Warum ist der Drehstrom um 120 Grad versetzt?

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Bei dreiphasiger Elektrizität ist die Welle um 120 Grad (2 Rad) versetzt. Warum sind die Phasen nicht näher beieinander? Liegt es daran, dass es die Frequenz der Phasen beeinflusst? Wie wurden diese 120 Grad gewählt?π/3

3-Phasen-Wellenform

Dean
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Ich bin mir nicht sicher, ob ich die offizielle Antwort kenne, daher poste ich stattdessen nur einen Kommentar. Bei drei Phasen ist eine Verschiebung von 120 Grad zwischen zwei Phasen die natürliche Methode, da 360/3 = 120. Dies erleichtert das Arbeiten, Steuern usw. Theoretisch gibt es keinen Grund, warum Sie keine willkürliche Beziehung zwischen den drei Phasen haben könnten. Aber vielleicht steckt noch mehr dahinter ... Vielleicht ist es einfacher, einen Dreiphasen-Wechselstromgenerator zu konstruieren, der Ausgangswellenformen im Abstand von 120 Grad erzeugt ... aber ich weiß es nicht genau.
Adam P

Antworten:

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Wenn zwischen den Phasen 120 ° liegen, ist die Summe der Spannungen zu jeder Zeit Null.

3-Phasen-Vektordiagramm

Dies bedeutet, dass bei ausgeglichener Last kein Strom in der Rückleitung fließt (Neutral).

3 aktuelle Vektoren hinzugefügt

Beträgt jede Phase 230 V in Bezug auf den Neutralleiter (Sternbetrieb), dann liegen 230 V = 400 V zwischen zwei beliebigen Phasen (Dreieck- oder Dreieckbetrieb), und sie sind auch gleich beabstandet. dh in 120 ° Winkeln. × 3

(Bilder von http://www.electrician2.com/electa1/electa3htm.htm )

stevenvh
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Dies ist sicherlich der Grund, warum das Dreiphasensystem, wie es gegenwärtig entworfen wird, schön ist . Ich denke, der ursprüngliche Grund, warum es so ist, ist, dass es am einfachsten ist, einen Motor mit gleich beabstandeten Ausgangsphasen zu wickeln.
Connor Wolf
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@Fake - Gleichmäßiger Abstand ist der offensichtliche Weg, um das Gleichgewicht mechanisch zu halten. Sie müssen aber auch so vorgehen, dass die Spannungen gleich sind, damit der Nettostrom bei einer ausgeglichenen Last Null ist.
stevenvh
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Durch einen Abstand von 120 Grad sind die Phasen so ausgeglichen, dass die Leistungsübertragung zu jedem Zeitpunkt konstant ist. Wenn Sie die Phasen "näher beieinander" hätten, wie Sie meinen, gäbe es keinen wirklichen Vorteil gegenüber der Einphasenleistung.

JustJeff
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Wenn Sie ein System mit mindestens zwei einzelnen Phasen haben, können Sie daraus (unter Verwendung geeigneter Transformatoren) einen ausgeglichenen Drehstrom ableiten und so eine konstante Leistung in eine Last einspeisen. Die resultierenden Übertragungsleitungsströme sind jedoch asymmetrisch. bei ungleichen Phasenwinkeln müsste man entweder (1) mit zeitlich variierender Momentanleistung leben, (2) einige der Übertragungsleitungsleiter nicht ausnutzen oder (3) unterschiedlich große Leiter haben. Gleich beabstandete Phasenwinkel ergeben die optimale Lösung hinsichtlich der Leiterdimensionierung im Verhältnis zur Auslastung.
JustJeff
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Die kurze Antwort: Weil drei gleichmäßig verteilte Phasen einfacher zu handhaben sind (Motoren / Generatoren müssen sich nicht mit Asymmetrien auseinandersetzen) und wirtschaftlicher sind (alle drei Leiter können gleich spezifiziert werden) als jedes andere System mit drei Phasen .
JustJeff
Das ist die richtige Antwort.
Jason S
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Grundsätzlich hat jeder Stromerzeuger einen Rotor mit Magneten und Spule am Umfang, eine Umdrehung des Rotors entspricht einem Zyklus von 360 Grad.

Angenommen, der Generator hat einen Magneten und eine Spule. Wenn sich der Magnet / Rotor eine Umdrehung dreht, steigt die in der Spule erzeugte Spannung allmählich an und erreicht die Spitze (max), wenn die Spule dem Magneten am nächsten kommt, und nimmt allmählich ab, wenn sich der Magnet wegbewegt .

Angenommen, wir schließen die Glühlampe an, dann ist die Flimmerrate deutlich sichtbar. Dies wird als 360 ° -Einphasen-Wechselstrom bezeichnet.

Nehmen wir nun an, der Generator hat zwei Magnete und zwei Spulen, die in gleichem Abstand angeordnet sind. Dann wird die Flimmerrate erhöht. Sie ist 2-phasig, 360/2 = 180 Grad Wechselstrom.

Angenommen, der Generator hat 3 Magnete und 3 Spulen in gleichem Abstand, dann ist die Flimmerrate sehr viel höher. Es ist dreiphasig mit 360/3 = 120 Grad Wechselstrom.

Wenn wir 4 Magnete und 4 Spulen in gleichem Abstand haben, ist die Flimmerrate viel höher (nicht sichtbar), dann ist es 4-phasig mit 360/4 = 90 Grad, 4-phasig AC.

In der Praxis eignet sich 3-phasig viel besser für die Konstruktion.

alex.forencich
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Ich denke, dies verdient weit mehr Stimmen als zuvor - physikalisch ist es am bequemsten (und ich würde es als am effizientesten annehmen), Motoren / Generatoren mit drei Polen zu produzieren, um eine reibungslose und effiziente Energieversorgung zu gewährleisten. Ich würde Geld in die Wahl des Designs stecken, da dies ein Kompromiss zwischen "Glätte" (mehr Phasen) und Kosten (weniger separate Wicklungen) ist. Sehr ähnlich den Kompromissen bei Automotoren in Bezug auf die Anzahl der von ihnen verwendeten Zylinder.
John U
Ich denke, es lohnt sich ein Blick auf dieses Bild von Wikipedia zu
try-catch-finally
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Durch die Trennung der Phasen um 120 ° werden die Spannungsspitzen (zum Beispiel) gleichmäßig verteilt. Beispielsweise hat 60 Hz alle 16,66 ms Spitzen, so dass die Spitzen der Phasen A, B und C in diesem Muster ein Drittel dieser Zeit auseinander liegen würden: A-5,55 ms-B-5,55 ms-C-5,55 ms-A. Wenn man die Phasen A und C um 100 ° von B trennt, dann werden die Phasen C und A um 160 ° getrennt, und das Muster der Peaks wäre A-4,63 ms-B-4,63 ms-C-7,40 ms-A.

Ein derartiger stotternder Satz von Phasen (mit beispielsweise 100 °, 100 °, 160 ° Abstand) würde viele ineffiziente, unnötige Konsequenzen mit sich bringen, von denen nicht zuletzt ein Wechselstrommotor entworfen würde, der die Staffelungsimpulse einer solchen synchronisierten Spannung effektiv nutzen könnte Spitzen.

mgkrebbs
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Der größte Teil der elektrischen Energie wird von Wechselstromgeneratoren erzeugt.

2/3 der elektrischen Energie werden von Wechselstrommotoren verbraucht (elektrische Energie ein - mechanische Energie aus), sie sind den elektrischen Generatoren sehr ähnlich gebaut (mechanische Energie ein - elektrische Energie aus).

Um eine Rotation in Wechselstrommotoren zu erzeugen, müssen im Stator Wicklungen mit gleichem Abstand vorhanden sein, die von Magnetfeldern mit gleichem Abstand gespeist werden. Gleichmäßige Magnetfelder werden durch gleichmäßige Ströme erzeugt (dies beantwortet Ihre Frage nach den 120 Grad für das 3-Phasensystem).

Der Grund für die Verwendung von 3 Phasen anstelle von 2, 6 oder 12 ist, dass es das effizienteste System ist (2 würde mehr Leistungsverluste während der Übertragung bedeuten, 6 Phasen würden bedeuten, die Energie mit 6 Drähten anstelle von 3 zu transportieren).

user103478
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dies und das andere wie es sind die Antwort. es kommt vom physikalischen Abstand im Generator. nicht kompliziert.
old_timer
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Denken Sie auch daran, dass die Spannung von Phase zu Phase mit mehr Phasen enorm abfallen würde. Sie können die Phase nur zum Erden verwenden, wenn Sie weitere Phasen hinzufügen. Mit einem normalen Sterntransformator können wir immer noch Geräte mit 208 Volt und 240 Einphasen betreiben. Hinzufügen von mehr Phasen Es wäre viel schwieriger, 3-Phasen-Geräte oder mehr hinzuzufügen.

Vladimir Gusar
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Bei einem 4-Phasen-System mit 90 Grad und einem Warum-Transformator mit 120 V gegen Erde würden Sie beispielsweise 180 V von Phase zu Phase erhalten. Müsste es nur für einphasige Stromkreise verwenden, da Phase zu Phase nicht mehr so ​​effizient wäre.
Vladimir Gusar