Hvers vegna 3-fásar rafmagn? Af hverju ekki 6, 12 eða fleiri fyrir rafmagnsflutning?

Það er vel þekkt að einfaldur rás og þrjár rásir eru algengustu skipanir fyrir orkutráning, dreifingu og endanotanda. Þrátt fyrir að báðar séu grundvallar framleiðslufjölskyldur, bera þrjár rásir sérstök kosti yfir einfaldri rás.

Sérstaklega finna margrásaker ( eins og sex rásir, tólf rásir o.s.frv.) ákveðin notkun í orkujafnfræði – sérstaklega í rektífieruferli og breytilegum tíðni ferðastjórnun (VFD) – þar sem þau gera góðlegt atriði með að minnka hrykkju í dýpunandi DC úttaki. Að ná margrásaker skipanir (t.d. sex, níu eða tólf rásir) hefur stöðugt involverað flóknar fasa-skiptingaraðferðir eða motor-generatorskipanir, en þessar aðferðir hafa verið ekjómisbúanlegar fyrir stórleika orkutráning og dreifingu yfir lengra afstandi.

Af hverju þrjár rásir í stað einnar rásar?

Aðal kostur þriggja rása yfir einni eða tvær rásir er að við getum send orku meira (stöðug og jafnt).

Orka í einrar rásarkerfi

• P =  V . I  . CosФ

Orka í þremur rásakerfi

• P = √3 . V_L . I_L . CosФ … Eða

• P = 3 x. V_PH . I_PH . CosФ

Hvar:

• P = Orka í vöttum

• V_L = Rásarspjald

• I_L = Rásarafl

• V_PH = Fasaspjald

• I_PH = Fasarafl

• CosФ = Orkufaktor

Er augljóst að orkuþol orkukerfa með þremur rásir er 1,732 (√3) sinnum meira en orkukerfi með einni rás. Til samanburðar, tvær rásir senda 1,141 sinnum meira orku en kerfi með einni rás.

Aðal kostur þriggja rása er snúinn magnettenging (RMF), sem gerir mögulegt sjálfsbyrjun í þremur rásir motorum, með því að tryggja stöðugt stundarmagn orku og kraftsins. Á móti því, einrásakerfi hljóta ekki RMF og sýna dýpunandi orku, sem takmarkar þeim í motornotkun.

Þrjár rásir bera einnig betri sendingarefni, með lækkun orkuleysis og spennuleysis. Til dæmis, í venjulegum motorkerfi:

Einfaldur rásakerfi

• Orkuleysing í sendingarás= 18I²r … (P = I²R)

• Spennuleysi í sendingarás = I.6r … (V = IR)

Þrjár rásakerfi

• Orkuleysing í sendingarás = 9I²r … (P = I²R)

• Spennuleysi í sendingarás = I.3r … (V = IR)

Er sýnt að spennuleysi og orkuleysi í þremur rásakerfi eru 50% lægra en í einrásakerfi.

Tvær rásir, líkt og þrjár rásir, geta gefið stöðug orku, búið til RMF (snúinn magnettenging) og gefið stöðugan kraft. En þrjár rásir senda meiri orku en tvær rásir vegna aukinnar fasu. Þetta hefur valdið spurningunni: Af hverju ekki nota fleiri faser eins og sex, níu, tólf, tuttugu-fjórar, áttatíu, o.s.frv.? Við munum skoða þetta í smáatriðum og skýra hvernig þrjár rásir geta send orku meira en tvær rásir með sama fjölda línna.

Af hverju ekki tvær rásir?

Bæði tvær rásir og þrjár rásir geta búið til snúinn magnettenging (RMF) og gefið stöðug orku og kraft, en þrjár rásir bera aðal kost: meiri orkuþol. Aukinn fasinn í þremur rásir stillingum leyfir 1,732 sinnum meira orkuseindingu en tvær rásir með sama leit.

Tvær rásir hafa oftast þurft fjórar línur (tvær fasaleitar og tvær jafnvægis) til að fullnægja kerfi. Með notkun sameiginlega jafnvægis til að mynda þrjár línur kerfi, minnkar línur, en jafnvægið verður að halda saman brottferðarströmu frá bæði fasum – þar sem þarf stærri leitar (t.d. kopar) til að forðast ofhiti. Á móti því, þrjár rásir nota þrjár línur fyrir jafnvægðar athöfn (delta skipun) eða fjórar línur fyrir ójafnvægðar athöfn (stjarna skipun), sem optímískar orkuferð og leitar efni.

Af hverju ekki sex, níu eða tólf rásir?

Þrátt fyrir að hærra rásakerfi geti lagt niður sendingarleysing, eru þau ekki almennt tekin upp vegna praktískra takmarkana:

• Leitar efni: Þrjár rásir nota færast leitar (3) til að senda jafnvægðar orku, en 12-rásakerfi þarf 12 leitar – fjólfaldi efni og uppsetningarkostnað.

• Tónlagssupprenting: 120° fasahornið í þremur rásir kerfi náttúrulega hættir þriðja tónlagsstrauma, sem eyðir þörf fyrir flóknum símanum sem eru nauðsynleg í hærra rásakerfi.

• Kerfisflóknari: Hærra rásakerfi biðja um endurnýjaða þátt (transformatorar, strömbrækur, skiptingar) og stærri undirstöður, sem hækka hönnunarflóknari og viðhaldsbyrði.

• Praktískar takmarkanir: Motorar og generatorar með fleiri en þrjár rásir eru grannari og erfitt að kjölva, en sendingarþing þurfu að vera hærra til að bóta við fleiri leitar.

Þrjár rásir kosti

Þrjár rásir standa á miðpunkti:

• Þær senda 50% meira orku en einrásakerfi með sama leitar, með lágmarkarleysing.

• 120° fasaskipun balansar athöfn og hættir tónlag án bættar flóknari.

• Þær passa bæði delta (jafnvægðar athöfn) og stjarna (ójafnvægðar athöfn) skipanir, sem stuðla við mismunandi orkunöfn.

Hærra rásakerfi bera minnkaða afleiðingar – hver aukinn fas hefur hækkað kostnað mikið en gefið lítil kosti. Af þessu ástæðu, er þriggar rásir teknlíkur staðal fyrir orkutráning, sem stýrir efni, einföldu og hagkerfi.