Kromě odpovědi PlasmaHH používá průmysl téměř výhradně třífázové napájení, protože indukční motor potřebuje pro spuštění a běh známým směrem alespoň třífázové napájení. Jednofázové indukční motory vyžadují stejné, nespolehlivé a nákladné triky (extra vinutí, ztrátová vinutí, spínač citlivý na rychlost, kondenzátory atd.).

Napájecí síť je založena na třech fázích, protože to je nejúčinnější z hlediska výroby a dodávky. Například použití 9fázové sítě by vyžadovalo provozování 9 vodičů pro celou distribuční síť, což není nákladově efektivní.

Uvedené motory vyššího řádu nepoužívají fáze generované řádky. Krokové motory používají více fází pro jemnější ovládání. Polyfázové usměrňovače vysokého řádu jsou navrženy často s více „fázemi“, aby se snížilo zvlnění, ale fáze se generují lokálně fázovým posunem vstupu linky nějakým způsobem, buď přímým LC posunem, nebo pomocí sady motor-generátor. p>

Pokud máte jednofázové rozložení energie, potřebujete jednofázový a jeden návrat, oba nesoucí stejný proud.

Pokud nyní místo toho použijete symetrický třífázový výkon, použijete tři fáze se třetinou aktuální kapacity přenosu a můžete se zbavit neutrálu. To jednoduše ušetří nějaké peníze na mědi. Pokud nyní přidáte více fází, nemůžete ušetřit žádnou další měď, ale pouze přidáte složitost.

Pokud máte asymetrický třífázový výkon, nemůžete se zbavit neutrálu , ale nemusí být schopen na oplátku zvládnout veškerý kombinovaný proud všech tří fází. Opět nějaká měď zachráněna. Přidání více fází však tolik nezredukuje měď potřebnou pro neutrál.

Takže ano, nakonec je to větší cena za prakticky žádný zisk v průměrné aplikaci. Naleznete tedy pouze více než tři fáze pro velmi zvláštní věci.

Tři jsou nejnižší počet fází, které jsou rovnoměrně rozmístěny kolem kruhu a které lze použít k vytvoření rotujícího magnetického pole v daném směru.

Každá další fáze vyžaduje pouze více vodičů a více vinutí v indukčním motoru.

Dvě fáze mohou nastavit rotující magnetické pole, pokud jsou od sebe vzdáleny 90 stupňů („ kvadratura“). Kvadraturní triky jako běhové kondenzátory se používají u indukčních motorů, které odebírají jednofázové napájení.

Ukázalo se, že dvoufázový výkon nemá výhody. Motory běží plynuleji ve třech fázích a vyvážená dvoufázová vyžaduje čtyři vodiče, zatímco třífázová vyžaduje pouze tři. To znamená, že můžeme spojit třífázový generátor s třífázovým indukčním motorem pomocí přesně tří vodičů. Třívodičová dvoufázová je možná, ale nebude vyvážená. Dva z vodičů budou nést fáze a třetí vodič bude fungovat jako neutrál. To znamená, že jeden vodič musí zvládnout více proudu, protože pro ostatní dva funguje jako návrat. Všechny tři vodiče pod třemi fázemi nesou stejný proud: jsou vyvážené.

Ze všech těchto důvodů představují tři fáze optimální. Pokud se předpokládá, že se pro indukční motory používá elektřina, více než tři fáze jsou nehospodárné, a tedy méně než tři.

Byly však použity dvoufázové systémy i fáze vyššího řádu systémy, jako je fáze šest a dvanáct, zůstávají zachovány, protože mají některé speciální výhody.

Doplněk k dalším odpovědím:

Hlavním účelem je, aby alespoň tři fáze umožnily vašemu motoru spustit očekávaným směrem. U jednofázových indukčních motorů je nutná některá řešení (jako je uvedení dalšího zapojení s kondenzátorem použitým během spouštění). Správně to bylo vysvětleno v předchozích odpovědích.

Proč ne víc? Jednoduše - není to nutné a vytváří to náklady. Není to jen problém drátů (tedy použití mědi, izolace), ale také problém konstrukce. Dokážete si představit věž pro trolejové vedení, která má devět fází? Pravděpodobně můžete - někdy se můžete setkat s věžemi, které obsahují dvě 3fázové linky, nebo dokonce více:

(obrázek od Wikipedia)

Hlavním problémem zde je zajistit správnou izolační vzdálenost mezi vodiči a vodiči a zemí (nebo konstrukcí věže), což vyžaduje velké použití materiálů.

Také, pokud máte více fází, šance na selhání je vyšší. Samozřejmě v tomto případě (řekněme - přerušený vodič) bude celková asymetrie nižší, ale riziko nutnosti vypnutí celého vedení bude vyšší.

Budování generátoru pro více fází je také složitý. Typicky mají hydrogenerátory s malou rychlostí mnoho pólových párů, takže by bylo v pořádku nedávat 24 párů pólů, ale jeden nebo dva (například pro 12 fází), ale je to u tepelných generátorů s turbínami komplikované. Obvykle existuje jeden pár pólů, někdy dva. To vede k rychlosti 3000 ot / min (pro síť 50 Hz). Je nutné, aby stator přijímal energii z takového stroje s nejnižším možným rizikem, takže méně fází znamená menší šanci na zkrat. Zavedení více fází by vyžadovalo mnohem nákladnější konstrukci statoru.

Vezměte prosím také na vědomí, že i když dnes není problém mít frekvenční měnič výkonové elektroniky, který také znásobuje fáze, usměrňuje atd., byl to problém teprve před 30 lety a samozřejmě více. Poté se lidé rozhodli použít tři fáze a nyní je nemožné přepnout.

Proč jen 3 fáze? Pokud potřebujeme více fází, můžeme 3 fáze snadno převést na 6 fázové / 12 fázové atd. Pomocí transformátoru zapojeného k tomu. Hlavní aplikací více fází je menší zvlnění napětí do plně přemostěné usměrněné kondenzátorové banky. Nikdy jsem žádný neviděl, ale dozvěděl jsem se o nich od starodávného lektora na univerzitě při elektrotechnice.

Také řekněme, že jsme měli delta konfiguraci 3 uzavřených odporů připojených k 3 fázovému připojení. Energie použitá v průběhu času bude identická s rezistorem napájeným stejnosměrným proudem, protože když je jedna fáze na 0%, ostatní dvě fáze budou na 66,66% & 33,33%, pokud si dobře pamatuji. Tento vztah také znamená, že energie z jedné fáze se vrátí dolů z ostatních fází. Není to 3 fáze úžasné!

Abych to shrnul, není potřeba dalších fází, protože je můžete na konci snadno převést na více fází. Obvykle se to nedělá, protože 3 fáze je už úžasná.

Doufám, že to pomůže.

Tři fáze mají velmi důležitou vlastnost: pokud se podíváte na výkon (V ^ 2 / R) ve všech třech fázích a sčítáte je, je tento výkon KONSTANTNÍ v celém cyklu. To znamená, že 3fázové motory mohou pohánět konstantní výkon a generátory vidí konstantní zátěž. 2 fáze k dosažení tohoto vztahu nestačí.

Dalo by se použít vyšší počet fází, ale připojení je dražší a ve většině situací by ve skutečnosti nenabídlo žádnou další výhodu. Vybírá se 3 fáze, protože se jedná o minimální počet vodičů s dobrými vlastnostmi.

Mnoho dalších odpovědí chybně uvádí, že potřebujete 3 fáze, aby se motor spolehlivě rozběhl nebo otočil konkrétním směrem a aby používal konstantní výkon. Ve skutečnosti by to mohlo být provedeno dvěma fázemi, 90 ° od sebe. Stále získáte definovaný směr a konstantní odběr energie v průběhu cyklu.

Takový dvoufázový systém by však vyžadoval minimálně tři vodiče, ale proud přes tři vodiče by pro konstantní nebyl symetrický - výkonové zatížení. Pokud tedy stejně potřebujete tři vodiče, jaký je nejlepší způsob, jak tyto tři vodiče použít co nejúčinněji a nejpružněji? Odpovědí je třífázový systém, který skutečně používáme. Namísto jedné společné a dvou „horkých“ linek 90 ° mimo fázi máte tři symetrické horké linky, každá 120 ° mimo fázi od ostatních dvou. Všimněte si, že průměrné napětí (a proud pro vyvážené zatížení) je vždy 0 pro symetrický 3fázový systém. To neplatí pro dvoufázový systém.

Více fází vám nedává žádné další žádoucí vlastnosti, takže by to jen zvýšilo složitost a náklady.

Napětí je definitivně mezi dvěma vodiči. Pokud máte jeden vodič, nemáte napětí. Žádné napětí, žádný výkon, nic se neděje. Není to moc užitečné.

Pokud máte dva vodiče, máte jeden pár (2C2), který umožňuje jedno napětí. Říkáme tomu jednofázové. Nyní můžeme skutečně uskutečnit věci, což je podstatná výhoda oproti tomu, že máme pouze jednoho dirigenta. Ale můžete uskutečnit pouze jednu věc; není možné měnit způsob připojení zátěže. Jinými slovy, napětí má pouze jednu dimenzi: je kladné nebo záporné. Běžným problémem je, že pokud připojíte jednofázový motor přímo k vedení střídavého proudu, nemáte žádnou záruku, jakým způsobem se bude točit, nebo jestli vůbec bude.

Pokud máte tři vodiče , máte tři páry (3C2), což umožňuje tři napětí. Říkáme tomu třífázový. Nyní můžeme uskutečnit tři věci, v různých časech . Můžete například mít tři elektromagnety uspořádané do kruhu a všechny je postupně zapnout. Nyní můžeme zaručit, že se motor bude otáčet a kterým směrem. To je podstatná výhoda oproti jednofázovým. Jinými slovy, nyní máme dvě dimenze napětí; je to reprezentováno vektorem v dvourozměrném prostoru. Existují pouze dvě možná odlišná uspořádání vodičů ((3-1)!), Která odpovídají dvěma možným směrům otáčení.

Pokud to rozšíříte na čtyři vodiče, máte šest párů (4C2), takže dalším krokem je šestfázové napětí. Jaké výhody by měla šestifázová oproti trojfázové? No, teď jsou (4-1)! = 6 možných odlišných uspořádání vodičů, což znamená, že pokud se snažíte způsobit, aby se něco otáčelo v rovině, můžete věci spojit způsobem, který je v rozporu s tím. Takže pokud jste měli indukční motor se šesti vinutími, bylo by možné ho připojit způsobem, který by strašně vibroval a otáčel se poloviční normální rychlostí, než aby jen vybíral jeden nebo druhý směr. To není plus.

Ale předpokládejme, že váš rotor měl místo jednoho tři stupně volnosti otáčení. Se šesti fázemi a vhodným mechanickým uspořádáním magnetických pólů byste mohli vyvolat rotaci (válec, stoupání, a vybočení) v plovoucím sférickém rotoru pevné polohy. Jelikož podle mých znalostí taková věc neexistuje, nelze ji skutečně považovat za užitečnou aplikaci. (Možná v nulovém gravitačním prostředí, kde magnetické póly obíhají kolem nějakého těla? Ale jak jsou tedy všechny připojeny ke stejné šestifázové střídavé lince?) Samozřejmě ve čtyřrozměrném prostoru, kde bychom mohli mít takový systém a přesto přeložit všechny tři směry otáčení na nějaké jiné zatížení mimo naše sférické uspořádání stator / rotor, toto uspořádání by mohlo být užitečné.

Mezitím, zpět v prostoru 3 + 1, pracuji ve světě průmyslové výkonové elektroniky a viděl jsem systémy, které používají druh transformátorů fázového posuvu, o nichž se zmínily další odpovědi. V rámci nomenklatury by nikdo, s kým jsem mluvil, nepopisoval použití transformátoru fázového posunu ke generování dalších tří mimofázových střídavých větví, které by vytvářely „šestfázový“. (Podle mé matematiky byste měli patnáctfázový, ale stále to není použitý jazyk.) Když běžíte třífázovým usměrňovačem do víčka, dostanete šest pulzů proudu na cyklus. Pro tento druh systému byste dostali dvanáct pulzů, takže by se tento systém nazýval dvanáctipulzní.

(Obecně platí, že dvanáctipulzní usměrňovač jsou dva šestipulzní usměrňovače. Pokud mají dva motorové pohony, můžete připojit jejich stejnosměrné sběrnice přímo k sobě a napájet každý jinou třífázovou sadou. Nebo můžete získat samostatný usměrňovač pro jednu sadu a napájet její stejnosměrný vstup do zbývajícího pohonu.)

Pokud porovnáváte šestipulzní usměrňovač s dvanáctipulsním usměrňovačem se stejným zatížením, musí být každý aktuální impuls menší , aby se vyrovnalo, že více z nich pohání stejnou zátěž . Díky tomu celkový proud mimo linku vypadá poněkud spíše jako sinusová vlna, což znamená, že harmonické jsou sníženy. Zvlnění víček je také nižší, ale nikdy jsem nevěděl, že by toho bylo někdo strašně znepokojen.

Větší vylepšení harmonických lze dosáhnout pomocí osmnáctipulzového systému a tří usměrňovačů. (36fázový!) Při vyšších napětích a výkonech může existovat ještě vyšší počet paralelních usměrňovačů. Tento dokument na vedení vysokého napětí VFD odkazuje na 54pulsní usměrňovač při 11 kV!

TL; DR

Třífázová síla nám dává jeden rotační stupeň volnosti, což je limit toho, co je užitečné v trojrozměrném prostoru.

Další jednoduchý důvod: Další fáze by byly „dvě podobné“ těm stávajícím. Jinak řečeno: Jakákoli další fáze by byla jednoduše lineární kombinací napětí mezi existujícími třemi dráty - vektorový prostor překlenutý sinusem a kosinem je pouze dvourozměrný.

Dalším aspektem problému je otázka geometrie vodičů pro přenosová vedení vysokého napětí. Se třemi linkami jsou problémy indukčnosti a indukovaných přeslechových proudů minimalizovány a snáze filtrovány, než kdyby existoval další násobek vodičů. Náklady rostou rychleji než výhody s více vodiči.

Lionel Barthold, zakladatel společnosti Power Technologies, Inc., to vysvětlil dobře:

" Proč 3fázový výkon? Proč ne 6 nebo 12?"

Říká, že ačkoliv navrhl systémy s vyšší fází, nejsou praktické kvůli, jak říkáte, snižujícím se návratům, zejména pokud jde o všechny transformátory potřebné v rozvodnách.Když zdvojnásobíte počet fází, musíte také zdvojnásobit množství zařízení v rozvodnách.