Trojfázový prúd. Rozdiely medzi lineárnym a fázovým napätím

Často môžete počuť elektrické siete nazývané trojfázové, dvojfázové alebo menej často jednofázové, ale niekedy tieto pojmy neznamenajú to isté. Aby sme neboli zmätení, poďme zistiť, čím sa tieto siete líšia a čo znamenajú, keď hovoria napr. rozdiely medzi trojfázovým a jednofázovým prúdom.

Jednofázové siete	Dvojfázové siete	Trojfázové siete
Prechod prúdu je možný v uzavretom okruhu. Preto musí byť prúd najprv dodaný do záťaže a potom vrátený späť. Pri striedavom prúde je vodič dodávajúci prúd fázový. Jeho označenie obvodu je L1 (A). Druhý sa nazýva nula. Označenie - N. To znamená, že na prenos jednofázového prúdu musíte použiť dva vodiče. Nazývajú sa fáza a nula. Medzi týmito vodičmi je napätie 220 V.	Dochádza k prenosu dvoch striedavých prúdov. Napätie týchto prúdov je fázovo posunuté o 90 stupňov. Prenášajú prúdy cez dva vodiče: dva fázové a dva neutrálne. Je to drahé. Preto sa teraz nevytvára v elektrárňach a neprenáša sa cez elektrické vedenie.	Prenášajú sa tri striedavé prúdy. Vo fáze sa ich napätie posunie o 120 stupňov. Zdalo by sa, že na prenos prúdu bolo treba použiť šesť vodičov, ale pri „hviezdnom“ zapojení zdrojov sa používajú tri (typ obvodu je podobný latinskému písmenu Y). Tri vodiče sú fázové, jeden je neutrálny. Ekonomický. Prúd sa ľahko prenáša na veľké vzdialenosti. Akýkoľvek pár fázových vodičov má napätie 380 V. Pár fázového vodiča a nuly - napätie 220 V.

Napájanie našich domov a bytov teda môže byť jednofázové alebo trojfázové.

Jednofázové napájanie

Jednofázový prúd je pripojený dvoma spôsobmi: 2-drôtové a 3-drôtové.

• Prvý (dvojvodičový) používa dva vodiče. Jeden vedie fázový prúd, druhý je určený pre neutrálny vodič. Podobným spôsobom sú napájané takmer všetky staré domy postavené v bývalom ZSSR.
• S druhým sa pridá ďalší drôt. Nazýva sa uzemnenie (PE). Jeho účelom je zachrániť ľudský život a zariadenia pred poruchou.

Trojfázové napájanie

Rozdelenie trojfázového prúdu po celom dome sa vykonáva dvoma spôsobmi: 4-vodičové a 5-drôtové.

• Štvorvodičové pripojenie je vytvorené s trojfázovým a jedným neutrálnym vodičom. Po elektrickom paneli sa na napájanie zásuviek a spínačov používajú dva vodiče - jedna z fáz a nula. Napätie medzi týmito vodičmi je 220V.
• Päťvodičové pripojenie - je pridaný ochranný uzemňovací vodič (PE).

V trojfázovej sieti by mali byť fázy zaťažené čo najrovnomernejšie. V opačnom prípade dôjde k fázovej nerovnováhe. Výsledok tohto javu je veľmi katastrofálny a nepredvídateľný pre ľudský život a techniku.

Aké elektrické vedenie v dome závisí od toho, aké elektrické zariadenie môže byť v ňom zahrnuté.

Napríklad uzemnenie, a teda zásuvky s uzemňovacím kontaktom, sú potrebné, keď sú k sieti pripojené:

• vysokovýkonné spotrebiče - chladničky, rúry, ohrievače,
• elektronické domáce spotrebiče - počítače, televízory (je potrebné odstrániť statickú elektrinu),
• zariadenia súvisiace s vodou - jacuzzi, sprchové kabíny (voda je prúdový vodič).

A na napájanie motorov (relevantné pre súkromný dom) je potrebný trojfázový prúd.

Koľko stojí pripojenie jednofázovej a trojfázovej elektriny?

Náklady na spotrebný materiál a inštaláciu zariadení sa tiež plánujú na základe najvýhodnejšieho pripojenia. A ak je ťažké predpovedať náklady na zásuvky, vypínače, lampy (všetko závisí od rozmarov vašej a dizajnérovej fantázie), potom ceny za inštalačné práce sú približne rovnaké. V priemere je toto:

• montáž elektrického panelu, v ktorom sú inštalované ističe (12 skupín) a merač stojí od 80 dolárov
• inštalácia spínačov a zásuviek $ 2-6
• inštalácia reflektorov 1,5-5 USD za jednotku.

Osobne som tiež premýšľal o solárnych paneloch - urobil som malý prieskum na http://220volt.com.ua, teraz sa snažím štruktúrovať svoje myšlienky o tom, ako a čo robiť s ich pripojením...

Pod pojmom „fáza“ sa v energetike zvyčajne rozumie samostatná časť elektrického obvodu viacfázového systému alebo prípadne časový okamih v sínusovom vyjadrení vektorov prúdu alebo napätia.

Hlavnou črtou viacfáz (n) systémy pozostávajú z kombinácie samostatných obvodov s rovnakými elektrickými parametrami EMF, napätia a prúdu, ktoré sú rozmiestnené v čase v rovnakých intervaloch ∆t=T/n vyjadrené aj v hodnotách uhlovej fázy ∆ωt=360/n(v stupňoch) resp ∆ωt=2π/n(v radiánoch).

Trojfázové obvody. V energetike sa používajú tri kombinované elektrické obvody (fázy), n=3. V súlade s tým sú všetky reťaze rozmiestnené o 120 uhlových stupňov. Na ich označenie v súlade s GOST sa používajú:

Veľké latinské písmená A, B, C ako hlavné označenie;
- arabské číslice 1, 2, 3 pre dodatočné označenie;
- veľké latinské písmená R, S, T v medzinárodnom formáte.

Počas prevádzky materská organizácia náhodne vyberie prvú fázu "A", a zvyšok očísluje v poradí prechodu vektorov napätia (u) a aktuálne (i) súradnice severného smeru.

V trojfázovom systéme je zvykom chápať priamu postupnosť ako rotáciu vektorov v bežnej prevádzke A>B>C>A proti smeru hodinových ručičiek. V tomto prípade vektory v obvode B zaostávajú za obvodom A a predbehnite reťaz C o 120°.

Opačná rotácia vektorov v smere hodinových ručičiek sa považuje za opačnú postupnosť.

Fázy vytvorené v systéme je možné kombinovať do jedného okruhu alebo pracovať izolovane, bez vzájomných prepojení. V nespojenom systéme sú veľkosti okamžitého EMF vo fázach oddelené uhlom 120° a striedajú sa podľa schémy A>B>C>A. Ich hodnoty sú opísané vzorcami:

eA = E m sinωt, E A = Ee j0°;
eB=Emsin(cot-120°), EB=Ee-j120°;
eC=Emsin(cot-240°)=Emsin(cot+120°), Ec=Eej120°.

Funkčné grafové diagramy a vektorové výrazy sú vysvetlené zodpovedajúcimi obrázkami.

V nezávislom symetrickom 3-fázovom obvode vždy platí pravidlo: ľubovoľné premenné veličiny e, u, i v každom časovom okamihu, keď sú sčítané, sú rovné nule. Inými slovami: u A +u B +u C =0.

Ako príklad demonštrujeme výpočet súčtov EMF pri troch hodnotách uhla:

S rovnakým zaťažením pre každú fázu, kedy Z A =Z B =Z C =Ze jφ sa vytvárajú vektory fázových prúdov s identickou dĺžkou, ale posunuté v uhle od napätí (EMF). Sú od seba vzdialené o 120° a tiež vytvárajú 3-fázový symetrický systém, v ktorom platia nasledujúce zákony:

iA +i B +i C = 0;
I A + I B + I C = 0.

Z troch neprepojených systémov sa spojením (spojením) vratných (spiatočných) vodičov do jedinej diaľnice vytvorí jeden spojený. Pri tejto metóde sa v zovšeobecnenom drôte celkový prúd z troch fáz spočíta a bude rovný nule. Proces popisuje prvý Kirchhoffov zákon:

iN=iA+iB+iC=0.

Praktický záver je zrejmý: nie je potrebný spätný vodič, čo vedie k významným úsporám materiálových zdrojov na prepravu elektriny z 3-fázového generátora do 3-fázového prijímača energie.

Výhody 3-fázových systémov:

1. Doprava elektrickej energie 3-fázovým obvodom k spotrebiteľom zo zdrojov je ekonomicky efektívnejšia ako pri inom počte fáz. Znížením počtu diaľnic zo 6 na 3 nielen ušetríte peniaze za drôty, ale znížite aj energetické straty v nich;

2. Na vytvorenie 3-fázového systému nie je potrebné vytvárať zložité technické štruktúry. Kruhový rotačný pohyb sa už dlho používa na ovládanie rôznych generátorov a motorov;

3. Výrobná technológia 3-fázových generátorov, transformátorov a motorov je jednoduchá a efektívna a všetky zariadenia sú spoľahlivé, odolné, lacné a majú menšiu veľkosť;

4. 3-fázový obvod umožňuje súčasné použitie elektrických prijímačov s rôznymi menovitými napätiami, ktoré sa líšia √3 , ktorá je určená prítomnosťou 2 napäťových úrovní (fázovej a lineárnej). Ul=√3xUф.

Tieto zjavné výhody systémov sa široko využívajú v energetickom sektore na výrobu elektrickej energie a jej prenos/distribúciu do energetických prijímačov od roku 1989.

Ich zakladateľom a vývojárom je inžinier Michail Osipovič Dolivo-Dobrovolsky, ktorý pracoval pre nemeckú spoločnosť AEG (Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft).

Trojfázový systém striedavého prúdu je rozšírený a používaný po celom svete. Pomocou trojfázového systému sú zabezpečené optimálne podmienky na prenos elektriny na veľké vzdialenosti cez vodiče a je možné vytvárať elektromotory, ktoré sú dizajnovo jednoduché a ľahko ovládateľné.

Trojfázový AC systém

Systém pozostávajúci z troch obvodov s aktívnymi elektromotorickými silami (EMF) rovnakej frekvencie sa nazýva. Tieto EMP sú vo fáze navzájom posunuté o jednu tretinu. Každý jednotlivý okruh v systéme sa nazýva fáza. Celý systém troch striedavých prúdov, posunutých vo fáze, sa nazýva trojfázový prúd.

Takmer všetky generátory, ktoré sú inštalované v elektrárňach, sú generátory trojfázového prúdu. Dizajn kombinuje tri v jednom celku. Elektromotorické sily v nich indukované, ako už bolo spomenuté, sú vzájomne posunuté o jednu tretinu periódy.

Ako funguje generátor?

Generátor trojfázového prúdu má tri samostatné kotvy umiestnené na statore zariadenia. Sú medzi sebou kompenzované 1200. V strede zariadenia sa otáča induktor, spoločný pre tri armatúry. V každej cievke sa indukuje striedavé emf rovnakej frekvencie. Avšak momenty prechodu týchto elektromotorických síl cez nulu v každej z týchto cievok sa ukážu byť posunuté o 1/3 periódy, pretože induktor prechádza blízko každej cievky o 1/3 času neskôr ako predchádzajúca.

Všetky vinutia sú nezávislé generátory prúdu a zdroje elektriny. Ak pripojíte vodiče na konce každého vinutia, získate tri nezávislé obvody. V tomto prípade bude na prenos všetkej elektriny potrebných šesť vodičov. Pri iných spojeniach vinutí medzi sebou je však celkom možné vyjsť s 3-4 vodičmi, čo prináša veľké úspory vodičov.

Spojenie - hviezda

Konce všetkých vinutí sú spojené v jednom bode generátora, takzvanom nulovom bode. Potom sa uskutoční pripojenie k spotrebiteľom pomocou štyroch vodičov: tri sú lineárne vodiče, ktoré pochádzajú zo začiatku vinutia 1, 2, 3, jeden je nulový (neutrálny) vodič prichádzajúci z nulového bodu generátora. Tento typ systému sa tiež nazýva štvorvodičový systém.

Delta pripojenie

V tomto prípade je koniec predchádzajúceho vinutia spojený so začiatkom nasledujúceho vinutia, čím sa vytvorí trojuholník. Lineárne vodiče sú pripojené k vrcholom trojuholníka - body 1, 2, 3. S týmto spojením sa zhodujú. V porovnaní so zapojením do hviezdy, spojenie do trojuholníka znižuje sieťové napätie približne 1,73-krát. Je povolené len vtedy, ak je zaťaženie fáz rovnaké, inak sa môže zvýšiť vo vinutiach, čo predstavuje nebezpečenstvo pre generátor.

Jednotlivé spotrebiče (záťaže), ktoré sú napájané samostatnými pármi vodičov, môžu byť tiež zapojené buď do hviezdy alebo do trojuholníka. Výsledkom je situácia podobná generátoru: pri zapojení do trojuholníka sú záťaže pod lineárnym napätím, pri pripojení hviezdou je napätie 1,73-krát menšie.

Nováčikovia vo svete elektriky a majitelia domov majú niekedy otázku, čo je v elektrických rozvodoch v domácnosti. Je to spôsobené potrebou opravy niektorých elektrických spotrebičov.

V situácii, ktorá nastala, by najvyššou prioritou kapitána malo byť dodržiavanie bezpečnostných predpisov, a nie prejav aplikovaných zručností a schopností. Znalosť základných zákonov fungovania prúdu a procesov prebiehajúcich vo vnútri domácich elektrických spotrebičov nielen pomôže vyrovnať sa s väčšinou porúch, ktoré v nich vznikajú, ale zároveň urobí tento proces najbezpečnejším.

Dizajnéri a inžinieri robia všetko pre to, aby zabránili úrazom pri práci s elektrinou v domácnosti. Úlohou spotrebiteľa je dodržiavať predpísané normy.

• jednofázový prúd;
• dvojfázový prúd;
• trojfázový prúd.

Jednofázový prúd.

Striedavý prúd, ktorý sa získava otáčaním vodiča alebo sústavy vodičov spojených do jednej cievky v magnetickom toku, sa nazýva tzv. jednofázový striedavý prúd.

Na prenos jednofázového prúdu sa spravidla používajú 2 vodiče. Nazývajú sa fáza a nula. Napätie medzi týmito vodičmi je 220 V.

Jednofázové napájanie. Jednofázový prúd možno pripojiť k spotrebiču dvoma rôznymi spôsobmi: 2-vodičovým a 3-vodičovým. V prvom (dvojvodičovom) sa dva vodiče používajú na napájanie jednofázového prúdu. Jeden vedie fázový prúd, druhý je určený pre neutrálny vodič. Napájanie je teda dodávané takmer do všetkých domov postavených v bývalom ZSSR. V druhom spôsobe zhrnutia jednofázový prúd- pridajte ďalší drôt. Tento vodič sa nazýva uzemnenie (PE). Je navrhnutý tak, aby zabránil úrazu elektrickým prúdom osoby, ako aj odvádzal zvodové prúdy a zabránil rozbitiu zariadení.

Dvojfázový prúd.

Dvojfázový elektrický prúd je súbor dvoch jednofázových prúdov navzájom fázovo posunutých o uhol Pi2 alebo 90°.

Jasný príklad vzniku dvojfázového prúdu. Zoberme si dve indukčné cievky a usporiadame ich v priestore tak, aby ich osi boli navzájom kolmé, potom napájame sústavu cievok dvojfázový prúd, v dôsledku toho dostaneme v systéme dva magnetické toky. Vektor výsledného magnetického poľa sa bude otáčať konštantnou uhlovou rýchlosťou, v dôsledku čoho sa objaví rotujúce magnetické pole. Rotor s vinutiami vyrobenými vo forme skratovaného „veveričkového kolesa“ alebo kovového valca na hriadeli sa bude otáčať a poháňať mechanizmy.

Prenášajú dvojfázové prúdy pomocou dvoch vodičov: dvoch fázových a dvoch neutrálnych.

Trojfázový prúd.

Trojfázový systém elektrického obvodu sa nazýva systém, ktorý pozostáva z troch obvodov, v ktorých sú striedavé emf rovnakej frekvencie, posunuté vo fáze voči sebe navzájom o 1/3 periódy (φ = 2π/3). Každý jednotlivý obvod takéhoto systému sa stručne nazýva jeho fáza a systém troch fázovo posunutých striedavých prúdov v takýchto obvodoch sa jednoducho nazýva trojfázový prúd. Trojfázový prúdľahko prenášané na veľké vzdialenosti. Akýkoľvek pár fázových vodičov má napätie 380 V. Pár - fázový vodič a nulový vodič - má napätie 220 V.

Distribúcia trojfázový prúd pre obytné budovy sa vykonáva dvoma spôsobmi: 4-drôtové a 5-drôtové. Štvorvodičové pripojenie je vytvorené s trojfázovým a jedným neutrálnym vodičom. Po rozvodnej doske sa na napájanie zásuviek a spínačov používajú dva vodiče - jedna z fáz a nula. Napätie medzi týmito vodičmi bude 220V.

Päťvodičové pripojenie trojfázového prúdu - do obvodu je pridaný ochranný uzemňovací vodič (PE). V trojfázovej sieti musia byť fázy zaťažené čo najrovnomernejšie, inak môže dôjsť k nevyváženosti fáz. To, aké elektrické vedenie sa v dome používa, určuje, aké elektrické zariadenie doň možno zahrnúť. Napríklad uzemnenie je potrebné, ak sú k sieti pripojené zariadenia s vysokým výkonom - chladničky, sporáky, ohrievače, elektronické domáce spotrebiče - počítače, televízory, zariadenia súvisiace s vodou - jacuzzi, sprchy (voda je prúdový vodič). Trojfázový prúd je potrebný na napájanie motorov (relevantné pre súkromný dom).

Elektrické rozvody v domácnosti.

Spočiatku sa elektrina vyrába v elektrárni. Potom cez priemyselnú elektrickú sieť vstupuje do transformátorovej rozvodne, kde sa napätie mení na 380 voltov. Pripojenie sekundárnych vinutí znižovacieho transformátora sa vykonáva podľa obvodu „hviezda“: tri kontakty sú pripojené k spoločnému bodu „0“ a zvyšné tri sú pripojené na svorky „A“, „B“ a „C“, resp. Pre prehľadnosť je poskytnutý obrázok.

Kombinované kontakty „0“ sú pripojené k uzemňovacej slučke rozvodne. Aj tu je nula rozdelená na:

• Pracovná nula (na obrázku je znázornená modrou farbou)
• PE vodič vykonávajúci ochrannú funkciu (žlto-zelená čiara)

Nuly a aktuálne fázy z výstupu znižovacieho transformátora sú napájané do rozvodného panelu bytového domu. Výsledný trojfázový systém je rozmiestnený po paneloch vo vchodoch. V konečnom dôsledku sa do bytu dostane fázové napätie 220 V a PE vodič, ktorý plní ochrannú funkciu.

Takže, čo je nula? Nula je prúdový vodič pripojený k uzemňovacej slučke znižovacieho transformátora a slúži na vytvorenie záťaže z prúdovej fázy pripojenej k opačnému koncu vinutia transformátora. Okrem toho existuje takzvaná „ochranná nula“ - toto je kontakt PE opísaný vyššie. Slúži na odvádzanie prúdu, keď sa v obvode vyskytne technická porucha.

Tento spôsob napojenia obytných budov na mestskú elektrickú sieť je osvedčený už desaťročia, no stále nie je ideálny. Niekedy sa vo vyššie uvedenom systéme objavia poruchy. Najčastejšie sú spojené so zlou kvalitou pripojenia v určitej časti obvodu alebo s úplným prerušením elektrického vodiča.

Čo sa stane v nule a fáze, keď sa preruší drôt.

Prerušenie elektrického vedenia je často spôsobené elementárnou neprítomnosťou technika – zabudnutím pripojenia k určitému zariadeniu v dome. aktuálna fáza alebo nula – rovnako jednoduché ako lúskanie hrušiek. Okrem toho sa často vyskytujú prípady nulového vyhorenia na prístupovom paneli v dôsledku vysokého zaťaženia systému.

Ak dôjde k prerušeniu spojenia medzi akýmkoľvek elektrickým spotrebičom v dome a panelom, toto zariadenie prestane fungovať - ​​pretože okruh nie je uzavretý. V tomto prípade nezáleží na tom, ktorý drôt je prerušený - nula alebo .

Podobná situácia nastáva pri dodržaní medzery medzi rozvodnou doskou bytového domu a doskou konkrétneho vchodu - všetky byty napojené na vchodovú dosku budú bez napätia.

Vyššie opísané situácie nespôsobujú vážne ťažkosti a nepredstavujú žiadne nebezpečenstvo. Sú spojené s prerušením iba jedného vodiča a nepredstavujú hrozbu pre bezpečnosť elektrických spotrebičov alebo ľudí v byte.

Najnebezpečnejšou situáciou je zmiznutie spojenia medzi uzemňovacou slučkou rozvodne a stredným bodom, ku ktorému je pripojená záťaž vnútorného elektrického panelu.

V tomto prípade bude elektrický prúd pretekať obvodmi AB, BC, CA a celkové napätie na týchto obvodoch je 380 V. V tomto smere nastane veľmi nepríjemná a nebezpečná situácia - na jednom nemusí byť napätie vôbec žiadne. elektrický panel, keďže majiteľ bytu považoval za potrebné vypnúť elektrické spotrebiče a na inom bude vysoké napätie blízke 380 voltom. To spôsobí poruchu väčšiny elektrických spotrebičov, pretože menovité prevádzkové napätie pre ne je 240 voltov.

Samozrejme, takýmto situáciám sa dá predísť – existujú dosť drahé riešenia ochrany pred prepätím. Niektorí výrobcovia ich zabudovávajú do svojich zariadení.

Ako samostatne určiť nulu a fázu.

Na určenie nuly a fázy prúdu existujú špeciálne testovacie skrutkovače.

Funguje na princípe prechodu nízkonapäťového prúdu cez telo osoby, ktorá ho používa. Skrutkovač sa skladá z nasledujúcich častí:

• Tip na pripojenie k fázovému potenciálu zásuvky;
• Rezistor, ktorý znižuje amplitúdu elektrického prúdu na bezpečné limity;
• LED, ktorá sa rozsvieti, keď je prítomný potenciál aktuálne fázy v reťazci;
• Plochý kontakt na vytvorenie okruhu cez telo operátora.

Princíp práce s testovacím skrutkovačom je znázornený na obrázku nižšie.

Okrem testovacích skrutkovačov existujú aj iné spôsoby, ako určiť, ku ktorému kontaktu zásuvky je pripojený a ktorý je nulový. Niektorí elektrikári radšej používajú presnejší tester tým, že ho používajú v režime voltmetra.

Hodnoty ihly voltmetra znamenajú:

1. Prítomnosť napätia 220 V medzi fázou a nulou

2. Žiadne napätie medzi zemou a nulou

3. Žiadne napätie medzi fázou a nulou

V skutočnosti by v druhom prípade mala šípka ukazovať 220 V, ale v tomto konkrétnom prípade centrálny kontakt zásuvky nie je pripojený k zemnému potenciálu.

Výhody trojfázového prúdu sú zrejmé iba odborníkom v oblasti elektrotechniky. Čo je trojfázový prúd, je pre bežného človeka veľmi vágne. Vyjasnime si neistotu.

Trojfázový striedavý prúd

Väčšina ľudí, s výnimkou elektrických špecialistov, má veľmi nejasnú predstavu o tom, čo je takzvaný „trojfázový“ striedavý prúd, a často sú zmätení, pokiaľ ide o silu prúdu, napätie a elektrický potenciál, ako aj moc.

Pokúsme sa to najprv pochopiť jednoduchým jazykom. Aby sme to dosiahli, obráťme sa na analógie. Začnime tým najjednoduchším - tok jednosmerného prúdu vo vodičoch. Dá sa to prirovnať k vodnému toku v prírode. Voda, ako vieme, vždy tečie z vyššieho bodu na povrchu do nižšieho. Vždy si vyberie najhospodárnejšiu (najkratšiu) cestu. Analógia s tokom prúdu je úplná. Navyše množstvo vody pretekajúcej za jednotku času cez určitú časť toku bude podobné sile prúdu v elektrickom obvode. Výška ktoréhokoľvek bodu koryta rieky vzhľadom na nulový bod – hladinu mora – bude zodpovedať elektrickému potenciálu ktoréhokoľvek bodu v reťazci. A rozdiel vo výške akýchkoľvek dvoch bodov na rieke bude zodpovedať napätiu medzi dvoma bodmi okruhu.

Pomocou tejto analógie si môžete ľahko predstaviť vo svojej mysli zákony toku jednosmerného elektrického prúdu v obvode. Čím vyššie je napätie - výškový rozdiel, tým väčšia je rýchlosť prúdenia, a teda aj množstvo vody pretekajúcej pozdĺž rieky za jednotku času.

Vodný tok, rovnako ako elektrický prúd, pri svojom pohybe pociťuje odpor koryta - po kamenistom koryte bude voda prudko prúdiť, meniť smer, mierne sa ohrieva (búrlivé toky ani pri silných mrazoch nezamŕzajú kvôli k ohrevu z odporu koryta). V hladkom kanáli alebo potrubí bude voda prúdiť rýchlo a v dôsledku toho kanálom za jednotku času prejde oveľa viac vody ako kľukatým a skalnatým kanálom. Odpor proti prúdeniu vody je presne rovnaký ako elektrický odpor v obvode.

Teraz si predstavte uzavretú fľašu s trochou vody. Ak túto fľašu začneme otáčať okolo priečnej osi, tak voda v nej bude prúdiť striedavo od hrdla ku dnu a naopak. Táto myšlienka je analógiou striedavého prúdu. Zdalo by sa, že tá istá voda tečie tam a späť, no a čo? Tento striedavý prúd vody je však schopný vykonávať prácu.

Odkiaľ pochádza pojem striedavý prúd?

Áno, odkedy sa ľudstvo naučilo, že pohyb magnetu v blízkosti vodiča spôsobuje elektrický prúd vo vodiči. Je to pohyb magnetu, ktorý spôsobuje prúd, ak je magnet umiestnený vedľa drôtu a nepohybuje sa, nespôsobí žiadny prúd vo vodiči. Ďalej chceme prijímať (generovať) prúd vo vodiči, aby sme ho v budúcnosti mohli použiť na nejaký účel. Aby sme to dosiahli, vytvoríme cievku z medeného drôtu a začneme v jej blízkosti pohybovať magnetom. Magnet je možné pohybovať v blízkosti cievky, ako chcete - pohybujte ním v priamej línii tam a späť, ale aby ste s magnetom nepohybovali rukami, vytvorenie takéhoto mechanizmu je technicky náročnejšie, ako len začať ním otáčať v blízkosti cievka, podobne ako pri otáčaní fľaše s vodou z predchádzajúceho príkladu. Týmto spôsobom sme – z technických dôvodov – získali sínusový striedavý prúd, ktorý sa dnes používa všade. Sínusová vlna je časovo rozšírený popis rotácie.

Neskôr sa ukázalo, že zákony toku striedavého prúdu v obvode sa líšia od toku jednosmerného prúdu. Napríklad, aby prúdil jednosmerný prúd, odpor cievky sa jednoducho rovná ohmickému odporu vodičov. A pre striedavý prúd sa odpor cievky drôtu výrazne zvyšuje v dôsledku výskytu takzvanej indukčnej reaktancie. Jednosmerný prúd neprechádza cez nabitý kondenzátor, preto je kondenzátor otvorený. A striedavý prúd je schopný voľne prúdiť cez kondenzátor s určitým odporom. Ďalej sa zistilo, že striedavý prúd možno pomocou transformátorov premeniť na striedavý prúd iných napätí alebo prúdov. Jednosmerný prúd sa na takúto transformáciu nehodí a ak zapneme akýkoľvek transformátor na sieť jednosmerného prúdu (čo je absolútne nemožné), nevyhnutne sa spáli, pretože jednosmernému prúdu bude odolávať iba ohmický odpor. drôtu, ktorý je vyrobený čo najmenší, a cez primárne vinutie V režime skratu potečie veľký prúd.

Všimnite si tiež, že elektromotory môžu byť navrhnuté tak, aby fungovali na jednosmerný aj striedavý prúd. Rozdiel medzi nimi je však tento - jednosmerné elektromotory sú náročnejšie na výrobu, ale umožňujú plynule meniť rýchlosť otáčania pomocou bežného reostatu, ktorý reguluje silu prúdu. A striedavé elektromotory sú oveľa jednoduchšie a lacnejšie na výrobu, ale otáčajú sa len jednou rýchlosťou, určenou konštrukciou. Obidva sa preto v praxi široko používajú. V závislosti od účelu. Na účely riadenia a regulácie sa používajú jednosmerné motory a striedavé motory ako elektrárne.

Konštrukčná myšlienka vynálezcu generátora sa ďalej posunula približne týmto smerom - ak je najvhodnejšie použiť rotáciu magnetu vedľa cievky na generovanie prúdu, tak prečo namiesto toho neumiestniť niekoľko cievok okolo rotujúceho magnetu jednej cievky generátora (v okolí je toľko miesta)?

Okamžite získate niečo, čo vyzerá ako niekoľko generátorov poháňaných jediným rotujúcim magnetom. Okrem toho sa striedavý prúd v cievkach bude líšiť vo fáze - maximálny prúd v nasledujúcich cievkach bude trochu oneskorený v porovnaní s predchádzajúcimi. To znamená, že súčasné sínusoidy, ak sú zobrazené graficky, sa budú zdať byť medzi sebou posunuté. Táto dôležitá vlastnosť je fázový posun, o ktorom budeme diskutovať nižšie.

Približne týmto spôsobom americký vynálezca Nikola Tesla najprv vynašiel striedavý prúd a potom systém na generovanie trojfázového prúdu so šiestimi vodičmi. Umiestnil tri cievky okolo magnetu v rovnakých vzdialenostiach v uhloch 120 stupňov, ak sa os otáčania magnetu berie ako stred uhlov.

(Počet cievok (fáz) môže byť v skutočnosti ľubovoľný, ale na získanie všetkých výhod, ktoré poskytuje systém generovania viacfázového prúdu, stačí minimálne tri).

Ďalej ruský elektroinžinier Michail Osipovič Dolivo-Dobrovolsky vyvinul vynález N. Teslu, ktorý ako prvý navrhol troj- a štvorvodičový systém na prenos trojfázového striedavého prúdu. Navrhol pripojiť jeden koniec všetkých troch vinutí generátora k jednému bodu a prenášať elektrinu iba cez štyri drôty. (Úspory na drahých neželezných kovoch sú značné). Ukázalo sa, že pri symetrickom zaťažení každej fázy (rovnaký odpor) je prúd v tomto spoločnom drôte nulový. Pretože pri sčítaní (algebraicky, berúc do úvahy znamienka) fázovo posunutých prúdov o 120 stupňov sa navzájom rušia. Tento bežný vodič sa nazýval neutrálny. Pretože prúd v ňom vzniká iba vtedy, keď je zaťaženie fáz nerovnomerné a numericky je malé, oveľa menšie ako fázové prúdy, bolo možné použiť drôt s menším prierezom ako „nulový“ drôt ako pre fázu. drôty.

Z rovnakého dôvodu (fázový posun o 120 stupňov) sa trojfázové ukázali ako materiálovo oveľa menej náročné, keďže v magnetickom jadre transformátora dochádza k vzájomnej absorpcii magnetických tokov a dá sa vyrobiť s menším krížovým- oddiele.

Dnes je trojfázový napájací systém vykonávaný štyrmi vodičmi, z ktorých tri sa nazývajú fázové a sú označené latinskými písmenami: pri generátore - A, B a C, u spotrebiteľa - L1, L2 a L3. Nulový vodič je označený 0.

Napätie medzi nulovým vodičom a ktorýmkoľvek z fázových vodičov sa nazýva fáza a v spotrebiteľských sieťach je 220 voltov.

Medzi fázovými vodičmi je tiež napätie, ktoré je oveľa vyššie ako fázové napätie. Toto napätie sa nazýva lineárne a v spotrebiteľských obvodoch je 380 voltov. Prečo je väčší ako fáza? Áno, to všetko je spôsobené fázovým posunom o 120 stupňov. Preto, ak je na jednom vodiči napríklad v danom okamihu potenciál plus 200 voltov, potom na druhom fázovom vodiči v rovnakom čase bude potenciál mínus 180 voltov. Napätie je potenciálny rozdiel, to znamená, že bude + 200 - (-180) = +380 V.

Vzniká otázka: ak cez neutrálny vodič nepreteká žiadny prúd, potom je možné ho úplne odstrániť. Môže. A získame trojvodičový napájací systém. S pripojením spotrebiteľov v takzvanom „trojuholníku“ - medzi fázovými vodičmi. Malo by sa však poznamenať, že ak je zaťaženie na stranách „trojuholníka“ nerovnomerné, generátor bude vystavený deštruktívnemu zaťaženiu, takže tento systém možno použiť s veľkým počtom spotrebiteľov, keď sa nerovnomerné zaťaženie vyrovná. . Prenos elektriny z veľkých elektrární pri vysokom fázovom a sieťovom napätí (stovky tisíc voltov) sa uskutočňuje týmto spôsobom. Prečo sa používa také vysoké napätie? Odpoveď je jednoduchá - znížiť tepelné straty v drôtoch. Pretože zahrievanie vodičov (strata energie) je úmerné druhej mocnine pretekajúceho prúdu, je žiaduce, aby bol pretekajúci prúd minimálny. No, aby ste preniesli požadovaný výkon pri minimálnom prúde, musíte zvýšiť napätie. (elektrické vedenia) sú takto označené, napríklad elektrické vedenia - 500 - ide o vedenie na prenos energie s napätím 500 kilovoltov.

Mimochodom, straty vo vodičoch elektrického vedenia je možné ďalej znižovať použitím vysokonapäťového prenosu jednosmerného prúdu (prestáva fungovať kapacitná zložka strát pôsobiacich medzi vodičmi), aj takéto experimenty boli vykonané, ale takýto systém nebol napriek tomu sa rozšírili, zrejme kvôli väčším úsporám drôtov s trojfázovým systémom generovania.

Závery: výhody trojfázového systému

Na záver článku si zhrňme - aké výhody poskytuje trojfázový systém výroby a napájania?

1. Úspora počtu vodičov potrebných na prenos elektriny. Vzhľadom na značné vzdialenosti (stovky a tisíce kilometrov) a skutočnosť, že na drôty sa používajú neželezné kovy s nízkym elektrickým odporom, sú úspory pomerne značné.
2. Trojfázové transformátory s rovnakým výkonom ako jednofázové transformátory majú výrazne menšie veľkosti magnetického jadra. To vám umožní získať značné úspory.
3. Je veľmi dôležité, že trojfázový elektrický prenosový systém vytvára, keď je spotrebič pripojený na tri fázy, akési rotujúce elektromagnetické pole. Opäť kvôli fázovému posunu. Táto vlastnosť umožnila vytvoriť mimoriadne jednoduché a spoľahlivé trojfázové elektromotory, ktoré nemajú komutátor a rotor je v skutočnosti jednoduchý „blank“ v ložiskách, ku ktorým nie je potrebné pripájať žiadne vodiče. (Konštrukcia rotora nakrátko má svoje vlastné charakteristiky a vôbec nejde o polotovar) Ide o takzvané trojfázové asynchrónne elektromotory s rotorom nakrátko. Dnes veľmi rozšírené ako elektrárne. Pozoruhodnou vlastnosťou takýchto motorov je schopnosť zmeniť smer otáčania rotora na opačný smer jednoduchým prepnutím ľubovoľných dvoch fázových vodičov.
4. Možnosť získania dvoch prevádzkových napätí v trojfázových sieťach. Inými slovami, zmeňte výkon elektromotora alebo vykurovacieho zariadenia jednoduchým prepnutím napájacích vodičov.
5. Schopnosť výrazne znížiť blikanie a stroboskopický efekt svietidiel pomocou žiariviek umiestnením troch svietidiel do svietidla, napájaných z rôznych fáz.

Vďaka týmto výhodám sa vo svete rozšírili trojfázové napájacie systémy.