Perché la trasmissione di potenza trifase e non monofase?

Perché la trasmissione di potenza utilizza tre linee con tre fasi diverse? Perché non tre linee tutte nella stessa fase? Ha a che fare con gli alternatori usati per generare energia, o c'è meno perdita quando le fasi delle tre linee sono tutte diverse?

^{La mia domanda è in qualche modo il contrario di " Perché la potenza trifase? Perché non un numero maggiore di fasi? " (Cfr. " Perché la compensazione trifase è di 120 gradi? ").}

Perché non tre linee tutte nella stessa fase?

1. Perché quindi non esiste un percorso di ritorno.
2. Perché la singola fase non ha "rotazione". La trifase rende molto semplice realizzare un motore rotante con sequenza di fasi che determina il senso di rotazione. Scambia due fasi e la direzione viene invertita.

C'è meno perdita quando le fasi delle tre linee sono tutte diverse?

1. La distribuzione dell'alimentazione trifase richiede meno rame o alluminio per trasferire la stessa quantità di energia rispetto all'alimentazione monofase.
2. La dimensione di un motore trifase è inferiore a quella di un motore monofase della stessa potenza.
3. I motori trifase si avviano automaticamente poiché possono produrre un campo magnetico rotante. Il motore monofase richiede uno speciale avvolgimento di avviamento poiché produce solo un campo magnetico pulsante.
4. Nei motori monofase, la potenza trasferita nei motori è una funzione della potenza istantanea che varia costantemente. In trifase la potenza istantanea è costante.
5. I motori monofase sono più soggetti alle vibrazioni. Nei motori trifase, tuttavia, la potenza trasferita è uniforme per tutto il ciclo e quindi le vibrazioni sono notevolmente ridotte.
6. I motori trifase hanno una migliore regolazione del fattore di potenza.
7. La trifase consente un'efficiente rettifica in corrente continua con bassa ondulazione.

Figura 1. DC risultante dal raddrizzatore trifase.

8. I generatori traggono vantaggio anche presentando un carico meccanico costante durante l'intero giro, massimizzando così la potenza e minimizzando anche le vibrazioni.

Buona risposta da @Transistor. Per aggiungere un po 'di più: -

La trifase è intrinsecamente corrente e tensione bilanciate da un punto di vista che genera interferenze. In qualsiasi momento (e un carico ragionevolmente bilanciato) l'emissione magnetica è bassa perché tutti i campi magnetici si annullano a causa del bilanciamento delle correnti.

Esiste un bilanciamento netto della tensione nel campo lontano, importante per ridurre l'IME. Questo non è vero per una singola fase e filo di ritorno perché il campo della tensione CA netta visto nel campo lontano vicino è metà del campo CA sul terminale sotto tensione. Questo può generare EMI.

Chiaramente puoi argomentare per dire che in condizioni di squilibrio ci sarà un campo magnetico netto ma, per contrastare questo, su una grande linea di trasmissione ad alta potenza, lo squilibrio sarà normalmente solo solo di qualche percento massimo: -

Pertanto, per un carico bilanciato di 30 A (per fase), a causa del bilanciamento di 120 gradi, la somma netta dei singoli tre fasori correnti è zero.

Un altro vantaggio è che quando si converte in DC, la fase 3 produce una tensione di ondulazione molto più bassa a causa del fatto che ci sono sempre due diodi che conducono: -

Concentrerò la mia risposta sulla sola trasmissione, senza spiegare perché la fase 3 sia utile in generale perché lo hanno fatto altre risposte.

La trasmissione del potere è un compromesso. Un compromesso tra efficienza di trasmissione e facilità di conversione. Il modo più efficiente di trasmettere energia elettrica è DC. Questo è il motivo per cui la maggior parte delle linee superlunghe sono HVDC (corrente continua ad alta tensione). Tuttavia, DC è il peggiore per convertirlo in alta tensione quando si desidera inviarlo dalla centrale elettrica, e di nuovo in LV quando si desidera alimentarlo ai consumatori.

D'altra parte è molto comodo convertire AC: basta inserire un trasformatore. Tuttavia la trasmissione fa schifo. Per esempio. L'aria calda irradia parte dell'energia, ma questa non è la preoccupazione principale. Se osservi il grafico sinusoidale, ti renderai conto che il cavo CA non funziona effettivamente al 100% delle volte. Mentre il cavo CC trasporta corrente utile per tutto il tempo (si può pensare a CC come PWM del duty cycle al 100%), il cavo CA trasporta corrente solo una parte del tempo. Ciò significa che per la stessa tensione di picco (che determina il costo dell'isolamento della linea) e per la stessa corrente di picco (che determina le dimensioni e il costo dei conduttori), CA può trasmettere solo una parte della potenza.

Ecco l'idea del multi-fase. Naturalmente la sola fase multifase non significa nulla, puoi avere 3 fasi su 6 conduttori (3 coppie completamente indipendenti l'una dall'altra). La chiave qui è la condivisione dei fili tra le fasi. È come una cuccetta calda su una nave da guerra - 2 marinai condividono 1 cuccetta, quando un ragazzo si sveglia e inizia il suo turno, l'altro termina il suo turno e va a dormire. Il punto è non avere una cuccetta vuota solo per sprecare spazio e la corrente trifase funziona sullo stesso concetto: nel momento in cui una fase "riposa", un'altra fase sta riutilizzando uno dei suoi fili per trasmettere la propria corrente. A prima vista non è chiaro perché è molto fluido, uno scende verso 0 mentre gli altri si alzano, e non c'è mai un momento in cui una fase come un filo tutto per sé. Ma il punto è riutilizzare il tempo di inattività dei fili.

Perché 3? Poiché 2 è troppo piccolo, non è possibile avere 2 fasi su 2 fili. 3 è il numero minimo di fasi che possono condividere tutti i fili. Perché compensare? Perché una fase su X conduttori è la stessa cosa di 1 conduttore X volte più spesso.

Quando confronti il ​​sistema a 3 fasi con un sistema a 1 fase, puoi vedere chiaramente che aggiungendo solo il 50% in più di fili ottieni 3 volte più corrente.

La trasmissione trifase utilizza i fili DUE VOLTE in modo efficace come una fase. Quindi puoi usare metà del rame quando costruisci la linea.