为什么是三相电源?为什么不是更多的阶段?

电器工程 三相 电力工程 阶段
2022-01-21 04:11:17

除了历史原因之外,是否还有其他原因使三相成为占主导地位的相数?

我知道相对于一相和两相的优势,即减少所需的导体数量,并且电机可以在失速时提供扭矩(和更少的脉动)。

这仅仅是由于收益递减,扭矩应用的平滑度仅略有增加,代价是增加了复杂性(增加了电线数量(尽管 CSA 更小))。

需要明确的是,相位都是均匀分布的,即相隔72度的五个相位。

4个回答

除了 PlasmaHH 的回答之外,工业几乎完全使用三相电源,因为感应电机至少需要三相电源才能启动并以已知方向运行。单相感应电机需要有损耗、不可靠和昂贵的技巧才能做到这一点(额外绕组、有损耗绕组、速度敏感开关、电容器等)。

供电网基于三阶段,因为这在发电和交付方面是最有效的。例如,使用 9 相电网将需要为整个配电网运行 9 根电线,这不符合成本效益。

提到的高阶电机不使用线路生成的相位。步进电机使用更多相位进行更精细的控制。高阶多相整流器通常设计为具有更多“相位”,以减少纹波,但相位是通过某种方式(直接 LC 移位或使用电动发电机组)对线路输入进行相移来本地生成的。

当您有单相配电时,您需要一相和一回路,两者都承载相同的电流。

如果您现在改为使用对称三相电源,则使用具有三分之一电流承载能力的三相,并且可以摆脱中性线。这只是节省了一些铜钱。如果您现在添加更多阶段,则无法节省更多铜,而只会增加复杂性。

如果您有不对称的三相电源,则无法摆脱中性线,但它不需要能够处理所有三相的所有组合电流作为回报。又节省了一些铜。但是,添加更多相位不会减少中性线所需的铜那么多。

所以是的,最终在平均应用程序中几乎没有任何收益的成本更高。因此,对于非常特殊的事物,您只会发现三个以上的阶段。

三是在圆周围等距分布的最少相数,可用于在给定方向上产生旋转磁场。

更多的相位只需要更多的电线,以及感应电机中的更多绕组。

如果两相相隔 90 度(“正交”),则它们可以建立一个旋转磁场。运行电容器之类的正交生成技巧与使用单相电源的感应电动机一起使用。

事实证明,两相电源没有优势。电机在三相上运行更平稳,平衡的两相需要四根导体,而三相只需要三根。也就是说,我们可以使用恰好三根导线将三相发电机与三相感应电动机连接起来。三线两相是可以的,但不会平衡。其中两根导体将承载相位,第三根导体充当中性线。这意味着一根电线必须处理更多的电流,因为它充当其他两根的返回。三相下的三个导体都承载相同的电流:它们是平衡的。

由于所有这些原因,三个阶段代表一个最佳状态。如果给定感应电动机使用电力,则多于三相是浪费的,少于三相也是如此。

然而,已经使用了两相系统,以及更高阶的相系统,如六相和十二相,因为它们具有一些特殊的优势,所以继续使用。

除了其他答案:

主要目的是至少具有三个相位可以让您的电机以预期的方向启动。对于单相感应电动机,一些变通方法是必要的(例如在启动期间使用电容器添加额外的接线)。在之前的答案中已正确解释。

为什么不多呢?简单地说 - 这不是必需的,它会产生成本。这不仅是电线的问题(因此使用铜,绝缘),而且是施工问题。你能想象一个有九个阶段的架空线塔吗?好吧,也许你可以 - 有时你会遇到拥有两条三相线的塔,甚至更多:

带有 4 个 OHL 的塔

(图片来自维基百科)

这里的主要问题是确保导体和导体与地面(或塔架结构)之间的适当绝缘距离,这需要大量使用材料。

此外,如果您有更多的阶段,失败的机会就更高。当然,在这种情况下(例如 - 一根断线),总的不对称性会更低,但需要关闭整条线路的风险会更高。

为更多相构建发电机也很复杂。通常情况下,小转速的水轮发电机确实有很多极对,所以可以不给 24 极对,而给一个或两个(例如,对于 12 相),但对于火力发电机-涡轮机组来说就很复杂了。通常有一个极对,有时是两个。这导致速度为 3000 rpm(对于 50 Hz 网络)。定子必须以尽可能低的风险从这种机器接收电力,因此更少的相位意味着更少的依次短路机会。引入更多相将需要更昂贵的定子结构。

还请注意,即使今天拥有电力电子变频器、倍相、整流等都没有问题,但这只是 30 年前的问题,当然更多。然后人们决定使用三相,现在不可能切换了。