Три фазы для чайников: знания, которые пригодятся каждому

94k full reads
118k story viewsUnique page visitors
94k read the story to the endThat's 80% of the total page views
3,5 minutes — average reading time
Схема работы трёхфазной сети
Схема работы трёхфазной сети
Схема работы трёхфазной сети

Три фазы это основа электроэнергетики. С тех пор, как гениальный россиянин Александр Осипович Доливо-Добровольский внедрил эту инновацию в массовое применение, весь мир был опоясан миллионами километров электрических проводов и десятками миллионов электродвигателей, которые объединяет одно - они все работают на трёхфазном напряжении.

Не думаю, что будет преувеличением сказать: знать, как работает система на трёх фазах это необходимое условие для каждого, кто интересуется технологиями и имеет инженерную "жилку".

Почему именно три фазы?

Принцип действия трёхфазного электродвигателя
Принцип действия трёхфазного электродвигателя
Принцип действия трёхфазного электродвигателя

Три фазы - это минимальное число полюсов, которое способно надёжно запускать, с помощью вращающегося магнитного поля, ротор электродвигателя. Большее число полюсов ведёт к усложнению конструкции двигателя (и трансформаторов) и ничего не даёт взамен. На этом "прокололся" разрекламированный Никола Тесла: вместо того, чтобы сосредоточиться на трёх фазах, он пытался внедрить многофазные системы, что, в итоге, определило его провал.

Даже само число "три" намекает на некую гармонию, завершённость. Стулу нужно минимум три ножки, чтобы стоять не падать, пирамида - самая надёжная конструкция, созданная человеком, имеет боковую стенку в виде треугольника и так далее.

Как это работает?

Напряжение на каждой и фаз в разные моменты времени
Напряжение на каждой и фаз в разные моменты времени
Напряжение на каждой и фаз в разные моменты времени

Если мы подключим к каждому проводу трёхфазного источника тока осциллограф - прибор, рисующий колебания напряжения на временной шкале, мы увидим, что на каждом из них ток имеет идентичную форму - синусоиды. Но каждая из них будет сдвинута относительно соседней на 120 градусов, то есть на 1/3 периода.

Например, в тот момент, когда на фазе А напряжение равно нулю, на фазе В напряжение, пройдя максимум, снижается, а фаза С, где полярность тока уже сменилась имеет отрицательный (обратно направленный ток).

Через треть периода (0,007 сек) "на нуле" будет уже фаза С, фаза А пройдёт пик, снижаясь к нулю, а фаза В (как С, треть периода назад) будет иметь обратную полярность. И так по кругу.

380 и 220 Вольт - "инь и янь" бытового электричества

Если мы подключим, в любой момент времени, между любыми двумя проводами вольтметр переменного тока, он покажет одну и ту же цифру - 380 Вольт. Это так называемое "линейное напряжение". Откуда же в наших розетках берётся значение напряжения 220 Вольт? Здесь "вступает в игру" четвёртый провод - нейтраль или "ноль".

Строго говоря, для передачи энергии и работы трёхфазных приборов, ноль не требуется. Ток (благодаря сдвигу синусоид) прекрасно перетекает от фазы к фазе, выполняя любую нужную работу - вращение двигателя, нагрев ТЭНа или освещение, если найти светильник на 380 Вольт. Ноль нужен в двух случаях:

  • когда нужно запитать однофазный прибор;
  • если нужно, для целей защиты людей, обеспечить заземление.
Трёхфазная система с нейтралью
Трёхфазная система с нейтралью
Трёхфазная система с нейтралью

Однофазные приборы намного проще в устройстве, а следовательно - дешевле. Выгоды очевидны, да и заземление штука нужная, когда электричеством пользуются люди, далёкие от основ электробезопасности. А делается ноль очень просто. Все три фазы соединяются одним "хвостом" вместе. Между оставшимися концами напруга по-прежнему 380 Вольт. А вот между "свободным" хвостом и точкой соединения уже меньше (в 1,73 раза) - 220 Вольт ("фазное напряжение"). К этим выводам можно подключать ваш утюг, компьютер и светильник, имеющие по два провода питания - они будут работать как надо.

Простота и гениальность системы трёх фаз - в её универсальности. К одной и той же линии могут быть подключены простые приборы на 220 Вольт и мощные электродвигатели на трёх фазах, маломощные настольные лампы и сверхмощные плавильные печи и всё будет работать без перебоев и долгие годы. Главное, чтобы хватило мощности источника тока - генератора или трансформатора.

И, как "вишенка на тортик" - при передаче энергии на большие расстояния, трёхпроводная линия, по сравнению с двухпроводной, обходится на треть дешевле, благодаря экономии на проводах.