Kāpēc 3 fāzes enerģija? Kāpēc ne 6, 12 vai vairāk fāžu enerģijas pārraidei?

Ir izveidotas vienfazējās un trīsfazējās sistēmas ir visizplatītākās elektroenerģijas pārneses, sadalīšanas un galaplietojuma aplikācijās. Lai arī abas sniedz pamatisko enerģijas piegādes struktūru, trīsfazējās sistēmas piedāvā noteiktus ievērojamus priekšrocības savām vienfazējām analogiem.

Vissvarīgāk, daudzfazējās sistēmas (piemēram, 6-fazējas, 12-fazējas utt.) atrod specifisku lietojumu enerģoelektronikā — īpaši rektifikatoru shēmās un mainīga frekvences pogādātājos (VFD) — kur tās efektīvi samazina pulsujošo Gājiena strāvas fluktuācijas. Daudzfazēju konfigurāciju (piemēram, 6, 9 vai 12 fāžu) sasniegšanai vēsturiski bija jāpielieto sarežģītas fāzes nobīdes tehnikas vai dzinēju-dzeneratoru kompleksi, bet šie pieejas paliek ekonomiski neierobežoti lielos apjomos enerģijas pārnesei un sadalīšanai garākos attālumos.

Kāpēc Trīsfazēja, Nevis Vienfazēja Piegādes Sistēma?

Trīsfazējās sistēmas galvenā priekšrocība pret vienfazējiem vai divfazējiem sistēmām ir tāda, ka mēs varam pārsūtīt vairāk (konstantu un vienmērīgu) jaudu.

Jauda Vienfazējā Sistēmā

• P =  V . I  . CosФ

Jauda Trīsfazējā Sistēmā

• P = √3 . V_L . I_L . CosФ … Vai

• P = 3 x. V_PH . I_PH . CosФ

Kur:

• P = Jauda vatēs

• V_L = Līnijas spriegums

• I_L = Līnijas strāva

• V_PH = Fāzes spriegums

• I_PH = Fāzes strāva

• CosФ = Jaudas faktors

Ir skaidrs, ka trīsfazējās sistēmas jaudas spēja ir 1,732 (√3) reizes augstāka nekā vienfazējās sistēmas. Salīdzinājumā ar vienfazēju sistēmu, divfazējā piegāde nodrošina 1,141 reizes lielāku jaudu.

Trīsfazējās sistēmas galvenais priekšrocības aspekts ir rotējošais magnētiskais lauks (RMF), kas ļauj trīsfazējiem dzinējiem automātiski uzsākt darbību, nodrošinot konstantu momentāno jaudu un momentu. Savukārt, vienfazējās sistēmas netiek veidots RMF un tās parāda pulsējošu jaudu, ierobežojot to efektivitāti dzinēju lietojumā.

Trīsfazējās sistēmas piedāvā arī labāko pārnesei efektivitāti, ar samazinātu jaudas zudumu un sprieguma pazemināšanos. Piemēram, tipiskajā rezistīvajā shēmā:

Vienfazējā Sistēma

• Jaudas zudums pārneses līnijā = 18I²r … (P = I²R)

• Sprieguma pazemināšanās pārneses līnijā = I.6r … (V = IR)

Trīsfazējā Sistēma

• Jaudas zudums pārneses līnijā = 9I²r … (P = I²R)

• Sprieguma pazemināšanās pārneses līnijā = I.3r … (V = IR)

Parādīts, ka trīsfazējā sistēmā sprieguma pazemināšanās un jaudas zudumi ir 50% zemāki nekā vienfazējā sistēmā.

Divfazējās piegādes, līdzīgi kā trīsfazējās, var nodrošināt konstanto jaudu, veidot rotējošo magnētisko lauku (RMF) un piedāvāt konstantu momentu. Tomēr, trīsfazējās sistēmas pārsūtīšana vairāk jaudas nekā divfazējās sistēmas, dēļ papildu fāzes. Šis rada jautājumu: kāpēc neizmantot vairākas fāzes, piemēram, 6, 9, 12, 24, 48 utt.? Mēs detalizēti apspriedīsim šo jautājumu un izskaidrosim, kā trīsfazējā sistēma var pārsūtīt vairāk jaudas nekā divfazējā sistēma ar tādu pašu vadiņu skaitu.

Kāpēc Ne Divfazējā?

Abas, divfazējās un trīsfazējās sistēmas, var generēt rotējošo magnētisko lauku (RMF) un nodrošināt konstanto jaudu un momentu, bet trīsfazējās sistēmas piedāvā galveno priekšrocību: augstāko jaudas spēju. Papildu fāze trīsfazējās sistēmā ļauj 1,732 reizes lielāku jaudas pārsūtīšanu nekā divfazējās sistēmām ar tādu pašu vadu diametru.

Divfazējās sistēmas parasti prasa četrus vadiņus (divus fāzes vadiņus un divus neutraļus), lai izveidotu shēmas. Izmantojot kopīgo neutrālo, lai veidotu trīsvadu sistēmu, samazinās vadiņu skaitu, bet neutrālam ir jānes izmaksas no abām fāzēm — nepieciešami biezāki vadiņi (piemēram, vaiss), lai izvairītos no pārsildīšanās. Savukārt, trīsfazējās sistēmas izmanto trīs vadiņus līdzsvarotiem slodēm (delta konfigurācija) vai četri vadiņi nelīdzsvarotiem slodēm (zvaigznes konfigurācija), optimizējot jaudas piegādi un vadiņu efektivitāti.

Kāpēc Ne 6-Fazējā, 9-Fazējā, Vai 12-Fazējā?

Lai arī augstākfazējās sistēmas var samazināt pārneses zudumus, tās nav plaši pieņemtas dēļ praktisku ierobežojumu:

• Vadiņu Efektivitāte: Trīsfazējās sistēmas izmanto mazāko vadiņu skaitu (3) līdzsvarotai jaudas pārsūtīšanai, savukārt 12-fazējā sistēma prasītu 12 vadiņus — četrreiz palielinot materiālu un instalācijas izmaksas.

• Harmoņisku Supresijas: Trīsfazējās sistēmās 120° fāzes leņķis dabiski kompensē trešās harmoniskās strāvas, izbeidzot nepieciešamību pēc sarežģītām filtrām, kas nepieciešamas augstākfazējām sistēmām.

• Sistēmas Sarežģītība: Augstākfazējām sistēmām ir nepieciešams pārveidot komponentus (transformatorus, līdzstrāves izolātorus, uzlādētājus) un lielākas transformatoru stacijas, palielinot dizaina sarežģītību un uzturēšanas izmaksas.

• Praktiski Ierobežojumi: Vairāk nekā trīs fāžu dzinēji un ģeneratori ir smagāki un grūtāk uzsildāmi, savukārt pārneses torni būtu jāpadara augstāki, lai ietilptu vairāk vadiņu.

Trīsfazējās Sistēmas Priekšrocības

Trīsfazējās sistēmas nodrošina optimālu līdzsvaru:

• Tās pārsūtīšana 50% lielāku jaudu nekā vienfazējās sistēmas ar tādiem pašiem vadiņiem, samazinot zudumus.

• 120° fāzes konfigurācija līdzsvaro slodzes un supresē harmoniskās bez papildu sarežģītības.

• Tās pielāgojas gan delta (līdzsvarotās slodzes), gan zvaigznē (nelīdzsvarotās slodzes) konfigurācijām, atbalstot dažādas enerģijas vajadzības.

Augstākfazējās sistēmas piedāvā mazināto atdevi — katrs papildu fāzes palielina izmaksas eksponenciāli, sniedzot tikai mazu labumu. Tāpēc trīsfazējā tehnoloģija saglabā globālo standartu enerģijas pārnesē, līdzsverot efektivitāti, vienkāršumu un ekonomisku rentabilitāti.