为什么电力系统采用三相制.docx

为什么电力系统采用三相制？
技术：1、因为发电机是三相的,那发电机为什么是三相？那就要从发电机最开始的设计来
说，如果让我们来设计发电机，我们会考虑什么?（假设大家都有基本的高中物
理知识,知道发电机的核心原件就是一个矩形导体框切割磁力线从而产生电流，
在一个圆周上放N个矩形框就是N相）,我的考虑点有：
1.发电机中的空间利用率（N越大越好）
2.发电机中的同样材料（铜)的发电效率（N越大越好)
3。发电机中的每个相位之间的稳定性和波动性。（N越大越好）
4。输电线所需要的材料.（N越小越好）
5。发电，输电，用电等一系列环节的设备复杂程度。（N越小越好）
由此可知，太大也不行，太小也不行,怎么办？最终通过人量的实验和实践证明
N=3才是最好的平衡点。
2、三相是交流电在不使用辅助设备能产生“稳定旋转磁场"的最小相数，这点最重
要的。
3、二相交流电相位互差1200，相较于四相等其它相，二相中任意两相之间的线压
相同，使其较之单相交流电有很多优点，已在发电、输配电以及电能转换为机械
能方面都有明显的优越性。
经济:1、采用三相是和成本自接相关的,相数越多,电力生产和运输的成本越高，但如果
采用两相的话，为保证两相稳定运行的成本也很高,于是乎，现在实际使用中的“交
流电，’k卜是二相的。
2、制造三相发电机、变压器较制造单相发电机、变压器省材料，而且构造简单、性
能优良。又如,用同样材料所制造的三相电机，其容量比单相电机大500/0，三相旋转
电机的瞬时功率是恒定的，其瞬时转矩也是恒定的，运转就比较平稳;在输送同样功
率的情况下，三相输电线较单相输电线，可节省有色金属25%，而目电能损耗较单相
输电时少。
3、使用4相、5相、6相不可以吗？当然可以.使用更多相时会使发电、输配电及
用电环节变得复杂,输电线路根数要增加,发电机、变压器、电动机等设备也趋于复
杂化，增加制造成本,当然大容量设备假定使用四相交流电单从设备制造上也许会更
合理，但电网就不同了.另外三相不平衡己经引起很多问题了，相数多了会引起更多
的问题。为什么电力系统采用三相制？
技术：1、因为发电机是三相的，那发电机为什么是三相?那就要从发电机最开始的设计来
说,如果让我们来设计发电机，我们会考虑什么？假设大家都有基本的高中物
理知识，知道发电机的核心原件就是一个矩形导体框切割磁力线从而产生电流，
在一个圆周上放N个矩形框就是N相），我的考虑点有：
1。发电机中的空间利用率（N越大越好）
2.发电机中的同样材料（铜）的发电效率（N越大越好）
3。发电机中的每个相位之间的稳定性和波动性。（N越大越好）
4.输电线所需要的材料。（N越小越好）
5。发电，输电，用电等一系列环节的设备复杂程度。（N越小越好）
由此可知,太大也不行，太小也不行，怎么办?最终通过人量的实验和实践证明
N=3才是最好的平衡点.
2、三相是交流电在不使用辅助设备能产生“稳定旋转磁场"的最小相数，这点最重
要的.
3、二相交流电相位互差1200,相较于四相等其它相，二相中任意两相之间的线压
相同,使其较之单相交流电有很多优点，已在发电、输配电以及电能转换为机械
能方面都有明显的优越性。
经济：1、采用三相是和成本自接相关的，相数越多，电力生产和运输的成本越高,但如果
采用两相的话，为保证两相稳定运行的成本也很高，于是乎，现在实际使用中的“交
流电，’k卜是二相的.
2、制造三相发电机、变压器较制造单相发电机、变压器省材料，而且构造简单、性
能优良.又如，用同样材料所制造的三相电机，其容量比单相电机大500/0，三相旋转
电机的瞬时功率是恒定的，其瞬时转矩也是恒定的，运转就比较平稳;在输送同样功
率的情况下,三相输电线较单相输电线，可节省有色金属25%,而目电能损耗较单相
输电时少。
3、使用4相、5相、6相不可以吗?当然可以。使用更多相时会使发电、输配电及
用电环节变得复杂，输电线路根数要增加，发电机、变压器、电动机等设备也趋于复
杂化，增加制造成本，当然大容量设备假定使用四相交流电单从设备制造上也许会更
合理,但电网就不同了。另外三相不平衡己经引起很多问题了，相数多了会引起更多
的问题。
1、 三相交流电在交流电机定子绕组中可以产生旋转磁场,而且这个磁场是稳定的具有固定旋转方向的旋转磁场，4、5、6.。。能产生更稳定的旋转磁场，但是那样会增加变电设备和动力的成本。
2、单相电机的瞬时功率是变化的,而三相电机瞬时功率是不变的，就等于平均功率。从而电机转矩恒定,运行稳定，噪声小等等。
主要是交流电机方面的知识吧，正在痛苦的补电机中。。
首先,要在不使用使用辅助设备的情况下产生旋转磁场必须至少三相供电，三相交流电在交流电机定子绕组中可以产生旋转磁场，而且这个磁场是稳定的具有固定旋转方向的旋转磁场，4、5、6。。.能产生更稳定的旋转磁场，但是那样会增加变电设备和动力的成本.而正交排列的两相系统也能构成旋转磁场,但是不具有固定的旋转方向（是不是这样，回去后好好研究下）,这会造成电机极距下线圈无法均布，从而不但降低了电机容量，还会产生主磁场的严重崎变.

此外，三相供电系统具有很多优点，为各国广泛采用。在发电方面，相同尺寸的三相发电机比单相发电机的功率大，在三相负载相同的情况下,发电机转矩恒定，有利于发电机的工作；在传输方面,三相系统比单相系统节省传输线，三相变压器比单相变压器经济；在用电方面,三相电容易产生旋转磁场使三相电动机平稳转动.

为什么交流电源是正弦波呢？因为切割磁感线的导线圈的有效面积的变化率符合正弦曲线，这就决定了交流电源是正弦波，这个和弹簧阵子的规律是一样的.

为什么我国采用50Hz交流电？50Hz或60Hz（美国、日本等国家采用)也是在考虑综合成本的情况下确定的,频率太低,电力转换成动力的效率就会太低，频率太高,变压设备的损耗会增加以及远程输电的功率因数会下降。50赫的两极发电机的同步转速是3000转/分，而如果频率上升一倍达到100赫，那么同步转速将会是6000转/分。如此高的速度将会给发电机的制造带来很多问题，特别是转子表面的线速度太高，必将大大限制容量的增加。另外，从使用角度看,频率过高，使得电抗增加，电磁损耗大，加剧了无功的数量。譬如以三相电机为例,其电流大大下降,输出功率及转矩也大大下降,实在没有益处。另外,如果采用较低的频率譬如30赫，变压效率低,那么将不利于交流电的变压和传输。交流电在中国以220V 50HZ接入送电，他的50HZ频率，可以使用普通的工频变压器（则一般的变压器）进行变压，比较方便,而直流电想变压，则需要用开关电源,而开关电源相当贵,所以对于电网公司来说，投入太大了。

但是，为什么超高压，比如远距离送电，跨省的这些，都是直流输送?因为直流输送可以更加高效的利用导线的有效面积，主要是交流电存在感抗而影响效率的。但直流送电一般只用在远距离，比如西电东送，这样总体上看可以更加节约成本，但是两端需要建设整流设备以及逆变设备将交流变为直流以及将直流变为交流并网。所以如果是短距离传输，则成本太高了。适合长距离传输或者作为非同步联网背靠背直流输电（扯远了，有兴趣请自行研究）
2。为什么是三相？是电力的输送及使用过程中的技术合理性与节省设备投资的综合平衡结果.原因如下：
a)旋转磁场：三相是交流电在不使用辅助设备能产生“稳定旋转磁场”的最小相数，这点最重要，有了旋转磁场其它的事情就好理解了.。...。。也许有人说了不对，家用电器都用单相，没有旋转磁场小电机怎么会转?其实家用电器是利用通过电容时电流相位超前的特性从单相电源分出来一相与原来的一相产生旋转磁场，这点不符合上述条件吧？—-不使用辅助设备能产生“稳定旋转磁场”
b）三相交流电相位互差120°,任意两相之间的线压相同，使其较之单相交流电有很多优点，它在发电、输配电以及电能转换为机械能方面都有明显的优越性。例如：制造三相发电机、变压器都较制造单相发电机、变压器省材料，而且构造简单、性能优良。又如,用同样材料所制造的三相电机，其容量比单相电机大50%，三相旋转电机的瞬时功率是恒定的，其瞬时转矩也是恒定的，运转就比较平稳；在输送同样功率的情况下，三相输电线较单相输电线,可节省有色金属25％，而且电能损耗较单相输电时少.
c）使用4相、5相、6相。。。不可以吗?

当然可以.使用更多相时会使发电、输配电及用电环节变得复杂,输电线路根数要增加，发电机、变压器、电动机等设备也趋于复杂化，增加制造成本；当然大容量设备假定使用四相交流电单从设备制造上也许会更合理,但电网就不同了。另外三相不平衡已经引起很多问题了，相数多了会不会更困难？
写道这儿,想到了里想到了另外一个问题：发动机的问题，农村用的手扶拖拉机是单缸发动机，夏利是三缸,桑塔纳是四缸。.。.,奔驰宝马用到了六缸、八缸甚至更多，功率（马力）越大，使用的缸数越多。虽然四缸车比较普遍，但也不能否认六缸发动机的合理性吧，当然不同的车可以行驶在同一道路上,可以并存；电网就不同了，只能统一。
d）类似的问题还有频率为什么是50Hz或60Hz？这也是在考虑综合成本的情况下确定的，频率太低电力转换成动力的效率就会太低，频率太高，输变电的损耗会增加以及远程输电的功率因数会下降，选择50Hz、60Hz也是有其道理的。

实际上，现代输电技术还会不断革新.
我记得美国有人研究采用高频电磁波直接传输电能，导体都省了。