Многофазная система (термин, придуманный Сильванусом Томпсоном ) — это средство распределения электрической энергии переменного тока (AC) , в котором используется более одной фазы переменного тока , что относится к значению смещения фазы (в градусах) между переменным током в нескольких проводящих проводах; фазы также могут относиться к соответствующим клеммам и проводникам, как это указано в цветовых кодах . Многофазные системы имеют два или более электрических проводника под напряжением , по которым течет переменный ток с определенной фазой между волнами напряжения в каждом проводнике; В ранних системах использовалась 4-проводная двухфазная система с фазовым углом 90 ° [1] , но для трехфазного напряжения фазовый угол составляет 120 ° или 2π/3 радиан, как математически показал Михаил Доливо-Добровольский, это уменьшает колебания магнитного поля. от 40% до всего лишь 15%. Многофазные системы особенно полезны для передачи мощности электродвигателям , вращение которых зависит от переменного тока. Наиболее распространенным примером является трехфазная система питания, используемая для промышленного применения и для передачи электроэнергии . По сравнению с однофазной двухпроводной системой трехфазная трехпроводная система передает в три раза больше мощности при том же размере проводника и напряжении.
Системы с более чем тремя фазами часто используются для систем выпрямления и преобразования энергии и изучались для передачи энергии.
На заре коммерческой электроэнергетики в некоторых установках использовались двухфазные четырехпроводные системы для двигателей. Главным их преимуществом было то, что конфигурация обмоток была такой же, как и у однофазного двигателя с конденсаторным пуском, а благодаря использованию четырехпроводной системы концептуально фазы были независимыми и их было легко анализировать с помощью математических инструментов, доступных в то время. [2]
Двухфазные системы также могут быть реализованы с использованием трех проводов (два «горячих» плюс общая нейтраль). Однако это вносит асимметрию; падение напряжения в нейтрали приводит к тому, что фазы расходятся не точно на 90 градусов.
Двухфазные системы были заменены трехфазными системами. Двухфазное питание с углом между фазами 90 градусов можно получить из трехфазной системы с использованием трансформатора, подключенного по Скотту .
Многофазная система должна обеспечивать определенное направление вращения фаз, поэтому напряжения зеркального отображения не учитываются при определении порядка фаз. Трехпроводная система с двумя фазными проводами, расположенными на расстоянии 180 градусов друг от друга, по-прежнему остается только однофазной. Такие системы иногда называют расщепленными фазами .
Многофазная мощность особенно полезна в двигателях переменного тока , таких как асинхронные двигатели , где она генерирует вращающееся магнитное поле . Когда трех- или более фазный источник питания завершает один полный цикл, магнитное поле двухполюсного двигателя поворачивается на 360 ° в физическом пространстве; двигателям с более чем двумя полюсами на фазу требуется больше циклов подачи питания для совершения одного физического оборота магнитного поля, и поэтому эти двигатели работают медленнее. Асинхронные двигатели , использующие вращающееся магнитное поле, были независимо изобретены Галилео Феррарисом и Николой Тесла и разработаны в трехфазной форме Михаилом Доливо-Добровольским в 1889 году . и характеристики, непригодные для работы в сети переменного тока. Многофазные двигатели просты в конструкции, являются самозапускающимися и имеют меньшую вибрацию по сравнению с однофазными двигателями.
Как только появится многофазная мощность, ее можно преобразовать в любое желаемое количество фаз с помощью подходящего расположения трансформаторов. Таким образом, потребность в более чем трех фазах является необычной, но использовалось большее количество фаз, чем три.
В период с 1992 по 1995 год компания New York State Electric & Gas эксплуатировала 6-фазную линию электропередачи напряжением 93 кВ протяженностью 1,5 мили, преобразованную из двухцепной трехфазной линии электропередачи напряжением 115 кВ. Основной результат заключался в том, что экономически выгодно эксплуатировать существующую двухцепную трехфазную линию напряжением 115 кВ как шестифазную на расстояниях более 23–28 миль. [4]
Были предложены конструкции многофазной генерации электроэнергии с 5, 7, 9, 12 и 15 фазами в сочетании с многофазными индукционными генераторами (MPIG), приводимыми в движение ветряными турбинами. Асинхронный генератор производит электроэнергию, когда его ротор вращается быстрее синхронной скорости . Многофазный асинхронный генератор имеет больше полюсов, а значит и меньшую синхронную скорость. Поскольку скорость вращения ветряной турбины может быть слишком низкой для значительной части ее работы по выработке однофазной или даже трехфазной мощности переменного тока, более высокие порядки фаз позволяют системе улавливать большую часть энергии вращения в виде электроэнергии. . [ нужна цитата ]
Передача мощности высокого фазового порядка (HPO) часто предлагалась как способ увеличения пропускной способности в пределах полосы отвода ограниченной ширины . [5] Требуемое расстояние между проводниками определяется межфазным напряжением, а шестифазная мощность имеет то же напряжение между соседними фазами, что и между фазой и нейтралью. Однако напряжения между несмежными фазовыми проводниками увеличиваются по мере увеличения разницы между фазовыми углами проводников. Проводники можно расположить так, чтобы несмежные фазы располагались дальше друг от друга, чем соседние фазы.
Это позволяет существующей двухцепной линии электропередачи передавать больше мощности с минимальными изменениями в существующей кабельной системе. Это особенно экономично, когда альтернативой является модернизация существующей линии электропередачи сверхвысокого напряжения (СВН, более 345 кВ между фазами) до стандартов сверхвысокого напряжения (СВН, более 800 кВ).
Напротив, трехфазная мощность имеет междуфазное напряжение, равное √ 3 = 1,732 раз больше междуфазного напряжения.