesunięcie jest o 120 stopni? ”).}

Dlaczego nie trzy linie w tej samej fazie?

1. Ponieważ wtedy nie ma ścieżki powrotnej.
2. Ponieważ jednofazowy nie ma „rotacji”. Trójfazowy sprawia, że ​​bardzo łatwo jest wykonać silnik obrotowy z sekwencją faz określającą kierunek obrotu. Zamień dwie fazy, a kierunek zostanie odwrócony.

Czy straty są mniejsze, gdy fazy trzech linii są różne?

1. Trójfazowy rozdział mocy wymaga mniej miedzi lub aluminium do przeniesienia takiej samej mocy w porównaniu do mocy jednofazowej.
2. Rozmiar silnika trójfazowego jest mniejszy niż silnik jednofazowy o tej samej wartości znamionowej.
3. Silniki trójfazowe uruchamiają się samoczynnie, ponieważ mogą wytwarzać wirujące pole magnetyczne. Silnik jednofazowy wymaga specjalnego uzwojenia rozruchowego, ponieważ wytwarza ono jedynie pulsujące pole magnetyczne.
4. W silnikach jednofazowych moc przenoszona w silnikach jest funkcją mocy chwilowej, która stale się zmienia. W fazie trójfazowej moc chwilowa jest stała.
5. Silniki jednofazowe są bardziej podatne na wibracje. Jednak w silnikach trójfazowych przenoszona moc jest równomierna w całym cyklu, a zatem drgania są znacznie zmniejszone.
6. Silniki trójfazowe mają lepszą regulację współczynnika mocy.
7. Trójfazowy umożliwia wydajne prostowanie prądem stałym o niskim tętnieniu.

Rysunek 1. Powstały prąd stały z trójfazowego prostownika.

8. Generatory zyskują również, prezentując stałe obciążenie mechaniczne przez cały obrót, maksymalizując w ten sposób moc, a także minimalizując wibracje.

Dobra odpowiedź od @Transistor. Aby dodać trochę więcej: -

Trójfazowy jest z natury prądem i napięciem zrównoważony z punktu widzenia generowania zakłóceń. W dowolnym momencie (i odpowiednio zrównoważonym obciążeniu) emisja magnetyczna jest niska, ponieważ wszystkie pola magnetyczne zanikają z powodu zrównoważenia prądów.

Bilans napięcia netto w bliskim dalekim polu - ważny dla zmniejszenia EMI. Nie dotyczy to jednofazowego i powrotnego przewodu, ponieważ pole napięcia sieciowego AC widoczne w bliskim dalekim polu stanowi połowę pola AC na zacisku czynnym. Może to generować EMI.

Oczywiście można argumentować, że w warunkach niezrównoważenia pojawi się pole magnetyczne netto, ale przeciwdziałając temu, na dużej linii przesyłowej dużej mocy, nierównowaga zwykle wynosi zaledwie kilka procent maksimum:

Tak więc, dla zrównoważonego obciążenia 30 A (na fazę), ze względu na bilans 120 stopni, suma netto poszczególnych trzech fazorów prądu wynosi zero.

Kolejną korzyścią jest to, że podczas konwersji na prąd stały 3-fazowe generuje znacznie niższe napięcie tętnienia ze względu na fakt, że zawsze przewodzą dwie diody:

Skoncentruję swoją odpowiedź na samej transmisji, bez wyjaśniania, dlaczego 3 faza jest ogólnie przydatna, ponieważ zrobiły to inne odpowiedzi.

Przesyłanie mocy jest kompromisem. Kompromis między wydajnością transmisji a łatwością konwersji. Najbardziej wydajnym sposobem przesyłania energii elektrycznej jest prąd stały. Dlatego większość bardzo długich linii to HVDC (prąd stały wysokiego napięcia). Jednak DC jest najgorszy do konwersji na HV, gdy chcesz wysłać go z elektrowni, i z powrotem na LV, gdy chcesz go dostarczyć konsumentom.

Z drugiej strony prąd przemienny jest bardzo wygodny do konwersji - wystarczy umieścić transformator. Jednak transmisja jest do bani. Na przykład. Prąd przemienny promieniuje część energii, ale to nie jest główny problem. Jeśli spojrzysz na wykres sinusoidalny, zorientujesz się, że przewód prądu przemiennego nie działa w 100% przypadków. Podczas gdy kabel prądu stałego przepływa przez cały czas użyteczny prąd (można myśleć o prądzie stałym jako 100% cyklu pracy PWM), kabel prądu przemiennego przewodzi prąd tylko przez część czasu. Oznacza to, że dla tego samego napięcia szczytowego (które dyktuje koszt izolacji linii) i dla tego samego prądu szczytowego (który dyktuje wielkość i koszt przewodów) prąd przemienny może przenosić tylko część mocy.

Oto pomysł wielofazowy. Oczywiście sama wielofazowa nic nie znaczy, możesz mieć 3 fazy na 6 przewodnikach (3 pary całkowicie niezależne od siebie). Kluczem tutaj jest współdzielenie przewodów między fazami. To jak gorąca koja na okręcie wojennym - 2 marynarzy dzielą 1 koję, gdy jeden facet budzi się i rozpoczyna zmianę, drugi kończy zmianę i idzie spać. Chodzi o to, aby pusta koja nie marnowała miejsca, a trójfazowy prąd przemienny działa na tej samej koncepcji: w czasie, gdy jedna faza „odpoczywa”, druga faza ponownie wykorzystuje jeden ze swoich przewodów do przesyłania własnego prądu. Na pierwszy rzut oka nie jest jasne, ponieważ jest bardzo płynne, jeden spada do zera, podczas gdy inne rosną, i nigdy nie ma czasu, gdy jedna faza jako drut sama w sobie. Ale chodzi o to, aby ponownie wykorzystać czas bezczynności przewodów.

Dlaczego 3? Ponieważ 2 jest za małe, nie możesz mieć 2 faz na 2 przewodach. 3 to minimalna liczba faz, które mogą współdzielić wszystkie przewody. Dlaczego offset? Ponieważ jedna faza na przewodnikach X jest tym samym co 1 przewodnik X razy grubszy.

Porównując system 3-fazowy z systemem 1-fazowym, widać wyraźnie, że dodanie 50% więcej przewodów zapewnia 3-krotnie większy prąd.

Transmisja 3-fazowa wykorzystuje przewody DWUKROTNIE równie skutecznie jak 1-fazowe. Możesz więc użyć o połowę mniej miedzi podczas budowy linii.