Kwa nini Umeme wa Tatu Mfululizo? Kwa nini Si Sitini Sita au Zaidi kwa Kutuma Umeme?

Ni wazi kwamba mfumo wa fase moja na wa fase tatu ni mifumo yanayofanana zaidi katika kutumia nguvu, kubadilisha na matumizi ya mwisho. Ingawa wote wanaweza kutumika kama msingi wa kutambua nguvu, mfumo wa fase tatu una faida muhimu zaidi kuliko wenzake wa fase moja.

Kwa uhusiano, mfumo wa fase nyingi (kama vile 6-fase, 12-fase, ndc.) unapata maeneo mapya ya kutumika katika teknolojia ya nguvu elektroniki—kusini katika misuli ya rectifier na vifaa vya kupunguza au kuongeza mzunguko wa umeme (VFDs)—ambapo wanaweza kupunguza ripple katika tofauti za DC. Kutengeneza mfumo wa fase nyingi (mfano, 6, 9, au 12 fase) kihistoria ilikuwa inahitaji njia magumu za kutenganisha fase au seti za motor-generator, lakini njia hizi bado hazitoshi kwa kiuchumi kwa kutumia kwa ukubwa na kutumia nguvu kwa umbali mkubwa.

Kwa Nini Mfumo wa Fase Tatu Sio Mfumo wa Fase Moja?

Faida kuu ya mfumo wa fase tatu kumpikia wa fase moja au wa fase mbili ni kwamba tunaweza kutumia nguvu zaidi (takriban na sawa).

Nguvu katika Mfumo wa Fase Moja

• P =  V . I  . CosФ

Nguvu katika Mfumo wa Fase Tatu

• P = √3 . V_L . I_L . CosФ … Au

• P = 3 x. V_PH . I_PH . CosФ

Kwenye:

• P = Nguvu kwa Watts

• V_L = Uwezo wa mstari

• I_L = Mchuzi wa mstari

• V_PH = Uwezo wa fase

• I_PH = Mchuzi wa fase

• CosФ = Kiukweli cha nguvu

Inaeleweka kwamba uwezo wa nguvu wa mfumo wa fase tatu ni mara 1.732 (√3) zaidi kuliko wa mfumo wa fase moja. Kulingana, usambazaji wa fase mbili hutumia nguvu mara 1.141 zaidi kuliko wa fase moja.

Faida muhimu ya mfumo wa fase tatu ni magnetic field yenye mzunguko (RMF), ambayo inawezesha kuanza kwa mtaani kwenye mikono ya fase tatu wakati akisaidia kukabiliana na nguvu na vipeo vyenye kutosha. Kwa upinzani, mfumo wa fase moja hana RMF na hutoa nguvu ambayo inaburudika, kushinda ufanisi wake katika mikono ya mota.

Mfumo wa fase tatu pia una ufanisi mzuri wa kutumia nguvu, na kupunguza upungufu wa nguvu na uburudishaji wa umeme. Kwa mfano, katika circuit rasimu:

Mfumo wa Fase Moja

• Upungufu wa nguvu katika mstari wa kutumia = 18I²r … (P = I²R)

• Uburudishaji wa umeme katika mstari wa kutumia = I.6r … (V = IR)

Mfumo wa Fase Tatu

• Upungufu wa nguvu katika mstari wa kutumia = 9I²r … (P = I²R)

• Uburudishaji wa umeme katika mstari wa kutumia = I.3r … (V = IR)

Inaeleweka kwamba uburudishaji wa umeme na upungufu wa nguvu katika mfumo wa fase tatu ni chini ya 50% kuliko wa mfumo wa fase moja.

Usambazaji wa fase mbili, kama wa fase tatu, wanaweza kutumia nguvu takriban, kujenga RMF (magnetic field yenye mzunguko) na kutoa vipeo vyenye kutosha. Lakini, mfumo wa fase tatu hutoa nguvu zaidi kuliko wa fase mbili kutokana na fase zaidi. Hii hutoa suali: kwa nini sio kutumia fase zaidi kama 6, 9, 12, 24, 48, ndc.? Tutadiskuta hii kwa undani na kutaja jinsi mfumo wa fase tatu anaweza kutumia nguvu zaidi kuliko wa fase mbili kwa kutumia namba sawa ya mivuli.

Kwa Nini Si Fase Mbili?

Mfumo wa fase mbili na wa fase tatu waweza kutengeneza magnetic field yenye mzunguko (RMF) na kutumia nguvu na vipeo vyenye kutosha, lakini mfumo wa fase tatu una faida muhimu: uwezo wa nguvu mkubwa. Fase zaidi katika mfumo wa fase tatu hutoa fursa ya kutumia nguvu mara 1.732 zaidi kuliko wa fase mbili kwa kutumia saizi sawa ya mivuli.

Mfumo wa fase mbili mara nyingi hupotofu mivuli minne (mivuli miwili ya fase na mivuli miwili ya neutral) ili kumaliza circuits. Kutumia neutral common ili kufanya system wa mivuli matatu kunapunguza mivuli, lakini neutral lazima ikubalike current za kurudi kutoka kwa mifase michache—hivyo inahitaji mivuli makubwa (mfano, copper) ili kukosa kuchoma. Kwa upinzani, mfumo wa fase tatu hutumia mivuli matatu kwa loads balanced (delta configuration) au mivuli minne kwa loads unbalanced (star configuration), kusaidia kuboresha ufanisi wa kutumia nguvu na mivuli.

Kwa Nini Si 6-Fase, 9-Fase, au 12-Fase?

Ingawa mfumo wa fase zaidi zinaweza kupunguza upungufu wa kutumia nguvu, hayatakubaliwa kwa sababu za ufanisi:

• Ufanisi wa Mivuli: Mfumo wa fase tatu hutumia mivuli machache zaidi (3) kutumia nguvu balanced, wakati mfumo wa 12-fase angehitaji mivuli 12—kuquadruple gharama za matumizi na uzinduzi.

• Kupunguza Harmonics: Angle ya 120° katika mfumo wa fase tatu huondoka third harmonic currents, kupunguza hitaji wa filters complex required katika mfumo wa fase zaidi.

• Umuhimu wa Mfumo: Mfumo wa fase zaidi huomba components zenye reengineered (transformers, circuit breakers, switchgear) na substations mkubwa, kuongeza umuhimu wa design na gharama za huduma.

• Masharti ya Kuendelea: Mikono na generators zinazokuwa na fase zaidi zinakuwa na ukubwa na zina changamoto za kuchoma, wakati transmission towers zingefanya kufikia juu zaidi ili kubainisha mivuli mingi.

Ufanisi wa Mfumo wa Fase Tatu

Mfumo wa fase tatu unafanikiwa kufanya kwa urahisi:

• Wanaweza kutumia nguvu mara 50% zaidi kuliko wa fase moja kwa kutumia mivuli sawa, kupunguza upungufu.

• Configuration ya 120° phase inabalance loads na kupunguza harmonics bila ongezeko la umuhimu.

• Wanaweza kubadilika kwa delta (loads balanced) na star (loads unbalanced) setups, kusaidia matumizi mbalimbali ya nguvu.

Mfumo wa fase zaidi hutoa faida madogo—fase yoyote zinazongeza zinaweza kuongeza gharama exponentially kwa faida kidogo. Kwa hivyo, teknolojia ya fase tatu imebaki standard global ya kutumia nguvu, kubalansha ufanisi, urahisi, na gharama za kiuchumi.