Warum 3-phasige und nicht 1-phasige Energieübertragung?

Warum nicht drei Linien alle in der gleichen Phase?

1. Denn dann gibt es keinen Rückweg.
2. Weil einphasig keine "Rotation" hat. Dreiphasig macht es sehr einfach, einen rotierenden Motor herzustellen, dessen Phasenfolge die Drehrichtung bestimmt. Vertauschen Sie zwei Phasen und die Richtung wird umgekehrt.

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

1. Die dreiphasige Energieverteilung erfordert weniger Kupfer oder Aluminium zur Übertragung der gleichen Energiemenge im Vergleich zur einphasigen Energieverteilung.
2. Die Größe eines dreiphasigen Motors ist kleiner als die eines einphasigen Motors der gleichen Nennleistung.
3. Drehstrommotoren sind selbststartend, da sie ein rotierendes Magnetfeld erzeugen können. Der Einphasenmotor benötigt eine spezielle Anlaufwicklung, da er nur ein pulsierendes Magnetfeld erzeugt.
4. Bei Einphasenmotoren ist die in Motoren übertragene Leistung eine Funktion der Momentanleistung, die sich ständig ändert. Bei Drehstrom ist die Momentanleistung konstant.
5. Einphasenmotoren sind anfälliger für Vibrationen. Bei Drehstrommotoren ist die übertragene Leistung jedoch während des gesamten Zyklus gleichmäßig, und daher werden Vibrationen stark reduziert.
6. Dreiphasenmotoren haben eine bessere Leistungsfaktorregelung.
7. Dreiphasig ermöglicht eine effiziente DC-Gleichrichtung mit geringer Restwelligkeit.

Abbildung 1. Resultierender Gleichstrom vom Dreiphasengleichrichter.

8. Generatoren profitieren auch davon, dass sie während der gesamten Umdrehung eine konstante mechanische Belastung darstellen, wodurch die Leistung maximiert und auch Vibrationen minimiert werden.

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

Dreiphasig ist inhärent strom- und spannungsausgeglichen vom Standpunkt der Erzeugung von Interferenzen. Zu jedem Zeitpunkt (und einer einigermaßen ausgeglichenen Last) ist die magnetische Emission gering, da sich alle Magnetfelder aufgrund des Ausgleichs der Ströme aufheben.

Es gibt einen Nettospannungsausgleich im nahen Fernfeld – wichtig für die Reduzierung von EMI. Dies gilt nicht für eine einzelne Phase und einen Rückleiter, da das Netto-Wechselspannungsfeld, das im nahen Fernfeld gesehen wird, die Hälfte des Wechselspannungsfelds am stromführenden Anschluss ist. Dies kann EMI erzeugen.

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

Bei einer symmetrischen Last von 30 A (pro Phase) ist die Nettosumme der einzelnen drei Stromzeiger aufgrund der 120-Grad-Symmetrie also Null.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass bei der Umwandlung in Gleichstrom 3 Phasen eine viel geringere Brummspannung erzeugen, da immer zwei Dioden leitend sind: -

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

Kraftübertragung ist ein Kompromiss. Ein Kompromiss zwischen Übertragungseffizienz und einfacher Umrüstung. Die effizienteste Art, elektrische Energie zu übertragen, ist Gleichstrom. Aus diesem Grund sind die meisten superlangen Leitungen HGÜ (Hochspannungsgleichstrom). DC ist jedoch am schlechtesten für die Umwandlung in HV, wenn Sie es vom Kraftwerk senden möchten, und zurück in LV, wenn Sie es den Verbrauchern zuführen möchten.

Wechselstrom hingegen ist sehr bequem umzuwandeln - setzen Sie einfach einen Transformator ein. Allerdings nervt die Übertragung. Z.B. Wechselstrom strahlt einen Teil der Energie ab, aber das ist nicht das Hauptanliegen. Wenn Sie sich das Sinusdiagramm ansehen, werden Sie feststellen, dass das Wechselstromkabel nicht immer zu 100 % funktioniert. Während DC-Kabel die ganze Zeit Nutzstrom führen (man kann sich DC als PWM mit 100% Arbeitszyklus vorstellen), führt AC-Kabel nur zeitweise Strom. Dies bedeutet, dass Wechselstrom bei gleicher Spitzenspannung (die die Kosten für die Isolierung der Leitung vorschreibt) und bei gleichem Spitzenstrom (der Größe und Kosten der Leiter vorschreibt) nur einen Teil der Leistung übertragen kann.

Hier kommt die Idee der Mehrphasen. Mehrphasig allein bedeutet natürlich nichts, Sie können 3 Phasen auf 6 Leitern haben (3 Paare völlig unabhängig voneinander). Der Schlüssel hier ist die gemeinsame Nutzung 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, beendet der andere seine Schicht und geht schlafen. Der Punkt ist, keine leere Koje zu haben, die nur Platz verschwendet, und 3-Phasen-Wechselstrom funktioniert nach demselben Konzept: In der Zeit, in der eine Phase "ruht", verwendet eine andere Phase einen ihrer Drähte, um den eigenen Strom zu übertragen. Es ist auf den ersten Blick nicht klar, weil es sehr fließend ist, eine Phase fällt gegen 0, während die anderen steigen, und es gibt nie eine Zeit, in der eine Phase wie ein Draht ganz für sich ist. Aber der Punkt ist, die Leerlaufzeit der Drähte wiederzuverwenden.

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

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

Die 3-Phasen-Übertragung verwendet die Drähte ZWEIMAL so effektiv wie die 1-Phasen-Übertragung. So können Sie beim Bau der Leitung halb so viel Kupfer verbrauchen.