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

Narito ang malinaw na ang mga sistema ng single-phase at three-phase ay ang pinakakaraniwang konfigurasyon para sa paghahatid, distribusyon, at mga aplikasyon ng huling gamit ng kuryente. Habang parehong ito ang mga pundamental na estruktura ng suplay ng kuryente, ang mga sistema ng three-phase ay nagbibigay ng tiyak na mga benepisyo sa kanilang mga katumbas na single-phase.

Tunay na, ang mga multi-phase systems (tulad ng 6-phase, 12-phase, atbp.) ay may tiyak na mga aplikasyon sa power electronics—lalo na sa mga rectifier circuits at variable frequency drives (VFDs)—kung saan sila ay epektibong binabawasan ang ripple sa pulsating DC outputs. Ang pagkamit ng mga multi-phase configurations (halimbawa, 6, 9, o 12 phases) ay kasaysayan ay nangangailangan ng komplikadong mga teknik ng phase-shifting o motor-generator sets, ngunit ang mga pamamaraang ito ay patuloy na hindi ekonomikal para sa malawak na paghahatid at distribusyon ng kuryente sa mahabang layo.

Bakit Three-Phase Bukod sa One-Phase Supply System?

Ang pangunahing benepisyo ng three-phase kumpara sa single-phase o two-phase system ay ang kakayahan nito na maghahatid 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 naghahatid 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 aplikasyon ng motors.

Ang mga three-phase systems din ay nagbibigay ng mas mataas 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, tulad ng three-phase ones, ay maaaring magbigay ng constant power, lumikha ng RMF (rotating magnetic field), at magbigay ng constant torque. Gayunpaman, ang mga three-phase systems ay nagdadala ng mas maraming power kumpara sa two-phase systems dahil sa extra phase. Ito ang nag-iisang tanong: bakit hindi gumamit ng mas maraming phases tulad ng 6, 9, 12, 24, 48, atbp.? Ito ay ipaglabas namin sa detalye at ipaliwanag kung paano ang isang three-phase system ay maaaring maghahatid 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 mga three-phase systems ay nagbibigay ng pangunahing benepisyo: mas mataas na kapasidad ng power. Ang extra phase sa three-phase setups ay nagbibigay-daan 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 bumuo ng three-wire system ay nagbabawas ng wiring, ngunit ang neutral ay kailangang magdala ng combined return currents mula sa parehong phases—nangangailangan ng mas matigas na conductors (halimbawa, copper) upang iwasan ang overheating. Sa kabilang banda, ang mga 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 ang mga mas mataas na phase systems ay maaaring bawasan ang transmission losses, hindi sila malawakan na tinatanggap dahil sa praktikal na limitasyon:

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

• Harmonic Suppression: Ang 120° phase angle sa three-phase systems ay natural na nagcancancel ng third harmonic currents, na nagbibigay-daan sa hindi kailangan ng komplikadong filters na kinakailangan sa mas mataas na phase setups.

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

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

Ang Three-Phase Advantage

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

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

• Ang 120° phase configuration ay balancing ang loads at suppressing harmonics nang walang added complexity.

• Silang adaptable sa parehong delta (balanced loads) at star (unbalanced loads) setups, na suportado ang diverse power needs.

Ang mga mas mataas na phase systems ay nagbibigay ng diminishing returns—bawat extra phase ay nagpapataas ng costs exponentially habang nagbibigay ng marginal benefits. Dahil dito, ang three-phase technology ay nananatiling global standard para sa power transmission, na balancing ang efficiency, simplicity, at economic viability.