Bakit 3-Phase Power? Bakit Hindi 6, 12 o Mas Marami pa para sa Power Transmission?

Narito ang malawak na nakikilala na ang single-phase at three-phase systems ang pinaka-karaniwang konfigurasyon para sa pagpapadala, distribusyon, at end-use applications ng enerhiya. Habang parehong siyang pundamental na framework para sa power supply, nagbibigay ang three-phase systems ng mga natatanging benepisyo kumpara sa kanilang single-phase counterparts.

Tunay na mayroong mga espesyal na aplikasyon ang multi-phase systems (tulad ng 6-phase, 12-phase, etc.) sa power electronics—lalo na sa rectifier circuits at variable frequency drives (VFDs)—kung saan sila ay epektibong nagsasagawa ng pagbawas ng ripple sa pulsating DC outputs. Ang pagkamit ng mga multi-phase configurations (halimbawa, 6, 9, o 12 phases) ay kasaysayan na kinabibilangan ng mga komplikadong phase-shifting techniques o motor-generator sets, ngunit ang mga pamamaraan na ito ay patuloy na hindi ekonomiko para sa malalaking power transmission at distribusyon sa mahahabang distansya.

Bakit 3-Phase Hindi 1-Phase Supply System?

Ang pangunahing benepisyo ng three phase kumpara sa single phase o two phase system ay ang kakayahan nito na magpadala ng mas maraming (constant at uniform) power.

Power sa Single Phase System

• P =  V . I  . CosФ

Power sa Three Phase System

• P = √3 . V_L . I_L . CosФ … O

• P = 3 x. V_PH . I_PH . CosФ

Kung saan:

• P = Power sa Watts

• V_L = Line Voltage

• I_L = Line Current

• V_PH = Phase Voltage

• I_PH = Phase Current

• CosФ = Power factor

Malinaw na ang kapasidad ng power ng isang three-phase system ay 1.732 (√3) beses mas mataas kumpara sa isang single-phase system. Sa paghahambing, ang isang two-phase supply ay nagpapadala ng 1.141 beses mas maraming power kumpara sa isang single-phase configuration.

Isa sa mga pangunahing benepisyo ng three-phase systems ay ang rotating magnetic field (RMF), na nagbibigay-daan sa self-starting sa three-phase motors habang sinisiguro ang constant instantaneous power at torque. Sa kabilang banda, ang mga single-phase systems ay walang RMF at nagpapakita ng pulsating power, na limitado ang kanilang performance sa mga application ng motors.

Ang three-phase systems din ay nagbibigay ng superior na transmission efficiency, na may reduced power loss at voltage drop. Halimbawa, sa isang typical resistive circuit:

Single Phase System

• Power loss sa transmission line = 18I²r … (P = I²R)

• Voltage drop sa transmission line = I.6r … (V = IR)

Three Phase System

• Power loss sa transmission line = 9I²r … (P = I²R)

• Voltage drop sa transmission line = I.3r … (V = IR)

Ipinaliwanag na ang voltage drop at power loss sa isang three-phase system ay 50% mas mababa kumpara sa isang single-phase system.

Ang mga two-phase supplies, katulad ng three-phase ones, ay maaaring magbigay ng constant power, lumikha ng RMF (rotating magnetic field), at magbigay ng constant torque. Ngunit, ang three-phase systems ay nagdadala ng mas maraming power kumpara sa two-phase systems dahil sa extra phase. Ito ang nag-uudyok ng tanong: bakit hindi gamitin ang higit pang mga phase tulad ng 6, 9, 12, 24, 48, etc.? Ito ay iuusap namin sa detalye at ipaliwanag kung paano ang isang three-phase system ay maaaring magpadala ng mas maraming power kumpara sa isang two-phase system na may parehong bilang ng wires.

Bakit Hindi Two-Phase?

Ang parehong two-phase at three-phase systems ay maaaring lumikha ng rotating magnetic fields (RMF) at magbigay ng constant power at torque, ngunit ang three-phase systems ay nagbibigay ng isang pangunahing benepisyo: mas mataas na kapasidad ng power. Ang extra phase sa three-phase setups ay nagbibigay-daan para sa 1.732 beses mas maraming power transmission kumpara sa two-phase systems na may parehong laki ng conductor.

Ang mga two-phase systems ay karaniwang nangangailangan ng apat na wires (dalawang phase conductors at dalawang neutrals) upang makumpleto ang circuits. Ang paggamit ng common neutral upang mabuo ang isang three-wire system ay nagbabawas ng wiring, ngunit ang neutral ay kailangang magdala ng combined return currents mula sa parehong phases—nangangailangan ng mas matatag na conductors (halimbawa, copper) upang maiwasan ang overheating. Sa kabilang banda, ang three-phase systems ay gumagamit ng tatlong wires para sa balanced loads (delta configuration) o apat na wires para sa unbalanced loads (star configuration), na optimizes ang power delivery at conductor efficiency.

Bakit Hindi 6-Phase, 9-Phase, o 12-Phase?

Bagama't maaaring mabawasan ng mas mataas na phase systems ang transmission losses, hindi sila malawak na inaadopt dahil sa praktikal na limitasyon:

• Conductor Efficiency: Ang three-phase systems ay gumagamit ng pinakamaliit na bilang ng conductors (3) upang magpadala ng balanced power, samantalang ang isang 12-phase system ay nangangailangan ng 12 conductors—napapalakihang ang material at installation costs.

• Harmonic Suppression: Ang 120° phase angle sa three-phase systems ay natural na nagcancancel ng third harmonic currents, na nagiiwas sa pangangailangan ng complex filters na kinakailangan sa mas mataas na phase setups.

• System Complexity: Ang mas mataas na phase systems ay nangangailangan ng reengineered components (transformers, circuit breakers, switchgear) at mas malalaking substations, na nagdudulot ng mas komplikadong disenyo at maintenance overhead.

• Practical Constraints: Ang mga motors at generators na may higit sa tatlong phases ay mas bulky at mas mahirap na icool, samantalang ang mga transmission towers ay nangangailangan ng mas mataas na height upang makompleto ang mas maraming conductors.

Ang Three-Phase Advantage

Ang three-phase systems ay nagbibigay ng optimal na balance:

• Silang nagpadadala ng 50% mas maraming power kumpara sa single-phase systems na may parehong conductors, na mininimize ang losses.

• Ang 120° phase configuration ay balanse ang loads at suppres ang harmonics nang walang dagdag na complexity.

• Silang sumasang-ayon sa parehong delta (balanced loads) at star (unbalanced loads) setups, na sumusuporta sa diverse power needs.

Ang mas mataas na phase systems ay nagbibigay ng diminishing returns—bawat extra phase ay nagdudulot ng exponential na pagtaas ng cost habang nagbibigay lamang ng marginal na benepisyo. Dahil dito, ang three-phase technology ay nananatiling global na standard para sa power transmission, na nagbibigay ng balance sa efficiency, simplicity, at economic viability.