Warum 3-phasige und nicht 1-phasige Kraftübertragung?

Warum werden bei der Energieübertragung drei Leitungen mit drei verschiedenen Phasen verwendet? Warum nicht drei Zeilen in einer Phase? Hat es mit den Generatoren zu tun, die zur Stromerzeugung verwendet werden, oder gibt es weniger Verluste, wenn die Phasen der drei Leitungen alle unterschiedlich sind?

^{Meine Frage ist etwas umgekehrt zu " Warum Drehstrom? Warum nicht mehr Phasen? " (Vgl. " Warum ist Drehstrom um 120 Grad versetzt? ").}

Warum nicht drei Zeilen in einer Phase?

1. Denn dann gibt es keinen Rückweg.
2. Weil einphasig keine "Rotation" hat. Dreiphasen macht es sehr einfach, einen rotierenden Motor mit einer Phasenfolge herzustellen, die die Drehrichtung bestimmt. Vertausche zwei Phasen und die Richtung ist umgekehrt.

Gibt es weniger Verluste, wenn die Phasen der drei Linien alle unterschiedlich sind?

1. Die Dreiphasen-Energieverteilung erfordert weniger Kupfer oder Aluminium für die Übertragung der gleichen Energiemenge wie die Einphasen-Energie.
2. Die Größe eines Dreiphasenmotors ist kleiner als die eines Einphasenmotors mit derselben Nennleistung.
3. Dreiphasenmotoren sind selbststartend, da sie ein rotierendes Magnetfeld erzeugen können. Der Einphasenmotor benötigt eine spezielle Anlaufwicklung, da er nur ein pulsierendes Magnetfeld erzeugt.
4. Bei einphasigen Motoren ist die in Motoren übertragene Leistung eine Funktion der Momentanleistung, die sich ständig ändert. In der Dreiphasenphase ist die Momentanleistung konstant.
5. Einphasenmotoren sind anfälliger für Vibrationen. Bei Drehstrommotoren ist die übertragene Leistung jedoch über den gesamten Zyklus hinweg gleichmäßig und daher werden Vibrationen stark reduziert.
6. Dreiphasenmotoren haben eine bessere Leistungsfaktorregelung.
7. Dreiphasig ermöglicht eine effiziente Gleichrichtung mit geringer Welligkeit.

Abbildung 1. Resultierender Gleichstrom aus dem Dreiphasengleichrichter.

8. Generatoren profitieren auch von einer konstanten mechanischen Belastung während der gesamten Umdrehung, wodurch die Leistung maximiert und Vibrationen minimiert werden.

Gute Antwort von @Transistor. Um ein bisschen mehr hinzuzufügen: -

Dreiphasig ist inhärent ein Strom- und Spannungsausgleich, der Störungen erzeugt. Zu jedem Zeitpunkt (und bei einer angemessen ausgeglichenen Last) ist die magnetische Emission gering, da sich alle Magnetfelder aufgrund der ausgeglichenen Ströme aufheben.

Es besteht ein Nettospannungsausgleich im nahen Fernfeld - wichtig für die Reduzierung der EMI. Dies gilt nicht für eine einzelne Phase und eine Rückleitung, da das Nettowechselspannungsfeld im nahen Fernfeld halb so groß ist wie das Wechselspannungsfeld am aktiven Anschluss. Dies kann EMI erzeugen.

Natürlich kann man argumentieren, dass es unter unausgeglichenen Bedingungen ein Nettomagnetfeld geben wird, aber um dem entgegenzuwirken, wird das Ungleichgewicht auf einer großen Hochleistungsübertragungsleitung normalerweise nur einige Prozent maximal sein:

Für eine ausgeglichene 30-A-Last (pro Phase) beträgt die Nettosumme der einzelnen drei aktuellen Zeiger aufgrund des 120-Grad-Gleichgewichts Null.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass bei der Umwandlung in Gleichstrom die dreiphasige Phase aufgrund der Tatsache, dass immer zwei Dioden leitend sind, eine viel geringere Welligkeitsspannung erzeugt:

Ich werde meine Antwort auf die Übertragung allein konzentrieren, ohne zu erklären, warum 3 Phasen im Allgemeinen nützlich sind, weil andere Antworten dies taten.

Kraftübertragung ist ein Kompromiss. Ein Kompromiss zwischen Übertragungseffizienz und einfacher Konvertierung. Die effizienteste Art der Stromübertragung ist Gleichstrom. Aus diesem Grund sind die meisten superlangen Leitungen HGÜ (Hochspannungsgleichstrom). Gleichstrom ist jedoch die schlechteste Methode, um ihn in Hochspannung umzuwandeln, wenn Sie ihn aus einem Kraftwerk senden möchten, und zurück in Niederspannung, wenn Sie ihn an Verbraucher weiterleiten möchten.

Wechselstrom hingegen ist sehr praktisch umzuwandeln - einfach einen Transformator anbringen. Das Getriebe ist jedoch zum Kotzen. Z.B. Wechselstrom strahlt einen Teil der Energie ab, aber das ist nicht das Hauptanliegen. Wenn Sie sich die Sinuskurve ansehen, werden Sie feststellen, dass Wechselstromkabel in den meisten Fällen nicht richtig funktionieren. Während das Gleichstromkabel die ganze Zeit über Strom führt (man kann sich DC als PWM mit 100% Einschaltdauer vorstellen), führt das Wechselstromkabel nur einen Teil der Zeit Strom. Dies bedeutet, dass bei derselben Spitzenspannung (die die Kosten für die Isolierung der Leitung bestimmt) und bei demselben Spitzenstrom (die die Größe und die Kosten der Leiter bestimmt) Wechselstrom nur einen Teil der Leistung übertragen kann.

Hier kommt die Idee von Mehrphasen. Mehrphasig allein bedeutet natürlich nichts, Sie können 3 Phasen auf 6 Leitern (3 Paare völlig unabhängig voneinander) haben. Der Schlüssel hier ist die Aufteilung der Drähte zwischen den Phasen. Es ist wie eine heiße Koje auf einem Kriegsschiff - 2 Seeleute teilen sich eine Koje, wenn einer aufwacht und seine Schicht beginnt, der andere seine Schicht beendet und schlafen geht. Der Punkt ist, keine leere Koje zu haben, die nur Platz verschwendet, und 3-Phasen-Wechselstrom arbeitet nach demselben Konzept: In der Zeit, in der eine Phase "ruht", verwendet eine andere Phase einen ihrer Drähte erneut, um eigenen Strom zu übertragen. Es ist auf den ersten Blick nicht klar, weil es sehr flüssig ist, einer fällt gegen 0, während die anderen ansteigen, und es gibt nie eine Zeit, in der eine Phase als Draht für sich alleine ist. Es geht jedoch darum, die Leerlaufzeit der Drähte wiederzuverwenden.

Warum 3? Da 2 zu klein ist, können Sie keine 2 Phasen an 2 Drähten haben. 3 ist die minimale Anzahl von Phasen, die sich alle Drähte teilen können. Warum versetzen? Weil eine Phase auf X-Leitern dasselbe ist wie 1 Leiter, der x-mal dicker ist.

Wenn Sie das 3-Phasen-System mit einem 1-Phasen-System vergleichen, können Sie deutlich erkennen, dass Sie durch Hinzufügen von nur 50% mehr Drähten dreimal mehr Strom erhalten.

Bei der dreiphasigen Übertragung werden die Drähte ZWEIMAL so effektiv wie bei der einphasigen Übertragung verwendet. Sie können also beim Bau der Leitung halb so viel Kupfer verwenden.