Waarom 3-fase krag? Waarom nie 6, 12 of meer vir kragsoverbrenging?

Dit is bekend dat enkel- en driefase-stelsels die mees voorkomende konfigurasies vir kragsovoer, -verspreiding en -eindgebruik is. Terwyl albei as fundamentele kragvoorsieningsraamwerke dien, bied driefase-stelsels besondere voordele oor hul enkelfase-tegaboers.

Verdienstelik vind meerfase-stelsels (soos 6-fase, 12-fase, ens.) spesifieke toepassings in krag-elektronika—veral in rektifiersirkusse en veranderlike frekwensie-aandrywings (VFDs)—waar hulle effektief rippel in pulserende DC-uitsette verminder. Die bereiking van meerfase-konfigurasies (bv. 6, 9, of 12 fases) het histories komplekse fase-verskuiftegnieke of motor-generator-sette behels, maar hierdie benaderings bly ekonomies onmoontlik vir grootskale kragsovoer en -verspreiding oor uitgestrekte afstande.

Waarom 'n Driefase Stelsel in plaas van 'n Enkelfase Voorsiening?

Die hoofvoordeel van 'n driefase stelsel bo 'n enkelfase of twefase stelsel is dat ons meer (konstante en eenvormige) krag kan oorbreng.

Krag in 'n Enkelfase Stelsel

• P =  V . I  . CosФ

Krag in 'n Driefase Stelsel

• P = √3 . V_L . I_L . CosФ … Of

• P = 3 x. V_PH . I_PH . CosФ

Waar:

• P = Krag in Watt

• V_L = Lynspanning

• I_L = Lynstroombaan

• V_PH = Fase-spanning

• I_PH = Fase-stroombaan

• CosФ = Kragfaktor

Dit is duidelik dat die kragkapasiteit van 'n driefase stelsel 1,732 (√3) keer hoër is as dié van 'n enkelfase stelsel. By vergelyking oorbreng 'n twefase voorsiening 1,141 keer meer krag as 'n enkelfase konfigurasie.

'n Sleutelvoordeel van driefase-stelsels is die roterende magneetveld (RMF), wat self-starting in driefase-motore moontlik maak terwyl dit konstante oombliklike krag en koppel verseker. In teenstelling met enkelfase-stelsels wat nie 'n RMF het nie en pulsierende krag vertoon, beperk dit hul prestasie in motortoepassings.

Driefase-stelsels bied ook beter soovoereffensie, met verminderde kragverlies en spanning-val. Byvoorbeeld, in 'n tipiese weerstandssirkus:

Enkelfase Stelsel

• Kragverlies in oorspanningslyn = 18I²r … (P = I²R)

• Spanningsval in oorspanningslyn = I.6r … (V = IR)

Driefase Stelsel

• Kragverlies in oorspanningslyn = 9I²r … (P = I²R)

• Spanningsval in oorspanningslyn = I.3r … (V = IR)

Dit word getoon dat die spanningsval en kragverlies in 'n driefase stelsel 50% lager is as in 'n enkelfase stelsel.

Twefase-voorsieninge, soos driefase-voorsieninge, kan konstante krag lewer, RMF (roterende magneetveld) genereer, en konstante koppel bied. Echter, driefase-stelsels dra meer krag as twefase-stelsels weens die ekstra fase. Dit bring die vraag op: waarom nie meer fases soos 6, 9, 12, 24, 48, ens. gebruik nie? Ons sal hierdie in detail bespreek en verduidelik hoe 'n driefase stelsel meer krag kan oorbreng as 'n twefase stelsel met dieselfde aantal drade.

Waarom Nie 'n Twefase?

Sowel twefase- as driefase-stelsels kan roterende magneetvelde (RMF) genereer en konstante krag en koppel lewer, maar driefase-stelsels bied 'n sleutelvoordeel: hoër kragkapasiteit. Die ekstra fase in driefase-opsette maak 1,732 keer meer kragsovoer as twefase-stelsels met dieselfde geleidergroottes moontlik.

Twefase-stelsels vereis tipies vier drade (twee fase-geleiders en twee neutrals) om sirkusse te voltooi. Die gebruik van 'n gemeenskaplike neutral om 'n drie-draad-sisteem te vorm, verminder die bedrading, maar die neutral moet die gecombineerde terugstroom van beide fases dra—wat dikker geleiders (bv. koper) nodig maak om oorgloeiing te vermy. In teenstelling gebruik driefase-stelsels drie drade vir gebalanseerde belastings (delta-konfigurasie) of vier drade vir ongebalanseerde belastings (ster-konfigurasie), wat kraglevering en geleiderdoeltreffendheid optimaliseer.

Waarom Nie 6-Fase, 9-Fase, of 12-Fase?

Terwyl hoër-fase-stelsels kragverlies kan verminder, word hulle nie wyd aangewend weens praktiese beperkings nie:

• Geleiderdoeltreffendheid: Driefase-stelsels gebruik die minste geleiders (3) om gebalanseerde krag te oorbreng, terwyl 'n 12-fase stelsel 12 geleiders nodig sou hê—wat materiaal- en installasiekoste vier keer verhoog.

• Harmonieke Vermindering: Die 120° fasehoek in driefase-stelsels kanselleer natuurlik derde harmoniese stroome, wat die noodsaak aan komplekse filters in hoër-fase-opsette elimineer.

• Sisteme Kompleksiteit: Hoër-fase-stelsels vereis herontwerpde komponente (transformators, skakelaars, swaartuig) en groter substasies, wat ontwerpkompleksiteit en onderhoudskoste verhoog.

• Praktiese Beperkings: Motore en generatiewe met meer as drie fases is bulkiger en moeiliker om te koel, terwyl oorspanningspylone groter hoogte nodig het om meer geleiders te akkommodeer.

Die Driefase Voordeel

Driefase-stelsels slaan 'n optimale balans:

• Hulle oorbreng 50% meer krag as enkelfase-stelsels met dieselfde geleiders, wat verliese minimeer.

• Die 120° fase-konfigurasie balanseer belastings en onderdruk harmonieke sonder bykomende kompleksiteit.

• Hulle pas aan na beide delta- (gebalanseerde belastings) en ster- (ongebalanseerde belastings) opsette, wat diverse kragbehoeftes ondersteun.

Hoër-fase-stelsels bied afname van voordele—elke ekstra fase verhoog koste eksponensieel terwyl dit marginaal voordele bied. Om hierdie rede bly driefase-tegnologie die wêreldwye standaard vir kragsovoer, wat doeltreffendheid, eenvoud, en ekonomiese haalbaarheid in evenwigt hou.