ระบบไฟฟ้าทำไมต้องเป็น 3 เฟส
จริงๆแล้วเราสามารถทำไฟฟ้าให้เป็นกี่เฟสก็ได้ แต่เหตุที่เลือกใช้ระบบ 3 เฟสนั้น มีปัจจัยที่สนับสนุนที่พอสรุปได้ตามนี้
1. พิจารณาที่โครงสร้างของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
2. พิจารณาทางสมการไฟฟ้า
3. พิจารณาตามหลักเศรษฐศาสตร์
1) พิจารณาที่โครงสร้างของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
อันนี้ต้องมองลักษณะทางกายภาพ
- โดยปกติกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเฟสเดียว จะมีตัวเหนี่ยวนำเพียงตัวเดียว เมื่อมันหมุน 1รอบ(หมุนเป็นวงกลม) หรือ 1 cycle มันก็จะผลิตกระแสไฟฟ้าที่คาบเวลา 1รอบ ที่ 360 องศา (ถ้าทำให้มันหมุน 50 รอบต่อวินาที ก็จะได้กระแสไฟฟ้าที่ผลิตออกมาที่ 50 Hz)
- ที่นี่เรามามองแบบ 3 เฟสบ้าง การออกแบบ 3 เฟสเขาทำมาก็เพิ่มกำลังงานระบบให้มันสูงขึ้น(ชดเชยกำลังงานช่วงคาบเวลาที่กระแสไฟฟ้าในตัวเหนี่ยวนำลดลง) ในเมื่อต้องกระแสไฟฟ้า 3 เฟส ก็ต้องใช้ตัวเหนี่ยวนำ 3 ตัว การวางตัวเหนี่ยวนำจำเป็นต้องวางตำแหน่งต่างมุมกัน 120 องศา (360 หาร 3) ทั่งนี้เพื่อให้ 1 รอบการหมุน ก็ให้ผลิตกระแสไฟฟ้าต่อเนื่องกันพอดี
- ที่นี้ลองมานึกดูว่า ถ้าเราสมมุติมาวางใหม่ที่มุม 90 องศา จะเกิดอะไร
ให้เฟสแรกทำงานที่ 0 องศา กระแสไฟฟ้าขาลงก็จะไปจบที่ 360 องศา
ให้เฟสที่2 ทำงานที่ 90 องศา กระแสไฟฟ้าขาลงก็ะไปจบที่ 90 องศาใน cycle ถัดไป
ให้เฟสที่3 ทำงานที่ 180 องศา กระแสไฟฟ้าขาลงก็ะไปจบที่ 180 องศาใน cycle ถัดไป
ครบตามเรากำหนดแล้ว แต่ว่ากระแสไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำที่มุม ระหว่าง 270 - 360 ไม่มีการเหนี่ยวนำ ก็จะทำให้กำลังงานในช่วงนี้ลดน้อยลง ถ้าจะสังเกตเห็นว่ากำลังงานเฉลี่ยในทุกคาบของเวลา ก็จะสูงๆต่ำๆ กำลังงานจะไม่คงที่และไม่ต่อเนื่อง คล้ายลักษณะกระพืมวูบวาบ จึงไม่เหมาะสมจ่ายเป็นกำลังงานออกไป
2) พิจารณาทางสมการ
ในที่นี้จะไม่ขอพิสูจน์ละกันเพราะยาวมาก จะยกค่าจริงมาให้ดู
เมื่อกำหนดให้กำลังไฟฟ้าที่ผลิตได้เป็น P
อ้างอิงจากหนังสือ Electric Energy:its generation,transmission and use โดย E. R. LAITHWAITE กับ L. L. FRERIS
McGRAW- HILL
ตาราง 2.2 หน้า38 จะอธิบายไว้ ดังนี้
No. of PHASES CAPACITY FIGURE No. of LINE
1 phase = P
2 phase = 1.414*P
3 phase = 1.5*P
4 phase = 1.53*P
... ......
n phase = 1.57*P (infinity 1.570 infinity)
จะเห็นว่ายิ่งเพิ่มจำนวนเฟสมากขึ้นกำลังไฟฟ้าที่ผลิตได้ก็จะมากขึ้นเท่านั้น แต่จะเห็นว่าพอมากกว่า 3 เฟสขึ้นไปกำลังไฟฟ้าที่ได้ จะเพิ่มขึ้นน้อยมาก
3) พิจารณาตามหลักเศรษฐศาสตร์
จากข้อ 1 และ 2 เมื่อพิจารณาถึงความคุ้มค่าเเล้ว 3 เฟส จึงเหมาะสมที่สุด เพราะถ้าใช้ 4 เฟสมันก็จะเปลืองตัวนำ เปลืองระบบส่งจ่ายอีกใหญ่โต
ไม่คุ้มกับการที่ได้กำลังไฟฟ้าเพิ่มขึ้นมาอีกนิดเดียว
แล้วที่เห็นว่ามีการใช้ไฟฟ้า 1 เฟสตามเครื่องใช้ไฟฟ้าก็เพราะมันไม่ต้องการกำลังไฟฟ้ามากจึงสามารถใช้ไฟฟ้า เฟสเดียวก็พอ อีกทั้งยังประหยัดสาย รวมทั้งลดความยุ่งยากของระบบลงถ้าอุปกรณ์ไฟฟ้าชนิดใดต้องการกำลังไฟฟ้าสูงๆ ก็จะใช้ไฟฟ้า 3 เฟสเเทน
Cr : ห้องไฟฟ้า