為什么電力系統(tǒng)采用三相制

為什么電力系統(tǒng)采用三相制?技術(shù):1、因?yàn)榘l(fā)電機(jī)是三相的，那發(fā)電機(jī)為什么是三相?那就要從發(fā)電機(jī)最開始的設(shè)計(jì)來說，如果讓我們來設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)，我們會(huì)考慮什么?(假設(shè)大家都有基本的高中物理知識(shí)，知道發(fā)電機(jī)的核心原件就是一個(gè)矩形導(dǎo)體框切割磁力線從而產(chǎn)生電流，在一個(gè)圓周上放N個(gè)矩形框就是N相)，我的考慮點(diǎn)有:1.發(fā)電機(jī)中的空間利用率(N越大越好)2.發(fā)電機(jī)中的同樣材料(銅)的發(fā)電效率(N越大越好)3.發(fā)電機(jī)中的每個(gè)相位之間的穩(wěn)定性和波動(dòng)性。(N越大越好)4.輸電線所需要的材料。(N越小越好)5.發(fā)電，輸電，用電等一系列環(huán)節(jié)的設(shè)備復(fù)雜程度。(N越小越好)由此可知，太大也不行，太小也不行，怎么辦?最終通過人量的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐證明N=3才是最好的平衡點(diǎn)。2、三相是交流電在不使用輔助設(shè)備能產(chǎn)生“穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)”的最小相數(shù)，這點(diǎn)最重要的。3、二相交流電相位互差1200，相較于四相等其它相，二相中任意兩相之間的線壓相同，使其較之單相交流電有很多優(yōu)點(diǎn)，已在發(fā)電、輸配電以及電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能方面都有明顯的優(yōu)越性。經(jīng)濟(jì):1、采用三相是和成本自接相關(guān)的，相數(shù)越多，電力生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)某杀驹礁?，但如果采用兩相的話，為保證兩相穩(wěn)定運(yùn)行的成本也很高，于是乎，現(xiàn)在實(shí)際使用中的“交流電，’k卜是二相的。2、制造三相發(fā)電機(jī)、變壓器較制造單相發(fā)電機(jī)、變壓器省材料，而且構(gòu)造簡(jiǎn)單、性能優(yōu)良。又如，用同樣材料所制造的三相電機(jī)，其容量比單相電機(jī)大500/0，三相旋轉(zhuǎn)電機(jī)的瞬時(shí)功率是恒定的，其瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩也是恒定的，運(yùn)轉(zhuǎn)就比較平穩(wěn);在輸送同樣功率的情況下，三相輸電線較單相輸電線，可節(jié)省有色金屬25%，而目電能損耗較單相輸電時(shí)少。3、使用4相、5相、6相不可以嗎?當(dāng)然可以。使用更多相時(shí)會(huì)使發(fā)電、輸配電及用電環(huán)節(jié)變得復(fù)雜，輸電線路根數(shù)要增加，發(fā)電機(jī)、變壓器、電動(dòng)機(jī)等設(shè)備也趨于復(fù)雜化，增加制造成本，當(dāng)然大容量設(shè)備假定使用四相交流電單從設(shè)備制造上也許會(huì)更合理，但電網(wǎng)就不同了。另外三相不平衡己經(jīng)引起很多問題了，相數(shù)多了會(huì)引起更多的問題。為什么電力系統(tǒng)采用三相制?技術(shù):1、因?yàn)榘l(fā)電機(jī)是三相的，那發(fā)電機(jī)為什么是三相?那就要從發(fā)電機(jī)最開始的設(shè)計(jì)來說，如果讓我們來設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)，我們會(huì)考慮什么?(假設(shè)大家都有基本的高中物理知識(shí)，知道發(fā)電機(jī)的核心原件就是一個(gè)矩形導(dǎo)體框切割磁力線從而產(chǎn)生電流，在一個(gè)圓周上放N個(gè)矩形框就是N相)，我的考慮點(diǎn)有:1.發(fā)電機(jī)中的空間利用率(N越大越好)2.發(fā)電機(jī)中的同樣材料(銅)的發(fā)電效率(N越大越好)3.發(fā)電機(jī)中的每個(gè)相位之間的穩(wěn)定性和波動(dòng)性。(N越大越好)4.輸電線所需要的材料。(N越小越好)5.發(fā)電，輸電，用電等一系列環(huán)節(jié)的設(shè)備復(fù)雜程度。(N越小越好)由此可知，太大也不行，太小也不行，怎么辦?最終通過人量的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐證明N=3才是最好的平衡點(diǎn)。2、三相是交流電在不使用輔助設(shè)備能產(chǎn)生“穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)”的最小相數(shù)，這點(diǎn)最重要的。3、二相交流電相位互差1200，相較于四相等其它相，二相中任意兩相之間的線壓相同，使其較之單相交流電有很多優(yōu)點(diǎn)，已在發(fā)電、輸配電以及電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能方面都有明顯的優(yōu)越性。經(jīng)濟(jì):1、采用三相是和成本自接相關(guān)的，相數(shù)越多，電力生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)某杀驹礁?，但如果采用兩相的話，為保證兩相穩(wěn)定運(yùn)行的成本也很高，于是乎，現(xiàn)在實(shí)際使用中的“交流電，’k卜是二相的。2、制造三相發(fā)電機(jī)、變壓器較制造單相發(fā)電機(jī)、變壓器省材料，而且構(gòu)造簡(jiǎn)單、性能優(yōu)良。又如，用同樣材料所制造的三相電機(jī)，其容量比單相電機(jī)大500/0，三相旋轉(zhuǎn)電機(jī)的瞬時(shí)功率是恒定的，其瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩也是恒定的，運(yùn)轉(zhuǎn)就比較平穩(wěn);在輸送同樣功率的情況下，三相輸電線較單相輸電線，可節(jié)省有色金屬25%，而目電能損耗較單相輸電時(shí)少。3、使用4相、5相、6相不可以嗎?當(dāng)然可以。使用更多相時(shí)會(huì)使發(fā)電、輸配電及用電環(huán)節(jié)變得復(fù)雜，輸電線路根數(shù)要增加，發(fā)電機(jī)、變壓器、電動(dòng)機(jī)等設(shè)備也趨于復(fù)雜化，增加制造成本，當(dāng)然大容量設(shè)備假定使用四相交流電單從設(shè)備制造上也許會(huì)更合理，但電網(wǎng)就不同了。另外三相不平衡己經(jīng)引起很多問題了，相數(shù)多了會(huì)引起更多的問題。

三相交流電在交流電機(jī)定子繞組中可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，而且這個(gè)磁場(chǎng)是穩(wěn)定的具有固定旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，4、5、6...能產(chǎn)生更穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，但是那樣會(huì)增加變電設(shè)備和動(dòng)力的成本。

2、單相電機(jī)的瞬時(shí)功率是變化的，而三相電機(jī)瞬時(shí)功率是不變的，就等于平均功率。從而電機(jī)轉(zhuǎn)矩恒定，運(yùn)行穩(wěn)定，噪聲小等等。

主要是交流電機(jī)方面的知識(shí)吧，正在痛苦的補(bǔ)電機(jī)中。。。首先，要在不使用使用輔助設(shè)備的情況下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)必須至少三相供電，三相交流電在交流電機(jī)定子繞組中可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，而且這個(gè)磁場(chǎng)是穩(wěn)定的具有固定旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，4、5、6...能產(chǎn)生更穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，但是那樣會(huì)增加變電設(shè)備和動(dòng)力的成本。而正交排列的兩相系統(tǒng)也能構(gòu)成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，但是不具有固定的旋轉(zhuǎn)方向（是不是這樣，回去后好好研究下），這會(huì)造成電機(jī)極距下線圈無法均布，從而不但降低了電機(jī)容量，還會(huì)產(chǎn)生主磁場(chǎng)的嚴(yán)重崎變。

此外，三相供電系統(tǒng)具有很多優(yōu)點(diǎn)，為各國(guó)廣泛采用。在發(fā)電方面，相同尺寸的三相發(fā)電機(jī)比單相發(fā)電機(jī)的功率大，在三相負(fù)載相同的情況下，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩恒定，有利于發(fā)電機(jī)的工作；在傳輸方面，三相系統(tǒng)比單相系統(tǒng)節(jié)省傳輸線，三相變壓器比單相變壓器經(jīng)濟(jì)；在用電方面，三相電容易產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)使三相電動(dòng)機(jī)平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)。

為什么交流電源是正弦波呢？因?yàn)榍懈畲鸥芯€的導(dǎo)線圈的有效面積的變化率符合正弦曲線，這就決定了交流電源是正弦波，這個(gè)和彈簧陣子的規(guī)律是一樣的。

為什么我國(guó)采用50Hz交流電？50Hz或60Hz（美國(guó)、日本等國(guó)家采用）也是在考慮綜合成本的情況下確定的，頻率太低，電力轉(zhuǎn)換成動(dòng)力的效率就會(huì)太低，頻率太高，變壓設(shè)備的損耗會(huì)增加以及遠(yuǎn)程輸電的功率因數(shù)會(huì)下降。50赫的兩極發(fā)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速是3000轉(zhuǎn)/分，而如果頻率上升一倍達(dá)到100赫，那么同步轉(zhuǎn)速將會(huì)是6000轉(zhuǎn)/分。如此高的速度將會(huì)給發(fā)電機(jī)的制造帶來很多問題，特別是轉(zhuǎn)子表面的線速度太高，必將大大限制容量的增加。另外，從使用角度看，頻率過高，使得電抗增加，電磁損耗大，加劇了無功的數(shù)量。譬如以三相電機(jī)為例，其電流大大下降，輸出功率及轉(zhuǎn)矩也大大下降，實(shí)在沒有益處。另外，如果采用較低的頻率譬如30赫，變壓效率低，那么將不利于交流電的變壓和傳輸。交流電在中國(guó)以220V50HZ接入送電，他的50HZ頻率，可以使用普通的工頻變壓器（則一般的變壓器）進(jìn)行變壓，比較方便，而直流電想變壓，則需要用開關(guān)電源，而開關(guān)電源相當(dāng)貴，所以對(duì)于電網(wǎng)公司來說，投入太大了。

但是，為什么超高壓，比如遠(yuǎn)距離送電，跨省的這些，都是直流輸送？因?yàn)橹绷鬏斔涂梢愿痈咝У睦脤?dǎo)線的有效面積，主要是交流電存在感抗而影響效率的。但直流送電一般只用在遠(yuǎn)距離，比如西電東送，這樣總體上看可以更加節(jié)約成本，但是兩端需要建設(shè)整流設(shè)備以及逆變?cè)O(shè)備將交流變?yōu)橹绷饕约皩⒅绷髯優(yōu)榻涣鞑⒕W(wǎng)。所以如果是短距離傳輸，則成本太高了。適合長(zhǎng)距離傳輸或者作為非同步聯(lián)網(wǎng)背靠背直流輸電（扯遠(yuǎn)了，有興趣請(qǐng)自行研究）2.為什么是三相？是電力的輸送及使用過程中的技術(shù)合理性與節(jié)省設(shè)備投資的綜合平衡結(jié)果。原因如下：a）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)：三相是交流電在不使用輔助設(shè)備能產(chǎn)生“穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)”的最小相數(shù)，這點(diǎn)最重要，有了旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)其它的事情就好理解了......。也許有人說了不對(duì)，家用電器都用單相，沒有旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)小電機(jī)怎么會(huì)轉(zhuǎn)？其實(shí)家用電器是利用通過電容時(shí)電流相位超前的特性從單相電源分出來一相與原來的一相產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，這點(diǎn)不符合上述條件吧？--不使用輔助設(shè)備能產(chǎn)生“穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)”b）三相交流電相位互差120°，任意兩相之間的線壓相同，使其較之單相交流電有很多優(yōu)點(diǎn)，它在發(fā)電、輸配電以及電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能方面都有明顯的優(yōu)越性。例如：制造三相發(fā)電機(jī)、變壓器都較制造單相發(fā)電機(jī)、變壓器省材料，而且構(gòu)造簡(jiǎn)單、性能優(yōu)良。又如，用同樣材料所制造的三相電機(jī)，其容量比單相電機(jī)大50%，三相旋轉(zhuǎn)電機(jī)的瞬時(shí)功率是恒定的，其瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩也是恒定的，運(yùn)轉(zhuǎn)就比較平穩(wěn)；在輸送同樣功率的情況下，三相輸電線較單相輸電線，可節(jié)省有色金屬25%，而且電能損耗較單相輸電時(shí)少。c）使用4相、5相、6相...不可以嗎？

當(dāng)然可以。使用更多相時(shí)會(huì)使發(fā)電、輸配電及用電環(huán)節(jié)變得復(fù)雜，輸電線路根數(shù)要增加，發(fā)電機(jī)、變壓器、電動(dòng)機(jī)等設(shè)備也趨于復(fù)雜化，增加制造成本；當(dāng)然大容量設(shè)備假定使用四相交流電單從設(shè)備制造上也許會(huì)更合理，但電網(wǎng)就不同了。另外三相不平衡已經(jīng)引起很多問題了，相數(shù)多了會(huì)不會(huì)更困難？寫道這兒，想到了里想到了另外一個(gè)問題：發(fā)動(dòng)機(jī)的問題，農(nóng)村用的手扶拖拉機(jī)是單缸發(fā)動(dòng)機(jī)，夏利是三缸，桑塔納是四缸。。。。，奔馳寶馬用到了六缸、八缸甚至更多，功率（馬力）越大，使用的缸數(shù)越多。雖然四缸車比較普