Mengapa 3 phase dan bukan 1 phase power transmission?

Mengapa transmisi daya menggunakan tiga jalur dengan tiga fase berbeda? Mengapa tidak semua tiga baris dalam fase yang sama? Apakah itu ada hubungannya dengan alternator yang digunakan untuk menghasilkan daya, atau apakah ada lebih sedikit kerugian ketika fase dari ketiga garis semuanya berbeda?

^{Pertanyaan saya agak kebalikan dari " Mengapa kekuatan tiga fase? Mengapa bukan jumlah fase yang lebih tinggi? " (Lih. " Mengapa tiga fase diimbangi oleh 120 derajat? ").}

Mengapa tidak semua tiga baris dalam fase yang sama?

1. Karena dengan demikian tidak ada jalan kembali.
2. Karena fase tunggal tidak memiliki "rotasi". Tiga fase membuatnya sangat sederhana untuk membuat motor yang berputar dengan urutan fase menentukan arah rotasi. Tukar dua fase dan arahnya terbalik.

Apakah ada lebih sedikit kerugian ketika fase ketiga garis berbeda?

1. Distribusi daya tiga fase membutuhkan lebih sedikit tembaga atau aluminium untuk mentransfer jumlah daya yang sama dibandingkan dengan daya fase tunggal.
2. Ukuran motor tiga fasa lebih kecil dari pada motor fase tunggal dengan peringkat yang sama.
3. Motor tiga fase memulai sendiri karena dapat menghasilkan medan magnet yang berputar. Motor fase tunggal memerlukan belitan awal khusus karena hanya menghasilkan medan magnet yang berdenyut.
4. Dalam motor fase tunggal, daya yang ditransfer dalam motor adalah fungsi dari daya sesaat yang terus berubah-ubah. Dalam tiga fase kekuatan sesaat adalah konstan.
5. Motor fase tunggal lebih rentan terhadap getaran. Namun, dalam motor tiga fase, daya yang ditransfer seragam selama siklus dan karenanya getaran sangat berkurang.
6. Motor tiga fase memiliki regulasi faktor daya yang lebih baik.
7. Tiga fase memungkinkan perbaikan DC yang efisien dengan riak rendah.

Gambar 1. DC yang dihasilkan dari penyearah tiga fase.

8. Generator juga mendapat manfaat dengan menghadirkan beban mekanis konstan melalui revolusi penuh, sehingga memaksimalkan daya dan juga meminimalkan getaran.

Jawaban yang bagus dari @Transistor. Untuk menambahkan sedikit lebih banyak: -

Tiga fase secara inheren arus dan tegangan seimbang dari sudut pandang yang menghasilkan gangguan. Pada satu titik waktu (dan beban yang cukup seimbang) emisi magnetiknya rendah karena semua medan magnetnya batal karena arusnya seimbang.

Ada keseimbangan tegangan bersih di medan jauh dekat - penting untuk mengurangi EMI. Ini tidak berlaku untuk satu fasa dan kawat balik karena medan tegangan AC bersih yang terlihat di medan jauh dekat adalah setengah medan AC di terminal langsung. Ini dapat menghasilkan EMI.

Jelas Anda dapat membuat argumen untuk mengatakan bahwa dalam kondisi tidak seimbang akan ada medan magnet bersih tetapi, untuk mengatasi ini, pada saluran transmisi daya tinggi besar, ketidakseimbangan biasanya hanya akan menjadi beberapa persen maksimum: -

Jadi, untuk beban 30 A yang seimbang (per fase), karena keseimbangan 120 derajat, jumlah bersih dari masing-masing fasor saat ini adalah nol.

Manfaat lain adalah ketika mengonversi ke DC, 3 fase menghasilkan tegangan riak yang jauh lebih rendah karena selalu ada dua dioda yang melakukan: -

Saya akan memfokuskan jawaban saya pada transmisi saja, tanpa menjelaskan mengapa 3 fase berguna secara umum karena jawaban lain melakukannya.

Transmisi kekuasaan adalah kompromi. Kompromi antara efisiensi transmisi dan kemudahan konversi. Cara paling efisien untuk mentransmisikan daya listrik adalah DC. Inilah sebabnya mengapa kebanyakan saluran superlong adalah HVDC (arus searah tegangan tinggi). Namun, DC adalah yang terburuk untuk mengubahnya menjadi HV ketika Anda ingin mengirimnya dari pembangkit listrik, dan kembali ke LV ketika Anda ingin memberi makan kepada konsumen.

AC di sisi lain sangat mudah untuk dikonversi - cukup masukkan trafo. Namun transmisinya menyebalkan. Misalnya. AC memancarkan sebagian energi, tetapi itu bukan perhatian utama. Jika Anda melihat grafik sinusoidal, Anda akan menyadari bahwa kabel AC tidak bekerja 100%. Sementara kabel DC membawa arus yang berguna setiap saat (seseorang dapat menganggap DC sebagai 100% siklus kerja PWM), kabel AC hanya membawa arus sebagian saja dari waktu. Ini berarti bahwa untuk tegangan puncak yang sama (yang menentukan biaya isolasi saluran) dan untuk arus puncak yang sama (yang menentukan ukuran dan biaya konduktor), AC dapat mengirimkan hanya sebagian daya.

Di sinilah gagasan multi-fase. Tentu saja multi-fase saja tidak berarti apa-apa, Anda dapat memiliki 3 fase pada 6 konduktor (3 pasang benar-benar independen satu sama lain). Kuncinya di sini adalah berbagi kabel antara fase. Ini seperti tempat tidur panas di kapal perang - 2 pelaut berbagi 1 tempat tidur, ketika seorang pria bangun dan memulai shiftnya, yang lain mengakhiri shiftnya dan pergi tidur. Intinya adalah untuk tidak memiliki tempat tidur kosong hanya membuang-buang ruang, dan 3 fase AC bekerja pada konsep yang sama: pada saat satu fase "beristirahat", fase lain menggunakan kembali salah satu kabel untuk mentransmisikan arus sendiri. Tidak jelas pada pandangan pertama karena sangat cair, satu jatuh ke 0 sementara yang lain naik, dan tidak pernah ada waktu ketika satu fase sebagai kawat untuk dirinya sendiri. Tetapi intinya adalah untuk menggunakan kembali waktu idle kabel.

Mengapa 3? Karena 2 terlalu kecil, Anda tidak dapat memiliki 2 fase pada 2 kabel. 3 adalah jumlah minimum fase yang dapat berbagi semua kabel. Mengapa diimbangi? Karena satu fase pada konduktor X sama dengan 1 konduktor X kali lebih tebal.

Ketika Anda membandingkan sistem 3 fase dengan sistem 1 fase, Anda dapat dengan jelas melihat bahwa dengan menambahkan hanya 50% lebih banyak kabel, Anda mendapatkan 3 kali lebih banyak saat ini.

Transmisi 3 fase menggunakan kabel DUA KALI sama efektifnya dengan 1 fase. Jadi, Anda dapat menggunakan tembaga setengah lebih banyak saat membangun garis.