Wieso UNBEDINGT 3 Phasen beim Drehstrom?
Hallo,
für mich stellt sich die Frage, wieso die Phasen aus 3 bestehen und nicht beispielsweise 4, 5 oder sogar 6.
Weil es ist ja genormt.
Welche genaue Bedeutung haben die, um 120 Grad verschobene Phasen?
7 Antworten
Das ist geschichtlich und praktisch bedingt. Aber überhaupt nicht unbedingt nötig.
Die Praxis sind vor allem die Antriebstechnik und die Energieübertragungstechnik.
Um Maschinen antreiben zu können, muss man ein Drehfeld haben.
- Mit mechanisch kommutierten Motoren (DC) braucht man "gar keine Phase", bzw. man erzeugt sie (das Umpolen) eben durch den Stromwender. Meist sind hierbei auch beide Seiten (Stator und Rotor) magnetisiert. (Permanentmagnetmotoren)
- Bei AC geht 1 Phase meist nicht, weil der Motor im dümmsten Fall nur hin und her zittert (ausser er wird angeworfen und Frequenz und Drehzahl/Trägheit stimmen grad zufällig überein, geht mit Fahraddynamos zum Teil)
- Wenn man nicht beidseitig magnetische Felder generieren kann oder will (bürstenlose Motoren) braucht es entweder elektronische Kommutierung oder den Trick mit dem Schlupf
- 2 Phasen reichen eigentlich schon für ein Drehfeld; die Magnetpole sind dann um 90 Grad verschoben. Das macht man beim Kondensatormotor so, aber aus einer Phase. Mit zwei Phasen bräuchte man auch schon 3 Zuleitungen, eine gemeinsame für beide Spulen und noch je eine für die andern Enden der Spulen. Man kann es auch mit einem Permanentmagneten machen, dann hat man etwas wie einen Schrittmotor oder Teslamotor:
- um alles symmetrisch und dennoch möglichst einfach zu haben, teilt man den Kreis eben in 3 Teile, das ergbit die 120 Grad, die drei Pole, 3 Spulen, 3 gleichartige Leitungen und damit die drei Phasen.
- mehr als 3 ist zwar möglich und lustig, aber einfach unnötig. Mit 3 hat man alles, was es braucht; "weiche" Rotation, keine Kummutierung, Motor und Generator gleichermassen realisierbar, Energieübertragung der drei Phasen mit nur 3 Leitungen, Transformierbarkeit der 3 Phasen, zwei verschiedene Spannungen im Netz (falls der Sternpunkt eingeführt wird) - es ist einfach das A und O der Energie- und Antriebstechnik.
Mit drei Phasen erreich man ein gutes magnetisches Drehfeld.
Im Genrator sind drei Spulen im Kreis angebracht die um 120° versetzt sind. In jeder wird eine Spannung induziert die um 120° versetz ist.
Es gibt auch 5-Phasen-Systeme.
Die Vorteile daraus rechtfertigen den immensen Mehr-Aufwand im Vergleich zum Drehstrom nicht. Diese Untersuchungen waren mehr akademischer Natur.
Eine gerade Zahl verbietet sich, wenn du einmal darüber nachdenkst.
Einfachste Antwort:
In einem 3-Phasensystem (wie wir es haben) ist bei Antrieb eines Drehstrommotors mit konstantem Moment und konstanter Drehzahl der Leistungsfluss glatt ohne jedwede Welligkeit und konstant.
Deshalb kann man es sowohl generatorisch auf der Kraftwerksseite gut umsetzen als auch auf der Verbraucherseite gut nutzen.
Bei symmetrischer Last ist das Drehmoment an der Welle einer 3-phasen Maschine zeitlich konstant. Es wird zu jedem Zeitpunkt die selbe Leistung übertragen.
Bei einem zweiphasigen System ist das nicht möglich, weshalb Lagerkräfte auftreten (Unwucht).
Mehr als drei Phasen wären aber wiederum unwirtschaftlich, da man ja statt 3 Leitern 6 Leiter benötigte.
Ich denke mal die Frage wurde durch die anderen Antworten schon beantwortet.
Aber nochmal als kleiner Denkanstoß.
Klar würde das mit 3,6,9 u.s.w. Gehen aber stell dir mal nicht nur die üblichen leitungsquerschnitte vor sondern in der Industrie oder beim Energieversorger, wo du mal schnell eine 95mm Quadrat Leitung brauchst. Wenn du bei 3 Phasen 5x 95mm Quadrat Leitung legen musst, ist das schon ein ordentlicher Brummer. Stell dir jetzt mal vor wie dick die Leitung bei 12 Phasen 14x95mm Quadrat Adern oder nach mehr wäre. Der Aufwand und die Rohstoffpreise währen einfach viel zu hoch.
In der Theorie ja, da die Last auf mehr Phasen verteilt wird in der Praxis müsstest du dennoch davon ausgehen das die Phasen Asymmetrisch belastet werden können. Grade in der Industrie läuft vieles nicht so akkurat und richtig ab wie es sein sollte(viele Köche verderben den Brei). Letztens hatten wir eine Drehstrom Leitung gefunden wo Spannung auf dem Ende mit den Pinnen lag…
Zugegeben wäre es mit der Leitungsdicke nicht so extrem wie von mir geschildert. Sollte auch nur ein Denkanstoß sein. Aber dennoch wäre das Volumen des benötigten Kupfers höher und damit mit Höheren kosten, Gewicht und Mehraufwand verbunden.
Das stimmt nicht so ganz, bei mehr als 3 Phasen würden sich die Querschniitte nach unten verringern.