Warum Drehstrom? Warum nicht eine höhere Phasenzahl?

Gibt es einen Grund, der über historische Gründe hinausgeht, dass drei Phasen zur vorherrschenden Anzahl von Phasen geworden sind?

Ich bin mir der Vorteile gegenüber einer Phase und zwei Phasen bewusst, nämlich die geringere benötigte Leitermenge und dass Motoren im Stillstand ein Drehmoment liefern können (und weniger Pulsation).

Ist dies ausschließlich auf abnehmende Erträge zurückzuführen, mit nur einer geringfügigen Erhöhung der Gleichmäßigkeit der Drehmomentanwendung auf Kosten einer erhöhten Komplexität (erhöhte Anzahl von Drähten (wenn auch kleinerer CSA)).

Um es deutlich zu machen, die Phasen sind alle gleichmäßig verteilt, d. h. fünf Phasen, die um 72 Grad getrennt sind.

@zebonaut: Ja, beide sprechen über drei Phasen, aber hier hören die Ähnlichkeiten irgendwie auf ...
@PlasmaHH Stimmen Sie zu, dass die Fragen anders gestellt werden, aber die Erklärungen gehen in die gleiche Richtung: Drei Phasen, bei denen die Winkel gleichmäßig über 360 Grad verteilt sind, sind das grundlegendste System, das möglich ist, wenn man eine (Rotations-) Symmetrie erreichen möchte. Verstehen Sie mich nicht falsch: Ich wollte nicht sagen „Duplikat!“, sondern „Lesenswertes da drüben!“.
Das ist die Grundlage dieser Frage. Ich sagte, ich wüsste, warum wir 3 Phasen über weniger als 3 Phasen verwenden. Ich wollte die Gründe für die Nichtverwendung mehr.
Denn für mehr Phasen brauchen wir mehr Kabel und gewinnen nichts. Warum dann nicht 1 oder 2? Weil ein Motor sich nicht mit 1 oder 2 drehen kann, ähnlich wie ein Tisch mindestens 3 Beine braucht.
Drei Phasen sind die Mindestanzahl, die Sie haben können, ohne "tote" Stellen im Zyklus zu haben.

Antworten (11)

Zusätzlich zur Antwort von PlasmaHH verwendet die Industrie fast ausschließlich Dreiphasenstrom, da ein Induktionsmotor mindestens eine Dreiphasenversorgung benötigt, um zu starten und in eine bekannte Richtung zu laufen. Einphasen-Induktionsmotoren erfordern verlustbehaftete, unzuverlässige und teure Tricks, um dasselbe zu tun (zusätzliche Wicklungen, verlustbehaftete Wicklungen, geschwindigkeitsempfindlicher Schalter, Kondensatoren usw.).

Das Versorgungsnetz basiert auf drei Phasen, da dies in Bezug auf Erzeugung und Lieferung am effizientesten ist. Die Verwendung eines 9-Phasen-Netzes würde beispielsweise das Verlegen von 9 Drähten für das gesamte Verteilungsnetz erfordern, was nicht kosteneffektiv ist.

Die erwähnten Motoren höherer Ordnung verwenden keine netzerzeugten Phasen. Schrittmotoren verwenden mehr Phasen für eine feinere Steuerung. Mehrphasige Gleichrichter höherer Ordnung werden oft mit mehr "Phasen" konstruiert, um die Welligkeit zu reduzieren, aber die Phasen werden lokal durch Phasenverschiebung des Netzeingangs auf irgendeine Weise erzeugt, entweder durch direkte LC-Verschiebung oder durch Verwendung eines Motor-Generator-Sets.

Gleichrichter mit vielen Phasen - bei großen Geräten (2.280-kW-Hebezeuge) habe ich meistens gesehen, dass die Phasen von einem Transformator mit mehreren Wicklungen abgeleitet wurden, was sehr effizient ist. Die Verwendung eines Delta-Delta-Stern-Transformators (Dd0y5) verwandelt drei Phasen in sechs Phasen. Wenn ich einen Motor-Generator-Satz gesehen habe, diente er meistens dazu, Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln.
Dies sind auch übliche Transformatoren zur Speisung eines großen VFD mit regenerativen Fähigkeiten. Für die Regenerationsfähigkeiten bietet eine Wicklung jedoch im Allgemeinen einen Anstieg von etwa 5% zur ankommenden Leitung, um überschüssige Leistung abzugeben.
Deine erste Aussage ist falsch. 2 Phasen, die um 90 Grad voneinander entfernt sind, können einen Motor auch in einer vorhersehbaren Richtung und mit konstanter Leistung betreiben. Zweiphasen-Quadraturleistung ist auch nicht von Natur aus weniger effizient zu erzeugen. Es gibt natürlich andere Gründe, warum 3-Phasen-Strom verwendet wird, aber Ihre Antwort verfehlt diese Punkte.
Danke, ich habe mich für diese Antwort entschieden, wie sie beschrieben wurde, eine ganze Reihe möglicher Gründe, aus denen mehr Phasen erforderlich sein könnten. Auch @Court Ammons, Antwort hat mir klar gemacht, dass es mathematisch keine Verbesserung der Motorlaufruhe gibt, 3 ist bereits ein optimaler Fall ( wolframalpha.com/input/… ).

Wenn Sie eine einphasige Stromverteilung haben, benötigen Sie eine Phase und eine Rückleitung, die beide den gleichen Strom führen.

Wenn Sie jetzt stattdessen symmetrischen Drehstrom verwenden, verwenden Sie drei Phasen mit einem Drittel der Strombelastbarkeit, und Sie können den Neutralleiter loswerden. Das spart einfach etwas Geld in Kupfer. Wenn Sie jetzt weitere Phasen hinzufügen, können Sie kein Kupfer mehr einsparen, sondern nur Komplexität hinzufügen.

Wenn Sie eine asymmetrische dreiphasige Stromversorgung haben, können Sie den Neutralleiter nicht loswerden, aber er muss im Gegenzug nicht in der Lage sein, den gesamten kombinierten Strom aller drei Phasen zu verarbeiten. Wieder etwas Kupfer gespart. Durch das Hinzufügen weiterer Phasen wird das für den Neutralleiter benötigte Kupfer jedoch nicht so stark reduziert.

Also ja, am Ende sind es mehr Kosten für praktisch keinen Gewinn in der durchschnittlichen Anwendung. Mehr als drei Phasen finden Sie also nur für ganz besondere Dinge.

Haben Sie einen Kommentar dazu, was diese speziellen Anwendungen sein könnten?
@Hugoagogo: Ich habe 5 Phasen für Schrittmotoren und 12 Phasen für Hochleistungs-Gleichstromgleichrichtung gesehen, und dann gibt es historische Experimente, die möglicherweise noch bei anderen Sorten laufen ...
RE-Spezialanwendungen - bis zu 24-Phasen-Leistung wird verwendet, um große Wechselrichter mit Strom zu versorgen. Die 24-Phasen-Versorgung wird von einem Drehstromnetz mit einem speziellen Mehrwicklungstransformator abgeleitet, der sich in unmittelbarer Nähe des Wechselrichters befindet. Mehr Phasen in dieser Anwendung sind besser, da sie die Auswirkungen der Oberschwingungen des Gleichrichters auf das Versorgungsnetz reduzieren.
"Sie verwenden drei Phasen mit einem Drittel der Strombelastbarkeit" - das stimmt nicht. Wenn Sie 100 A über 3 Phasen übertragen, führt jede Phase etwa 58 A Effektivstrom, nicht 33.
@DmitryGrigoryev: Ich bin mir nicht sicher, wie Sie auf diese Zahl kommen. Wenn wir 23 kW über eine einzelne Phase liefern 230 v r m s System benötigen wir 100 A in dieser Phase. Wenn wir drei haben 230 v r m s Phasen, die wir brauchen 33.3 EIN r m s jeweils 23 kW Leistung (unter der Annahme eines Leistungsfaktors von 1).
Ja, aber 3 Phasen haben eine Spannung von 400 V zwischen den Drähten, nicht 230. Ein einzelnes 100-A-Kabel liefert bei dieser Spannung 40 kW.
@DmitryGrigoryev: Ich nehme an, Sie sprechen hier über Delta-Konfiguration. Die Spannung ist noch vorhanden 230 v r m s gegen Erde, und da sich die Stromrückführung auf die restlichen Phasen verteilt, gibt es noch 33 EIN r m s durch sie fließen, um eine Leistung von 23 kW zu liefern. Unter der Annahme von Widerständen als Lasten sind die drei dann jeweils 9-mal größer (20,7 Ω statt 2,3 Ω), um insgesamt 23 kW abzuführen.
@PlasmaHH Warum sollte die Spannung zur Masse eine Rolle spielen, wenn sie keinen Strom führt? Sie können eine einphasige Leitung als zwei Phasen mit halber Phase-Erde-Spannung sehen, wenn Sie dies bevorzugen. In diesem Fall überträgt eine Leitung mit 230 V * 100 A 46 kW mit zwei Leitungen.
@DmitryGrigoryev: weil GND ein praktischer und (fast) willkürlicher Punkt in jeder Schaltung ist, die wir als Referenz für eine einfache Berechnung verwenden. Im symmetrischen Fall kann man auch jede der Phasen GND nennen und dann berechnen, aber da dann Spannung und Strom nicht in Phase mit den Zuleitungen über die Widerstände in Dreieckschaltung sind, macht dies die Berechnung viel schwieriger, also schauen wir lieber bei den Effektivwerten der zuführenden Leitungen, alle auf einen gemeinsamen Punkt bezogen.
Bei dreiphasiger Stromversorgung ist die Strombelastbarkeit, die Sie für jeden Draht benötigen, ein Drittel dessen, was ?
@immibis: Ein 42 Jahre alter Dachs.
@PlasmaHH Die erforderliche Strombelastbarkeit ist also ein 14-jähriger Dachs?
@immibis: Ja, jetzt fängst du an, wie ein Projektmanager zu denken (weißt du, diese Leute, die denken, dass neun Frauen in einem Monat ein Baby bekommen)!
@PlasmaHH Großartig! Meine Firma wird Kabel abschaffen und von nun an Dachs für den Stromtransport verwenden. Aber im Ernst, ein Drittel von was?
@PlasmaHH: Es gibt 6- und 12-Phasen-Systeme für die Gleichstromgleichrichtung, aber sie verwenden Dreiphasenstrom und ein cleveres Transformatordesign. Diese Transformatoren erzeugen 6 oder 12 Phasen mit dem Standard-Drehstrom.
@Uwe: und es gibt auch HGÜ-Generatorsysteme, die 12-Phasen-Wechselstrom erzeugen, um die Gleichrichtung zu speisen. Zumindest gab es das in den 90er Jahren.

Drei ist die niedrigste Anzahl von Phasen, die gleichmäßig um den Kreis verteilt sind und die verwendet werden können, um ein rotierendes Magnetfeld in einer bestimmten Richtung zu erzeugen.

Mehr Phasen erfordern nur mehr Drähte und mehr Wicklungen in einem Induktionsmotor.

Zwei Phasen können ein rotierendes Magnetfeld aufbauen, wenn sie um 90 Grad voneinander entfernt sind („ Quadratur “). Quadraturerzeugende Tricks wie Betriebskondensatoren werden bei Induktionsmotoren verwendet, die mit Einphasenstrom betrieben werden.

Es stellt sich heraus, dass Zweiphasenstrom keine Vorteile hat. Motoren laufen auf drei Phasen reibungsloser , und symmetrische zwei Phasen erfordern vier Leiter, während drei Phasen nur drei erfordern. Das heißt, wir können einen Drehstromgenerator mit einem Drehstrom-Induktionsmotor mit genau drei Drähten verbinden. Zweiphasig mit drei Leitern ist möglich, aber nicht symmetrisch. Zwei der Leiter führen die Phasen, und der dritte Leiter fungiert als Neutralleiter. Dies bedeutet, dass ein Draht mehr Strom verarbeiten muss, da er als Rückleitung für die anderen beiden dient. Die drei Leiter unter drei Phasen führen alle den gleichen Strom: Sie sind symmetrisch.

Aus all diesen Gründen stellen drei Phasen ein Optimum dar. Wenn Strom für Induktionsmotoren verwendet wird, sind mehr als drei Phasen verschwenderisch und weniger als drei Phasen.

Es wurden jedoch Zweiphasensysteme verwendet, ebenso wie Phasensysteme höherer Ordnung, wie Sechs- und Zwölfphasensysteme, weil sie einige besondere Vorteile haben.

Meinen Sie mit Zweiphasensystem Quadratur oder beziehen Sie sich auf US-Split-Phase-Verkabelung mit zwei gegenphasigen heißen Drähten und einem Neutralleiter dazwischen?
@supercat Quadratur. Irgendwann hatte ich da die Split-Phase/Zwei-Phasen-Unterscheidung; Ich glaube, ich habe diese Änderung nicht gespeichert!

Ergänzung zu anderen Antworten:

Der Hauptzweck besteht darin, dass Ihr Motor mit mindestens drei Phasen in der erwarteten Richtung starten kann. Für einphasige Induktionsmotoren sind einige Problemumgehungen erforderlich (z. B. das Anlegen einer zusätzlichen Verkabelung mit einem Kondensator, der während des Starts verwendet wird). Es wurde in früheren Antworten richtig erklärt.

Warum nicht mehr? Einfach - es ist nicht notwendig und es verursacht Kosten. Es ist nicht nur das Problem der Drähte (also die Verwendung von Kupfer, Isolierung), sondern auch das Konstruktionsproblem. Können Sie sich einen Turm für Freileitungen mit neun Phasen vorstellen? Nun, wahrscheinlich können Sie das - manchmal kann man Türme treffen, die zwei 3-Phasen-Leitungen halten, oder sogar mehr:

Ein Turm mit 4 OHLs

(Bild aus Wikipedia)

Das Hauptproblem besteht hier darin, einen geeigneten Isolationsabstand zwischen Leitern und Leitern und Erde (oder Turmstruktur) sicherzustellen, was einen großen Materialeinsatz erfordert.

Wenn Sie mehr Phasen haben, ist die Wahrscheinlichkeit des Scheiterns höher. Natürlich ist in diesem Fall (z. B. bei einem gebrochenen Leiter) die Gesamtasymmetrie geringer, aber das Risiko, dass die gesamte Leitung abgeschaltet werden muss, ist höher.

Auch der Bau eines Generators für mehr Phasen ist kompliziert. Typischerweise haben Hydrogeneratoren mit kleiner Drehzahl viele Polpaare, daher wäre es in Ordnung, nicht 24 Polpaare zu geben, sondern ein oder zwei (z. B. für 12 Phasen), aber es ist kompliziert für thermische Generator-Turbinen-Einheiten. Es gibt normalerweise ein Polpaar, manchmal zwei. Dies führt zu einer Drehzahl von 3000 U / min (für 50-Hz-Netz). Es ist notwendig, dass der Stator von einer solchen Maschine mit dem geringstmöglichen Risiko mit Strom versorgt wird, sodass weniger Phasen eine geringere Wahrscheinlichkeit von Kurzschlüssen bedeuten. Das Einführen von mehr Phasen würde eine viel teurere Statorkonstruktion erfordern.

Bitte beachten Sie auch, dass es heute, auch wenn es kein Problem ist, einen Leistungselektronik-Frequenzumrichter zu haben, auch Phasen zu multiplizieren, gleichzurichten usw., vor 30 Jahren noch ein Problem war, und natürlich noch mehr. Dann haben sich die Leute für drei Phasen entschieden, und jetzt ist es unmöglich, umzuschalten.

Drei Phasen haben eine sehr wichtige Eigenschaft: Wenn Sie die Leistung (V ^ 2 / R) über alle drei Phasen hinweg betrachten und sie summieren, ist diese Leistung über den gesamten Zyklus KONSTANT. Dies bedeutet, dass 3-Phasen-Motoren mit konstanter Leistung fahren können und die Generatoren eine konstante Last sehen. 2 Phase ist nicht ausreichend, um diese Beziehung zu erhalten.

Man könnte höhere Phasenzahlen verwenden, aber es kostet mehr zu verdrahten und würde in den meisten Situationen keinen wirklichen zusätzlichen Vorteil bieten. 3 Phasen werden gewählt, weil es eine minimale Anzahl von Drähten mit guten Eigenschaften ist.

Zweiphasen-Quadratur könnte eine solche Beziehung erreichen. Das größte Problem bei zweiphasiger Quadratur in vielen Anwendungen besteht darin, dass ein Rückleiter mehr Strom führen muss als die "heißen" Drähte, während dreiphasig die gleiche Strommenge durch alle drei Drähte speist.
Raffiniert! Ich wusste nicht, dass es auch mit zwei Phasen funktioniert! Danke!
@supercat (Oder Sie könnten eine zweiphasige Quadratur mit separaten Rückleitungen durchführen, was mit der vierphasigen identisch ist und daher eine Leitung im Vergleich zur dreiphasigen verschwendet.)
Es ist leicht zu erkennen, dass Quadraturmodi Ihnen konstante Leistung liefern könnten -- cos 2 ⁡ θ + Sünde 2 ⁡ θ = 1 .

Warum nur 3 Phasen? Nun, wenn wir mehr Phasen benötigen, können wir 3 Phasen einfach in 6 Phasen / 12 Phasen usw. umwandeln, indem wir einen dafür verdrahteten Transformator verwenden. Die Hauptanwendung von mehr Phasen ist für weniger Brummspannung in einer vollbrückengleichgerichteten Kondensatorbank. Ich habe noch nie einen gesehen, aber während meines Studiums der Elektrotechnik von einem alten Dozenten an der Universität davon erfahren.

Nehmen wir auch an, wir hätten eine Delta-Konfiguration von 3 angepassten Widerständen, die an eine 3-Phasen-Verbindung angeschlossen waren. Die im Laufe der Zeit verbrauchte Leistung ist identisch mit einem mit Gleichstrom betriebenen Widerstand, denn wenn eine Phase bei 0 % liegt, liegen die anderen beiden Phasen bei 66,66 % und 33,33 %, wenn ich mich richtig erinnere. Diese Beziehung bedeutet auch, dass die Leistung von einer Phase in die anderen Phasen zurückkehrt. Ist 3-Phasen nicht genial!

Zusammenfassend sind also keine zusätzlichen Phasen erforderlich, da Sie es an Ihrem Ende sehr einfach in weitere Phasen umwandeln können. Dies ist jedoch normalerweise nicht der Fall, da 3 Phasen bereits großartig sind.

Hoffe das hilft.

Einzige Person, die erwähnt, dass Sie, wenn Sie mehr Phasen wünschen, dies (ausgewogen) mit mindestens 3 Phasen tun können, wodurch mehr Phasen etwas überflüssig und teuer werden.
In der Tat sind 6-Phasen-Übertragungsleitungen üblich, werden aber eher als 3-Phasen-Dual-Circuit bezeichnet. Die Umrechnung zwischen 3 und 6 Phasen ist trivial. Die 90-Grad-Phasenverschiebung, die erforderlich ist, um 12 Phasen herzustellen, ist nicht viel schwieriger und erfordert nur einen Transformator mit einer Sternwicklung und einer Dreieckswicklung. Mein Bruder arbeitet in Verteilungsnetzen, und das hat tatsächlich einmal ein Problem verursacht: Wenn ältere Geräte die 90-Grad-Verschiebung in einer Versorgung einführen, können sie aufgrund inkompatibler Phasen nicht als Backup für eine andere ohne die Verschiebung verwendet werden.

Viele der anderen Antworten geben fälschlicherweise an, dass Sie 3 Phasen benötigen, damit ein Motor zuverlässig startet oder sich in eine bestimmte Richtung dreht und konstante Leistung verbraucht. Tatsächlich könnte dies mit zwei Phasen erfolgen, die um 90° zueinander versetzt sind. Sie erhalten immer noch eine definierte Richtung und eine konstante Leistungsaufnahme über einen Zyklus.

Ein solches Zweiphasensystem würde jedoch mindestens drei Drähte erfordern, aber der Strom durch die drei Drähte wäre für eine Last mit konstanter Leistung nicht symmetrisch. Wenn Sie also sowieso drei Adern benötigen, wie nutzen Sie diese drei Adern am besten so effizient und flexibel wie möglich? Die Antwort ist das Drehstromsystem, das wir tatsächlich verwenden. Anstelle einer gemeinsamen und zwei "heißen" Leitungen, die um 90 ° phasenverschoben sind, haben Sie drei symmetrische heiße Leitungen, die jeweils um 120 ° phasenverschoben zu den anderen beiden sind. Beachten Sie, dass die durchschnittliche Spannung (und der Strom für eine symmetrische Last) für ein symmetrisches 3-Phasen-System immer 0 ist. Dies gilt nicht für ein 2-Phasen-System.

Mehr Phasen geben Ihnen keine zusätzlichen wünschenswerten Eigenschaften, würden also nur die Komplexität und die Kosten erhöhen.

Eine Spannung liegt definitionsgemäß zwischen zwei Leitern. Wenn Sie einen Leiter haben, haben Sie keine Spannungen. Keine Spannung, kein Strom, nichts passiert. Nicht sehr nützlich.

Wenn Sie zwei Leiter haben, haben Sie ein Paar (2C2), das eine Spannung zulässt. Wir nennen das einphasig. Jetzt können wir tatsächlich etwas bewegen, was ein wesentlicher Vorteil gegenüber nur einem Dirigenten ist. Aber Sie können nur eines bewirken; es gibt keine Variationsmöglichkeiten, wie die Last angeschlossen werden kann. Anders ausgedrückt, die Spannung hat nur eine Dimension: Sie ist positiv oder sie ist negativ. Ein häufiges Problem ist, dass Sie, wenn Sie einen Einphasenmotor direkt an eine Wechselstromleitung anschließen, keine Garantie dafür haben, in welche Richtung er sich dreht oder ob er sich überhaupt dreht.

Wenn Sie drei Leiter haben, haben Sie drei Paare (3C2), was drei Spannungen ermöglicht. Wir nennen das dreiphasig. Jetzt können wir drei Dinge zu unterschiedlichen Zeiten geschehen lassen . Sie könnten zum Beispiel drei Elektromagnete in einem Kreis angeordnet haben und sie alle nacheinander einschalten. Jetzt können wir garantieren, dass sich ein Motor dreht und in welche Richtung. Dies ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber einphasigen. Anders ausgedrückt, wir haben jetzt zwei Dimensionen für die Spannung; es wird durch einen Vektor in einem zweidimensionalen Raum dargestellt. Es gibt nur zwei mögliche unterschiedliche Anordnungen von Leitern ((3-1)!), was den beiden möglichen Drehrichtungen entspricht.

Wenn Sie dies auf vier Leiter erweitern, haben Sie sechs Paare (4C2), sodass der nächste Schritt eine sechsphasige Spannung ist. Welche Vorteile hätte sechsphasig gegenüber dreiphasig? Nun, jetzt gibt es (4-1)! = 6 mögliche unterschiedliche Anordnungen von Leitern, was bedeutet, dass Sie, wenn Sie versuchen, etwas in einer Ebene drehen zu lassen, die Dinge auf eine Weise anschließen könnten, die damit nicht vereinbar ist. Wenn Sie also einen Induktionsmotor mit sechs Wicklungen hätten, wäre es möglich, ihn so anzuschließen, dass er schrecklich vibriert und sich mit halber normaler Geschwindigkeit dreht, anstatt nur die eine oder andere Richtung zu wählen. Das ist kein Pluspunkt.

Aber nehmen Sie an, Ihr Rotor hätte drei Rotationsfreiheitsgrade anstelle von einem. Mit sechs Phasen und einer geeigneten mechanischen Anordnung von Magnetpolen könnten Sie eine Drehung (Rollen, Neigen und Gieren) in einem schwebenden sphärischen Rotor mit fester Position induzieren. Da so etwas meines Wissens nicht existiert, ist dies nicht wirklich eine sinnvolle Anwendung. (Vielleicht in einer Umgebung ohne Schwerkraft, wo die Magnetpole einen Körper umkreisen? Aber wie sind sie dann alle an dieselbe sechsphasige Wechselstromleitung angeschlossen?) Natürlich in einem vierdimensionalen Raum, wo wir es haben könnten ein solches System zu verwenden und trotzdem alle drei Drehrichtungen auf eine andere Last außerhalb unserer kugelförmigen Stator/Rotor-Anordnung zu übersetzen, könnte diese Anordnung höllisch nützlich sein.

Inzwischen arbeite ich zurück im 3 + 1-Raum in der Welt der industriellen Leistungselektronik und habe Systeme gesehen, die die Art von Phasenverschiebungstransformatoren verwenden, die andere Antworten erwähnt haben. Aus Gründen der Nomenklatur würde niemand, mit dem ich gesprochen habe, die Verwendung eines Phasenverschiebungstransformators beschreiben, um drei weitere phasenverschobene Wechselstromzweige zu erzeugen, um "sechs Phasen" zu erzeugen. (Nach meiner Mathematik hätten Sie fünfzehn Phasen, aber das ist immer noch nicht die verwendete Sprache.) Wenn Sie dreiphasig durch einen Gleichrichter in eine Kappe leiten, erhalten Sie sechs Stromimpulse pro Zyklus. Für diese Art von System würden Sie zwölf Impulse erhalten, also würde diese Art von System Zwölf-Impulse genannt werden.

(Im Allgemeinen besteht der Zwölfpuls-Gleichrichter aus zwei Sechspuls-Gleichrichtern. Wenn Sie zwei Motorantriebe haben, können Sie deren DC-Busse direkt miteinander verbinden und jeden mit einem anderen Dreiphasensatz speisen. Oder Sie können einen eigenständigen bekommen Gleichrichter für einen Satz und speisen seinen DC-Eingang in den verbleibenden Antrieb.)

Wenn Sie einen Sechs-Puls-Gleichrichter mit einem Zwölf-Puls-Gleichrichter mit identischen Lasten vergleichen, muss jeder Stromimpuls kleiner sein , um auszugleichen, dass mehr von ihnen dieselbe Last antreiben. Dadurch sieht der Gesamtstrom aus der Leitung etwas mehr wie eine Sinuswelle aus, was bedeutet, dass die Oberwellen reduziert werden. Die Welligkeit an den Kappen ist ebenfalls geringer, aber ich kenne niemanden, der sich darüber große Sorgen gemacht hat.

Größere Oberwellenverbesserungen können mit einem 18-Puls-System und drei Gleichrichtern erzielt werden. (36-phasig!) Bei höheren Spannungen und Leistungen können noch mehr parallel geschaltete Gleichrichter vorhanden sein. Dieses Dokument zu einer Mittelspannungs-VFD-Leitung bezieht sich auf einen 54-Puls-Gleichrichter bei 11 kV!

TL;DR

Dreiphasenstrom gibt uns einen Rotationsfreiheitsgrad, der die Grenze dessen darstellt, was in einem dreidimensionalen Raum nützlich ist.

Ein weiterer einfacher Grund: Zusätzliche Phasen wären "zwei ähnlich" zu den bestehenden. Anders ausgedrückt: Jede zusätzliche Phase wäre einfach eine lineare Kombination der Spannungen zwischen den vorhandenen drei Drähten - der von Sinus und Cosinus aufgespannte Vektorraum ist nur zweidimensional.

Ein weiterer Aspekt des Problems betrifft die Leitergeometrien für Hochspannungsübertragungsleitungen. Mit drei Leitungen werden die Probleme der Induktivität und der induzierten Übersprechströme minimiert und leichter gefiltert, als wenn es ein zusätzliches Vielfaches von Leitern gäbe. Mit mehr Leitern steigen die Kosten immer schneller als der Nutzen.

Es ist seit über 100 Jahren bekannt, dass die Transformatormagnetisierung hauptsächlich die 3. Harmonische erzeugt, und bei Wechselstrommotoren ist die 3-Phasen-Phase am besten geeignet, um die 3. Harmonische zu unterdrücken, was sinnvoller wäre als beispielsweise 5- oder 7-Phasen

Lionel Barthold, Gründer von Power Technologies, Inc., hat dies gut erklärt:

„ Warum 3-Phasen-Strom? Warum nicht 6 oder 12? “

Er sagt, dass er zwar Systeme mit höheren Phasen entworfen hat, diese jedoch aufgrund der, wie Sie sagen, abnehmenden Erträge nicht praktikabel sind, insbesondere im Hinblick auf die immer mehr Transformatoren, die in den Umspannwerken benötigt werden. Wenn Sie die Anzahl der Phasen verdoppeln, müssen Sie auch die Ausrüstung der Umspannwerke verdoppeln.

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Warum Drehstrom? Warum nicht eine höhere Phasenzahl?
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