Почему трехфазная мощность? Почему не большее количество фаз?

Есть ли причина, за исключением исторических причин, что три фазы стали доминирующим числом фаз?

Я знаю преимущества от одной фазы и двух фаз, а именно от необходимого количества проводника, и что двигатели могут обеспечить крутящий момент при остановке (и меньше пульсации).

Это связано только с уменьшением отдачи с небольшим увеличением плавности приложения крутящего момента за счет повышенной сложности (увеличение количества проводов (хотя и меньшего размера CSA)).

Чтобы быть ясным, фазы распределены равномерно, то есть пять фаз разделены на 72 градуса.

44 голоса | спросил Hugoagogo 12 PM000000120000000731 2015, 12:07:07

11 ответов


35

В дополнение к ответу PlasmaHH, промышленность использует почти исключительно трехфазную мощность, так как асинхронному двигателю требуется, по крайней мере, трехфазное питание для запуска и запуска в известном направлении. Однофазные асинхронные двигатели требуют потери, ненадежности и дорогостоящих трюков, чтобы сделать то же самое (дополнительные обмотки, обмотки с потерями, переключатель скорости, конденсаторы и т. Д.).

Решетка питания основана на трех фазах, поскольку она является наиболее эффективной с точки зрения генерации и доставки. Например, использование 9-фазной сетки потребует использования 9 проводов для всей распределительной сети, что не является экономически эффективным.

Указанные выше двигатели более высокого порядка не используют фазы, генерируемые линией. Шаговые двигатели используют больше фаз для более точного управления. Многофазные выпрямители высокого порядка часто разрабатываются с большим количеством «фаз», чтобы уменьшить пульсацию, но фазы генерируются локально путем фазового сдвига линейного входа некоторыми способами, либо прямым переключением LC, либо с использованием двигателя-генератора.

ответил R Drast 12 PM00000010000002231 2015, 13:43:22
22

Когда у вас есть однофазное распределение мощности, вам нужна одна фаза и один возврат, оба с тем же током.

Если вместо этого вы используете трехфазную мощность симметричной , вы используете три фазы с трети текущей несущей способности, и вы можете избавиться от нейтральной. Это просто экономит деньги в меди. Если вы добавите еще несколько фаз, вы не сможете сохранить больше меди, а только добавите сложности.

Если у вас есть асимметричная трехфазная мощность, вы не можете избавиться от нейтрали, но не должны иметь возможность обрабатывать весь комбинированный ток всех трех фаз взамен. Снова немного меди спасло. Добавление большего количества фаз, хотя и не приведет к значительному сокращению количества меди, необходимого для нейтрального.

Итак, да, в конце концов, это больше затрат для практически никакого выигрыша в среднем приложении. Таким образом, вы найдете более трех этапов для очень специальных вещей.

ответил PlasmaHH 12 PM000000120000000231 2015, 12:21:02
18

Три - это самое низкое число фаз, которые равномерно распределены вокруг круга и которые могут быть использованы для создания вращающегося магнитного поля в заданном направлении.

Любые другие фазы требуют больше проводов и больше обмоток в асинхронном двигателе.

Две фазы могут настраивать вращающееся магнитное поле, если они находятся на 90 градусов друг от друга (« квадратурный »). Квадратурно-генерирующие трюки, такие как работающие конденсаторы , используются с асинхронными двигателями, которые работают от однофазной мощности.

Двухфазная мощность не имеет преимуществ. Двигатели работают более плавно на трех этапах , а сбалансированная двухфазная система требует четырех проводников, тогда как для трех фаз требуется только три. То есть, мы можем связать трехфазный генератор с трехфазным асинхронным двигателем, используя ровно три провода. Возможно трехпроводное двухфазное, но оно не будет сбалансировано. Два из проводников будут нести фазы, а третий проводник действует как нейтральный. Это означает, что один провод должен обрабатывать больше тока, поскольку он действует как возврат для двух других. Три проводника в три фазы имеют одинаковый ток: они сбалансированы.

По всем этим причинам три фазы являются оптимальными. Если указано, что электричество используется для асинхронных двигателей, более трех фаз является расточительным, и, следовательно, меньше трех.

Однако использовались двухфазные системы, а также фазовые системы более высокого порядка, такие как шесть и двенадцать , продолжают быть, потому что у них есть некоторые особые преимущества.

ответил Kaz 12 PM000000110000004831 2015, 23:35:48
15

Дополнение к другим ответам:

Основная цель состоит в том, чтобы иметь как минимум три фазы, чтобы ваш двигатель мог двигаться в ожидаемом направлении. Для однофазных асинхронных двигателей необходимы обходные пути (например, добавление дополнительной проводки с конденсатором, используемым во время запуска). Это было правильно объяснено в предыдущих ответах.

Почему не больше? Просто - это не нужно, и это порождает затраты. Это не только проблема проводов (так использование меди, изоляция), но и проблема строительства. Можете ли вы представить себе башню для воздушных линий с девятью фазами? Ну, возможно, вы можете - иногда можно встретить башни, которые держат две трехфазные линии или даже больше:

 Башня с 4 OHLs

(рис. из Википедии)

Основная проблема здесь заключается в обеспечении надлежащего изолирующего расстояния между проводниками и проводниками и заземлением (или конструкцией башни), что требует большого использования материалов.

Кроме того, если у вас больше фаз, вероятность сбоя выше. Конечно, в этом случае (скажем, сломанный проводник) общая асимметрия будет ниже, но риск необходимости отключения всей линии будет выше.

Создание генератора для большего количества фаз также сложно. Как правило, гидрогенераторы с малой скоростью имеют много пар полюсов, поэтому было бы неплохо дать 24 полюсных пары, но один или два (например, для 12 фаз), но это сложно для теплогенераторов-турбин. Обычно есть одна пара полюсов, иногда две. Это приводит к скорости 3000 об /мин (для сети с частотой 50 Гц). Статор должен получать мощность от такой машины с минимальным возможным риском, поэтому меньшее количество фаз означает меньшую вероятность короткого замыкания в очереди. Представление большего количества этапов потребует гораздо более дорогостоящей конструкции статора.

Также обратите внимание, что даже если сегодня нет проблем с преобразователем частоты силовой электроники, а также умножением фаз, выпрямлением и т. д., это была проблема только 30 лет назад и, более того, конечно. Затем люди решили использовать три этапа, и теперь их невозможно переключить.

ответил Voitcus 12 PM00000030000005431 2015, 15:10:54
12

Почему только 3 фазы? Ну, если нам нужно больше фаз, мы можем легко преобразовать 3 фазы в фазу 6 фаз /12 и т. Д., Используя трансформатор, подключенный для этого. Основное применение большего количества фаз заключается в уменьшении напряжения пульсации в полностью мостовом выпрямленном конденсаторном блоке. Я никогда не видел одного, но узнал о них у древнего преподавателя в университете, занимаясь электротехникой.

Также можно сказать, что у нас была дельта-конфигурация из 3 согласованных резисторов, подключенных к 3-фазному соединению. Сила, используемая во времени, будет идентична резистору постоянного тока, потому что, когда одна фаза находится на 0%, остальные две фазы будут составлять 66,66% & 33.33%, если я правильно помню. Это соотношение также означает, что мощность от одной фазы будет возвращать другие фазы. Это не 3-х фаза!

Итак, чтобы подвести итог, нет необходимости в дополнительных фазах, потому что вы можете легко преобразовать его в большее количество фаз в конце. Обычно это не делается, хотя 3 фазы уже потрясающие.

Надеюсь, что это поможет.

ответил James Strickland 12 PM00000040000003031 2015, 16:58:30
12

Три фазы имеют очень важное свойство: если вы посмотрите на мощность (V ^ 2 /R) на всех трех фазах и суммируете их, эта мощность будет постоянной на протяжении всего цикла. Это означает, что 3-фазные двигатели могут работать с постоянной мощностью, а генераторы видят постоянную нагрузку. 2 фазы недостаточно для получения этого отношения.

Можно было бы использовать более высокие значения фаз, но это больше связано с проводкой и в большинстве ситуаций не будет иметь никаких дополнительных преимуществ. 3 фазы выбрана потому, что это минимальное количество проводов с хорошими свойствами.

ответил Cort Ammon 12 PM000000100000000331 2015, 22:55:03
9

Многие из других ответов ошибочно утверждают, что вам нужно 3 фазы для запуска двигателя надежно или поворот в определенном направлении и использование постоянной мощности. Собственно, это можно сделать с двумя фазами, 90 ° друг от друга. Вы по-прежнему получаете определенное направление и постоянную мощность в течение цикла.

Однако для такой двухфазной системы потребуется минимум три провода, но ток через три провода не будет симметричным для нагрузки постоянной мощности. Так что, если вам все равно три провода, какой способ использовать эти три провода максимально эффективно и гибко? Ответ - это трехфазная система, которую мы фактически используем. Вместо одной общей и двух «горячих» линий 90 °, не имеющих фазы, у вас есть три симметричные горячие линии, каждая из которых не равна фазе от двух других. Обратите внимание, что среднее напряжение (и ток для сбалансированной нагрузки) всегда равно 0 для симметричной 3-фазной системы. Это не относится к двухфазной системе.

Больше фаз не дает вам каких-либо дополнительных желательных свойств, поэтому просто добавит сложности и затраты.

ответил Olin Lathrop 14 AM00000010000004331 2015, 01:33:43
6

Напряжение, по определению, между двумя проводниками. Если у вас есть один проводник, у вас нет напряжений. Нет напряжения, нет мощности, ничего не происходит. Не очень полезно.

Если у вас есть два проводника, у вас есть одна пара (2C2), которая допускает одно напряжение. Мы называем это однофазным. Теперь мы действительно можем сделать все, что является существенным преимуществом по сравнению с наличием только одного проводника. Но вы можете сделать только one ; нет возможности изменить связь нагрузки. Иными словами, напряжение есть только одно измерение: оно положительное или отрицательное. Одной из распространенных проблем является то, что если вы подключите однофазный двигатель непосредственно к линии переменного тока, у вас нет гарантии, что он будет вращаться, или если он вообще будет.

Если у вас три проводника, у вас есть три пары (3C2), что позволяет использовать три напряжения. Мы называем это трехфазным. Теперь мы можем сделать три вещи, в разное время . Например, у вас могут быть три электромагнита, расположенные по кругу и превращающие их все в последовательность. Теперь мы можем гарантировать, что двигатель будет вращаться и в каком направлении. Это существенное преимущество перед однофазным. Иными словами, теперь у нас есть измерения two ; он представлен вектором в двумерном пространстве. Возможны только два возможных расположения проводников ((3-1)!), Что соответствует двум возможным направлениям вращения.

Если вы распространите это на четыре проводника, у вас будет шесть пар (4C2), поэтому следующим шагом будет шестифазное напряжение. Какие преимущества имели бы шестифазные более трехфазные? Ну, теперь есть (4-1)! = 6 возможны различные расположения проводников, а это означает, что если вы пытаетесь заставить что-то вращаться в плоскости, вы можете зацепить вещи таким образом, который несовместим с этим. Поэтому, если бы у вас был шестивинтовой асинхронный двигатель, можно было бы подключить его таким образом, чтобы он вибрировал ужасно и вращался с половиной нормальной скорости, а не просто выбирал одно направление или другое. Это не плюс.

Но предположим, что ваш ротор имел три степени свободы вращения вместо одной. С шестифазным и соответствующим механическим расположением магнитных полюсов вы можете вызвать поворот (рулон, шаг, и ) в плавающий сферический ротор фиксированного положения. Насколько мне известно, такого не существует, это действительно не подходит как полезное приложение. (Возможно, в нейтральной гравитационной среде, где магнитные полюса вращаются вокруг какого-то тела? Но тогда как все они подключены к одной и той же шестифазной линии переменного тока?) Конечно, в четырехмерном пространстве, где мы могли бы такой системы и по-прежнему переводят все три направления вращения на другую нагрузку вне нашего сферического расположения статора /ротора, эта компоновка может быть полезной.

Между тем, назад в 3 + 1-пространстве, я работаю в мире промышленной силовой электроники, и я видел системы, которые используют такие трансформаторы фазового сдвига, о которых говорили другие ответы. Являясь номенклатурой, никто, с кем я говорил, не будет описывать использование трансформатора с фазовым сдвигом, чтобы генерировать еще три несинфазных ножки переменного тока для создания «шестифазных». (По моей математике, у вас будет пятнадцатифазное, но это все еще не используемый язык.) При запуске трехфазного через выпрямитель в кепку вы получаете шесть импульсов тока за цикл. Для такой системы вы получили бы двенадцать импульсов, поэтому такую ​​систему можно было бы назвать двенадцатью импульсами.

(В общем, выпрямитель с двенадцатью импульсами представляет собой два шестиимпульсных выпрямителя. Если у вас есть два двигателя, вы можете подключить их шины постоянного тока непосредственно друг к другу и подавать каждый с другим трехфазным набором. Или вы можете получить автономный выпрямитель для одного набора и подайте свой вход постоянного тока в оставшийся диск.)

Если вы сравниваете шестиимпульсный выпрямитель с двенадцатиимпульсным выпрямителем с одинаковыми нагрузками, каждый импульс тока должен быть меньше , чтобы компенсировать большее количество из них, управляющих одной и той же нагрузкой. Это делаетобщий ток в линии выглядит несколько скорее как синусоидальная волна, что означает уменьшение гармоник. Пульсация на шапках также ниже, но я никогда не знал, чтобы кто-то ужасно беспокоился об этом.

Большие улучшения гармоник могут быть выполнены с восемнадцатипульсной системой и тремя выпрямителями. (36-фаз!) При более высоких напряжениях и мощности может существовать даже большее количество параллельных выпрямителей. Этот документ на носителе - напряжение VFD линии ссылается на 54-импульсный выпрямитель на 11 кВ!

TL; DR

Трехфазная мощность дает нам одну вращательную степень свободы, которая является пределом того, что полезно в трехмерном пространстве.

ответил Stephen Collings 14 AM00000010000000631 2015, 01:05:06
4

Еще одна простая причина: дополнительные фазы будут «двумя похожими» на существующие. Иными словами, любая дополнительная фаза будет просто линейной комбинацией напряжений между существующими тремя проводами - векторное пространство, натянутое на синус и косинус, просто двумерно.

ответил Hagen von Eitzen 12 PM000000100000000431 2015, 22:45:04
4

Другой аспект проблемы - вопрос геометрии проводников для высоковольтных линий электропередач. С тремя линиями проблемы индуктивности и индуцированных перекрестных помех минимизируются и легче фильтруются, чем при наличии дополнительного кратного проводников. Расходы продолжают расти быстрее, чем преимущества с большим количеством проводников.

ответил dwoz 13 AM000000120000005231 2015, 00:17:52
0

Лионель Бартольд, основатель Power Technologies, Inc., объяснил это хорошо:

" Почему 3 фазы питания? Почему не 6 или 12? "

Он говорит, что, хотя он разработал системы с более высокой фазой, они не практичны, поскольку, как вы говорите, уменьшают отдачу, особенно в отношении всех более необходимых трансформаторов на подстанциях. Когда вы удваиваете количество фаз, вам также необходимо удвоить количество оборудования на подстанциях.

ответил Geremia 1 stEurope/Moscowp30Europe/Moscow09bEurope/MoscowThu, 01 Sep 2016 20:39:14 +0300 2016, 20:39:14

Похожие вопросы

Популярные теги

security × 330linux × 316macos × 2827 × 268performance × 244command-line × 241sql-server × 235joomla-3.x × 222java × 189c++ × 186windows × 180cisco × 168bash × 158c# × 142gmail × 139arduino-uno × 139javascript × 134ssh × 133seo × 132mysql × 132