Зошто трифазна енергија? Зошто не 6, 12 или повеќе за пренос на енергија?

Познато е дека једнофазни и трифазни системи се најчесто користат за пренос, дистрибуција и крајња употреба на електрична енергија. Иако обата служат како основни фреймови за доставу на енергија, трифазните системи нудат одредени предности над своите једнофазни контрапарти.

Забележливо е, многофазните системи (како што се 6-фазни, 12-фазни итн.) налазат специфична примената во електроника на енергија - особено во правоуголни цеви и променливи фреквенцијски управувачки системи (VFDs) - каде што ефективно го намалуваат риплингот во пулсирачки DC излези. Постигнувањето на многофазни конфигурации (нпр. 6, 9 или 12 фази) историски вклучуваше комплексни техники за фазно поместување или агрегати мотор-генератор, но овие пристапи остануваат економски неизвршни за големскаштен пренос и дистрибуција на енергија над долг растојание.

Зошто Трифазен Инместо Једнофазен Систем?

Главната предност на трифазен систем над једнофазен или двофазен систем е дека можеме да пренесеме повеќе (постојан и униформен) моќ.

Моќ во Једнофазен Систем

• P =  V . I  . CosФ

Моќ во Трифазен Систем

• P = √3 . V_L . I_L . CosФ … Или

• P = 3 x. V_PH . I_PH . CosФ

Каде:

• P = Моќ во Ватови

• V_L = Линиска напон

• I_L = Линиска струја

• V_PH = Фазен напон

• I_PH = Фазна струја

• CosФ = Фактор на моќ

Јасно е дека капацитетот на моќ на трифазен систем е 1.732 (√3) пати повисок од онаа на једнофазен систем. Во споредба, двофазниот систем пренесува 1.141 пати повеќе моќ од једнофазната конфигурација.

Клучна предност на трифазните системи е ротирачкото магнетно поле (RMF), којо овозможува самопочеток на трифазните мотори, додека осигурува постојана моментална моќ и момен. На спротив, једнофазните системи немаат RMF и покажуваат пулсирачка моќ, ограничувајќи нивната перформанса во примените со мотори.

Трифазните системи исто така нудат подобра ефикасност на пренос, со намалена губиток на моќ и паѓање на напон. На пример, во типична резистивна кола:

Једнофазен Систем

• Губиток на моќ во преносната линија = 18I²r … (P = I²R)

• Паѓање на напон во преносната линија = I.6r … (V = IR)

Трифазен Систем

• Губиток на моќ во преносната линија = 9I²r … (P = I²R)

• Паѓање на напон во преносната линија = I.3r … (V = IR)

Покажано е дека паѓањето на напон и губитокот на моќ во трифазен систем се 50% пониски од онаа во једнофазен систем.

Двофазните системи, слично на трифазните, можат да доставуваат постојана моќ, да генерираат RMF (ротирачко магнетно поле) и да нудат постојан момен. Меѓутоа, трифазните системи пренесуваат повеќе моќ од двофазните системи поради дополнителната фаза. Ова повикува прашањето: зошто не да се користат повеќе фази како 6, 9, 12, 24, 48 итн.? Ќе го разговараме детално и ќе го објасниме како трифазен систем може да пренесе повеќе моќ од двофазен систем со истиот број на жици.

Зошто Не Двофазен?

И двофазните и трифазните системи можат да генерираат ротирачко магнетно поле (RMF) и да доставуваат постојана моќ и момен, но трифазните системи нудат клучна предност: повисок капацитет на моќ. Дополнителната фаза во трифазните системи овозможува 1.732 пати повеќе пренос на моќ од двофазните системи со иста големина на проводникот.

Двофазните системи типички бараат четири жици (две фазни проводници и две нейтрални) за завршување на коли. Користејќи заедничка нейтрална за формирање на трожичен систем го намалува бројот на жици, но нейтралната мора да пренесе комбинирани враќања на струја од двете фази - потребни се подебели проводници (нпр. мед) за да се избегне прекумерно загревање. На спротив, трифазните системи користат три жици за балансирана натовареност (делта конфигурација) или четири жици за небалансирана натовареност (звезда конфигурација), оптимизирајќи доставата на моќ и ефикасноста на проводниците.

Зошто Не 6-Фазен, 9-Фазен, или 12-Фазен?

Иако повисоките фазни системи можат да намалат губитоци при пренос, тие не се широко прифатени поради практични ограничувања:

• Ефикасност на проводниците: Трифазните системи користат најмал број на проводници (3) за пренос на балансирана моќ, додека 12-фазен систем би требало да има 12 проводници - четирипати повеќе материјали и инсталација.

• Супресија на хармоници: Аголот од 120° во трифазните системи природно ги отменува трети хармонични струи, елиминирајќи потребата за комплексни филтри потребни во повисоки фазни системи.

• Комплексност на системот: Повисоките фазни системи бараат реинженерирани компоненти (трансформатори, прекинувачи, свички) и подголеми подстанции, зголемувајќи дизајнската комплексност и надворешниот трошок за одржување.

• Практични ограничувања: Моторите и генераторите со повеќе од три фази се поплесни и потешко да се хладат, додека тораните за пренос би требало да бидат подголеми за да ги акомулираат повеќе проводници.

Префрлата на Трифазен Систем

Трифазните системи достигнуваат оптимална балансира:

• Тие пренесуваат 50% повеќе моќ од једнофазните системи со истиот број на проводници, минимизирајќи губитоците.

• Конфигурацијата од 120° балансира натовареноста и супреширува хармоници без дополнителна комплексност.

• Тие се прилагодуваат на делта (балансирана натовареност) и звезда (небалансирана натовареност) сетапи, поддржувајќи различни потреби за моќ.

Повисоките фазни системи нудат маргинални предности - секоја дополнителна фаза зголемува трошоците експоненцијално. Затоа, трифазната технологија останува глобален стандард за пренос на моќ, балансирајќи ефикасност, едноставност и економска извршливост.