Kial Tri-Faza Enerĝio? Kial Ne Ses Kaj Dek Du Aŭ Plu Por Enerĝitransdonado?

Bonekonas scipovas, ke unufazaj kaj trifazaj sistemoj estas la plej komunaj konfiguroj por elektra energiotransporto, distribuo kaj fina uzo. Kvankam ambaŭ servas kiel fundamentaj kadroj por energifurnado, trifazaj sistemoj oferas distingitajn avantagojn super siaj unufazaj kontraŭpartoj.

Parte, multfazaj sistemoj (kiel ekzemple 6-fazaj, 12-fazaj, ktp.) trovas specifajn aplikojn en potenca elektroniko—specife en rektifikcirkvitoj kaj variablaj frekvencregiloj (VFDs)—kie ili efektive reduktas fluktuon en pulsantaj DC eligoj. Atingo de multfazaj konfiguroj (ekzemple, 6, 9, aŭ 12 fazoj) historie implikis kompleksajn fazŝanĝantajn teknikojn aŭ motor-generadajn arangojn, sed tiuj proponoj restas ekonomie neefektivaj por grandscala energiotransporto kaj distribuo sur longaj distancoj.

Kial Trifaza Anstataŭ Unufaza Fornosistema?

La ĉefa avantaĝo de trifaza sistemo super unufaza aŭ duofaza sistemo estas, ke ni povas transmeti pli (konstantan kaj uniforman) potencon.

Potenco en Unufaza Sistemo

• P =  V . I  . CosФ

Potenco en Trifaza Sistemo

• P = √3 . V_L . I_L . CosФ … Aŭ

• P = 3 x. V_PH . I_PH . CosФ

Kie:

• P = Potenco en Vatoj

• V_L = Linia Voltado

• I_L = Linia Kurento

• V_PH = Faza Voltado

• I_PH = Faza Kurento

• CosФ = Potencfaktoro

Evidente, la potenckapablo de trifaza sistemo estas 1,732 (√3) fojojn pli alta ol tiu de unufaza sistemo. Kompare, duofaza fornosistema transmetas 1,141 fojojn pli da potenco ol unufaza konfiguro.

Grava avantaĝo de trifazaj sistemoj estas la turnanta magnetkampo (TMK), kiu ebligas memstartigon en trifazaj motoroj dum certigas konstantan momentan potencon kaj momenton. Kontraste, unufazaj sistemoj mankas TMK kaj montras pulsatantan potencon, limigante ilian performon en motor-aplikoj.

Trifazaj sistemoj ankaŭ oferas superan transmetadeffektivon, kun malpliigita potenckordo kaj voltdekliniĝo. Ekzemple, en tipa rezista cirkvito:

Unufaza Sistemo

• Potenckordo en transmetlinio = 18I²r … (P = I²R)

• Voltdekliniĝo en transmetlinio = I.6r … (V = IR)

Trifaza Sistemo

• Potenckordo en transmetlinio = 9I²r … (P = I²R)

• Voltdekliniĝo en transmetlinio = I.3r … (V = IR)

Estas montrite, ke la voltdekliniĝo kaj potenckordo en trifaza sistemo estas 50% pli malaltaj ol tiuj en unufaza sistemo.

Duofazaj fornoj, simile al trifazaj, povas provizi konstantan potencon, generi TMK (turnantan magnetkampon) kaj oferi konstantan momenton. Tamen, trifazaj sistemoj portas pli da potenco ol duofazaj sistemoj pro la ekstra fazo. Tio levis la demandon: kial ne uzi pli da fazoj kiel 6, 9, 12, 24, 48, ktp? Ni diskutos tion detale kaj klarigos, kiel trifaza sistemo povas transmeti pli da potenco ol duofaza sistemo kun la sama nombro de dratoj.

Kial Ne Duofaza?

Ambaŭ duofazaj kaj trifazaj sistemoj povas generi turnantajn magnetkampojn (TMK) kaj provizi konstantan potencon kaj momenton, sed trifazaj sistemoj oferas gravan avantaĝon: pli altan potenckapablon. La ekstra fazo en trifazaj arangoj permesas 1,732 fojojn pli da potenctransmeto ol duofazaj sistemoj kun la sama kondukilo-grando.

Duofazaj sistemoj kutime postulas kvar dratojn (du fazaj kondukiloj kaj du neutraj) por kompletigi cirkvitojn. Uzado de komuna neutralo por formi tri-dratan sistemon reduktas draton, sed la neutralo devas porti kombinitajn returnkurentojn de ambaŭ fazoj—postulante pli dikiĝajn kondukilojn (ekz., kupro) por eviti supervarmon. Kontraste, trifazaj sistemoj uzas tri dratojn por balancitaj ŝarĝoj (delta-konfiguro) aŭ kvar dratojn por nebalancitaj ŝarĝoj (stela konfiguro), optimumigante potencon kaj kondukil-effektivecon.

Kial Ne 6-Faza, 9-Faza, aŭ 12-Faza?

Ĉe kvankam pli altfazaj sistemoj povas redukti transmetperdojn, ili ne estas vaste adoptitaj pro praktikaj limigoj:

• Kondukil-effektiveco: Trifazaj sistemoj uzas la minimuman nombron de kondukiloj (3) por transmeti balancitan potencon, dum 12-faza sistemo postulus 12 kondukilojn—kvadrupligante materialajn kaj instaladajn kostojn.

• Harmona Supremo: La 120° fazangulo en trifazaj sistemoj nature nuligas trian harmonian kurenton, eliminante la bezonon por kompleksaj filtroj postulataj en pli altfazaj arangoj.

• Sistemekomplekseco: Pli altfazaj sistemoj postulas reĝenieritajn komponantojn (transformiloj, cirkvito-brekejoj, ŝaltejoj) kaj pli grandajn substanaciojn, pligrandigante dezainkompleksecon kaj mantenan supran pezon.

• Praktikaj Limigoj: Motoroj kaj generatoroj kun pli ol tri fazoj estas pli vastaj kaj pli malfacile refreŝigeblaj, dum transmetturoj postulus pli grandan altecon por akomodi pli da kondukiloj.

La Trifaza Avantaĝo

Trifazaj sistemoj atingas optimuman ekvilibron:

• Ili transmetas 50% pli da potenco ol unufazaj sistemoj kun la samaj kondukiloj, minimumigante perdojn.

• La 120° fazkonfiguro balancas ŝarĝojn kaj sopiras harmoniojn sen aldona komplekseco.

• Ili adaptiĝas al ambaŭ delta (balancitaj ŝarĝoj) kaj stela (nebalancitaj ŝarĝoj) arangoj, subtenante diversajn potencajn bezonojn.

Pli altfazaj sistemoj ofertas malpliiĝantajn revenojn—ĉiu ekstra fazo elevegas kostojn eksponente dum provizas marginalajn utilaĵojn. Pro tio, trifaza teknologio restas la globala normo por energiotransporto, balancante efikecon, simplecon kaj ekonomian viabilecon.