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交流电为什么是3相

作者:未知     文章来源:互联网    更新时间:2010年08月21日     
内容预览

三相交流电是与输电技术的发展紧密相连的。
1873年维也纳国际博览会法国弗泰内,使用2km的导线,把一台用瓦斯发动机拖动的格兰姆直流发电机,和一台转动水泵的电动机连接起来。
1874年,俄国皮罗茨基建立了输送功率为4.5kW的直流输电线路,输送距离一开始是50m,后来增加到1km。然后就开始向高压输电发展了。
一开始是直流输电,但想要传输更远的距离,就必须再提高电压。在当时的条件下,直流输电没条件了:发电机电压受限制、直流没有变压器等等。后来还发生过一场交流、直流输电之争。


可见,从交流输电一开始,并不是三相的,呵呵。1832年,人们就发明了单相交流发电机。1876年、1884年、1885年,单相变压器得到了发展。问题在于应用交流电驱动工作机械。

交流感应电动机的出现,与“旋转磁场”这个研究紧密相连。1825年,1879年,1883年都是旋转磁场发展的节点,1885年,弗拉利斯制成了第一台两相感应电动机;1888年他又提出了“利用交流电来产生电动旋转”这一经典论文。

1888年俄国多布罗斯基发明了三相交流制和效率很高的三相异步电动机,交流输电的优越性体现出来了。1891年8月25日,第一条三相交流高压输电线投运,总长175km。发电机是230kVA,95V,变压器是200kVA、95/15200,线路末端是两座13800/112V降压变电所。

说到优点:与单相、两相系统比,三相输电系统效率比较高、用铜节省;三相电机的性能、效率和材料利用比单相、两相的好。

说为什么是三相的?上面已经讲了发展历史。为什么不是四相的?因为三相的出现后,就把市场霸占了……各种理论全围绕它进行。没人搞四相的,呵呵。相数越多,就越复杂,从上面能看出来,最主要的是应用。

 

 

下面就三相交流电为什么是三相再补充几点:

1.问题的出处:据说(未考证)这个问题是清华大学电机系一教授在研究生考试时出的考题“为什么电力系统是三相?”,考生自然是没有回答出来,后来被某位人士当作抨击中国教育体制的素材引用。楼主是看到了这了素材加以提问还是灵感突发想到的并不是很重要了,只要确定是一个好问题就可以了,值得思考。

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。

 

 

偶然见到一个帖子,确实是清华大学一位教授出的考题。不论原作者用意如何、观点怎样,拿来一读吧。

[转帖]为何交流电是三相----兼论中国的教育
      
  虽然过去10多年了,可我总记得清华大学电机系研究生考试时某教授出的一道考题:“为什么电力系统是三相?”

  我先不说答案吧,各位读者不管你是什么“士”,准保把你难住!今年我去美国,有一位同事是MIT电机系毕业的,我问他这个问题,把他也考住了;他的回答是:“我不知道。这只是一种惯例吧!”

  这位出题的教授应该很满意了吧。可是细细想来,总让人有一种悲哀的感觉。你想一想我们的小学,中学,大学教育,这种钻牛角尖的内容是不是太多了。仅略举数枚:

  小学时,我们老要背:“已知一个数的几分之几是多少,求这个数用除法。”当时总不理解,老师也讲不清,只好让学生背下来。其实列一个方程,一目了然。既然如此,为什么让学生花那么多的时间从另一个角度去理解一个原本很简单的概念呢?

  到了中学,开始学平面几何,为了证明线段相等,拐弯抹角的引辅助线。我敢断言,大部份学生到了中学对学习数学失去兴趣和信心跟平面几何有很大关系。可是,我想问一下读者朋友,你认为中学的平面几何跟你现在的工作有关系吗?其实,为什么要引辅助线?建一个坐标系算一算它们的长度然后比较不是一个更直接的方法吗?其实在科技工作中,解析几何比平面几何不知有用多少倍!

在探索科技未知领域的过程中,谁也没规定必须用什么办法才算对,不管什么办法谁能解决问题谁就有本事。所以说,那些千年前古人作智力游戏的东西,不幸成为二十世纪中国学生的梦魇,实在是可悲!

  再说学英语,学生至少有一半的时间在背语法条文。为了应付考试,我们花许多的时间背成语及词组固定搭配(因为考试老考它)。结果中国学生语法特好,却不会日常会话。我读大学时,我的英语老师忿忿不平地讲:“现在的托福考试对英语教学干扰太大了。学生本校考试不及格,托福却考了600多分。”

中国式钻牛角尖的考试发展到了走火入魔的地步。难道美国人举办的英语考试不能测出学生的英语水平,全世界应该参加清华的英语考试不成?其中的道理很值得回味。托福考试考学生的语法常识,考常用的单词,成语不考,固定搭配不考。所以中国学生一上去,语法就考个满分。国内的考试出发点是如何难住考生,所以考的是那些刁钻古怪,最不常用的东西。

  1984年高考物理题有一道是这样出的:“试估算地球周围大气的质量。”如果用这道题去考美国学生,10个有9个答不出来。但这并不影响美国人写出世界上最好的软件,设计出世界上最好的飞机,最精确的导弹。

  中国的教育制度是一种优中选优(其实未必优)的制度,绝大部份的学生小小年级即屡尝失败的滋味,直至最终被淘汰。

千百年来,中国的文人学者钻入故纸堆里为古书作注,皓首穷经。如今的知识分子钻入几百年前的科学典籍中拾漏补缺,且把大批的年轻人变成他们那样暮气沉沉,这两者本质无异。前者的大错已经铸就。而后者我看实在是一种犯罪行为!

 

再转一篇:戏说.......

这个问题俺在上高中时就明白
古人云:"一而再,再而三".就是这个道理,刚一开始,人们发现有一种东西叫电,一根塑料橡胶自慰器在X毛上一擦,这一根棒就产生了静电(据说,这是静电是这样被发现的),此谓"一",后来,懂了电,知道了阴阳两极,这就是"二(再)"明了正负极,人们使用直流电机,但是要有磁铁,还要用电刷,电刷易坏等缺点.于是就开始使用交流电机,这样不用磁铁,只用钱圈和和转子,不用电刷了,.最主要的是,用三相交流电,可以产生相差,对三个线包同进提供不同相位的交流电,这样可以在线圈子和转之间产生力矩.从而形成一个结构简单且不易坏的三相电机.而两相交流电只能供一个线包同一相位的交流电(当然也为办法让其供两个线包两个相位,但这样较麻烦),这样三相交流电就开始运用了,如果用四相,当然也可以,不过,你想,那样电力传输起来不就多用一根线吗,要是100相也可以,但那得多用多少根线呀.所以,就选中了用三根线的三相供电系统了.些之谓"三".

当然了,古人也说了"十而百,百而千,千而万"所以现在电子学里集成电路成千上万个晶体管也不足为奇了.

我相清华大学的教授也不知道此题的真正答案为三字经中的两句: "一而再,再而三",我上小学时就学过三字经,想起什么"士"呀的,都不如俺这老土,因为士头重脚轻,不像俺老土,根基宽厚.

 


单相电路的瞬时功率是脉动的,三相系统传递给外部负载的瞬时功率是恒定的。其它二相、4相、5相等也达不到,故而是三相!!
 

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网友评论
 以下是对 [交流电为什么是3相] 的评论,总共:5条评论
匿名 游客:匿名  2011-9-27 5
前面说的挺好,后面有“扯淡”的嫌疑,为啥清华大学教授问三相电就是钻牛角尖了?这难道不应该是学生应该弄清楚的问题吗?
匿名 游客:匿名  2011-4-6 4
最后一句有问题,除了3相,2、4、5、6、。。。任意相,只要对称,就能传递恒定的瞬时功率!
孝孝 会员:孝孝  2010-12-31 3
呵呵……学习了!谢谢!
songwsh 会员:songwsh  2010-10-14 2
从一开如始学电就被这个问题困扰,今天终于明白了,非常感谢!!!
l-hu7851 会员:l-hu7851  2010-9-2 1
支持一下!

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