Warum ist der Drehstrom um 120 Grad versetzt?

Bei dreiphasiger Elektrizität ist die Welle um 120 Grad (2 Rad) versetzt. Warum sind die Phasen nicht näher beieinander? Liegt es daran, dass es die Frequenz der Phasen beeinflusst? Wie wurden diese 120 Grad gewählt?$\pi/3$

Wenn zwischen den Phasen 120 ° liegen, ist die Summe der Spannungen zu jeder Zeit Null.

Dies bedeutet, dass bei ausgeglichener Last kein Strom in der Rückleitung fließt (Neutral).

Beträgt jede Phase 230 V in Bezug auf den Neutralleiter (Sternbetrieb), dann liegen 230 V = 400 V zwischen zwei beliebigen Phasen (Dreieck- oder Dreieckbetrieb), und sie sind auch gleich beabstandet. dh in 120 ° Winkeln. $\times$ $\sqrt{3}$

(Bilder von http://www.electrician2.com/electa1/electa3htm.htm )

Durch einen Abstand von 120 Grad sind die Phasen so ausgeglichen, dass die Leistungsübertragung zu jedem Zeitpunkt konstant ist. Wenn Sie die Phasen "näher beieinander" hätten, wie Sie meinen, gäbe es keinen wirklichen Vorteil gegenüber der Einphasenleistung.

Grundsätzlich hat jeder Stromerzeuger einen Rotor mit Magneten und Spule am Umfang, eine Umdrehung des Rotors entspricht einem Zyklus von 360 Grad.

Angenommen, der Generator hat einen Magneten und eine Spule. Wenn sich der Magnet / Rotor eine Umdrehung dreht, steigt die in der Spule erzeugte Spannung allmählich an und erreicht die Spitze (max), wenn die Spule dem Magneten am nächsten kommt, und nimmt allmählich ab, wenn sich der Magnet wegbewegt .

Angenommen, wir schließen die Glühlampe an, dann ist die Flimmerrate deutlich sichtbar. Dies wird als 360 ° -Einphasen-Wechselstrom bezeichnet.

Nehmen wir nun an, der Generator hat zwei Magnete und zwei Spulen, die in gleichem Abstand angeordnet sind. Dann wird die Flimmerrate erhöht. Sie ist 2-phasig, 360/2 = 180 Grad Wechselstrom.

Angenommen, der Generator hat 3 Magnete und 3 Spulen in gleichem Abstand, dann ist die Flimmerrate sehr viel höher. Es ist dreiphasig mit 360/3 = 120 Grad Wechselstrom.

Wenn wir 4 Magnete und 4 Spulen in gleichem Abstand haben, ist die Flimmerrate viel höher (nicht sichtbar), dann ist es 4-phasig mit 360/4 = 90 Grad, 4-phasig AC.

In der Praxis eignet sich 3-phasig viel besser für die Konstruktion.

Durch die Trennung der Phasen um 120 ° werden die Spannungsspitzen (zum Beispiel) gleichmäßig verteilt. Beispielsweise hat 60 Hz alle 16,66 ms Spitzen, so dass die Spitzen der Phasen A, B und C in diesem Muster ein Drittel dieser Zeit auseinander liegen würden: A-5,55 ms-B-5,55 ms-C-5,55 ms-A. Wenn man die Phasen A und C um 100 ° von B trennt, dann werden die Phasen C und A um 160 ° getrennt, und das Muster der Peaks wäre A-4,63 ms-B-4,63 ms-C-7,40 ms-A.

Ein derartiger stotternder Satz von Phasen (mit beispielsweise 100 °, 100 °, 160 ° Abstand) würde viele ineffiziente, unnötige Konsequenzen mit sich bringen, von denen nicht zuletzt ein Wechselstrommotor entworfen würde, der die Staffelungsimpulse einer solchen synchronisierten Spannung effektiv nutzen könnte Spitzen.

Der größte Teil der elektrischen Energie wird von Wechselstromgeneratoren erzeugt.

2/3 der elektrischen Energie werden von Wechselstrommotoren verbraucht (elektrische Energie ein - mechanische Energie aus), sie sind den elektrischen Generatoren sehr ähnlich gebaut (mechanische Energie ein - elektrische Energie aus).

Um eine Rotation in Wechselstrommotoren zu erzeugen, müssen im Stator Wicklungen mit gleichem Abstand vorhanden sein, die von Magnetfeldern mit gleichem Abstand gespeist werden. Gleichmäßige Magnetfelder werden durch gleichmäßige Ströme erzeugt (dies beantwortet Ihre Frage nach den 120 Grad für das 3-Phasensystem).

Der Grund für die Verwendung von 3 Phasen anstelle von 2, 6 oder 12 ist, dass es das effizienteste System ist (2 würde mehr Leistungsverluste während der Übertragung bedeuten, 6 Phasen würden bedeuten, die Energie mit 6 Drähten anstelle von 3 zu transportieren).

Denken Sie auch daran, dass die Spannung von Phase zu Phase mit mehr Phasen enorm abfallen würde. Sie können die Phase nur zum Erden verwenden, wenn Sie weitere Phasen hinzufügen. Mit einem normalen Sterntransformator können wir immer noch Geräte mit 208 Volt und 240 Einphasen betreiben. Hinzufügen von mehr Phasen Es wäre viel schwieriger, 3-Phasen-Geräte oder mehr hinzuzufügen.