Трёхфазный ток. Преимущества при генерации и использовании

Как известно, американский изобретатель Никола Тесла проводил эксперименты в основном с переменным током. Он разработал систему транспортировки переменного тока по шести проводам. Эти провода соединялись попарно с концами каждой катушки генератора. Таких катушек три, как в экспериментальном генераторе, так и современных генераторах.
Они расположены равномерно по кругу вокруг ротора, под углами 120 градусов к оси вращения.

Русский ученый в области электротехники Михаил Осипович Доливо-Добровольский в 1888 году доработал изобретение Н. Тесла. А именно, он предложил соединить один выход трех обмоток вместе, и передавать электроэнергию по четырем проводам. Это была замечательная идея, так как она позволила сэкономить на проводах из цветных металлов.

Как позже выяснилось, при симметричной нагрузке, в общем для трех обмоток проводе ток равен нулю. Симметричная нагрузка достигается, когда к каждой обмотке подключено одинаковое сопротивление. В дальнейшем этот провод стали называть нулевым. На нулевом проводе если и возникает ток при несимметричной нагрузке, то он намного меньше, чем токи в фазовых проводах. Поэтому, нулевой провод делают меньшего сечения, чем фазовые провода – это снова же экономия материалов.

Кроме того, если учесть что по нулевому проводу не течет ток при симметричной нагрузке, то можно вовсе не использовать его. Такие трехлинейные системы энергоснабжения применяются очень часто там, где можно сбалансировать нагрузку за счет подключения к каждой фазе огромного количества приборов. При этом уменьшается вероятность того, что на какой-то фазе будет нагрузка со значительно отличающимся суммарным сопротивлением.

Точно так, как происходит удаление токов в нулевом проводе при симметричной нагрузке, так же и происходит поглощение магнитных потоков в сердечнике трехфазного трансформатора. Поэтому, можно использовать сердечник трехфазного трансформатора меньшего сечения, чем на однофазном трансформаторе, такой же мощности.

В бытовых сетях применяется стандартное фазное напряжение 220 вольт, это напряжение между нулевым проводом и фазой. Линейное напряжение составляет 380 вольт, это напряжение между двумя разными фазовыми проводами.

Почему линейное напряжение выше фазного? Это объясняется сдвигом фаз на 120 градусов. Конкретнее, если на одном фазном проводе в момент времени потенциал составляет +220 вольт, то на другом фазном проводе, при смещении по синусоиде на 120 градусов, будет потенциал –160 вольт. А, как известно напряжение – это разность потенциалов, поэтому напряжение между фазами будет +220 –(–160) = +380 вольт.

Из-за сдвига на 120 градусов, при подключении к трехфазной сети индуктивной нагрузки, в ней создается вращающееся магнитное поле. Достаточно поместить в это магнитное поле барабан, и он начнет вращаться. На этом принципе построены самые распространенные и простые по конструкции трехфазные двигатели.

Из всего рассмотренного выше можно выделить такие преимущества трехфазного тока:

Экономия на количестве проводов. Если потребовалось бы запитать потребителей по трем линиям однофазного тока, то нужно было бы шесть проводов.
Трехфазный трансформатор имеет меньшие размеры в сравнении с однофазным, при той же мощности.
В трехфазных сетях можно использовать простые и надежные трехфазные двигатели.
Есть возможность переключения в трехфазных сетях между двумя различными напряжениями.

До связи!

Рекомендуем: