II. Статические электрические преобразователи

Приборы для регулировки тока в цепи

II. Статические электрические преобразователи

Оборудование данного вида применяется для преобразования электроэнергии до параметров, необходимых для ее дальнейшего использования. Оно включает в себя преобразующие элементы (например, лампы) различных типов. Оно также может иметь и различные вспомогательные устройства (например, трансформаторы, индукционные катушки, резисторы, контроллеры и т.д.). Принцип работы заключается в том, что преобразующие элементы могут действовать попеременно: то как проводники, то как непроводники тока.

То, что это оборудование часто включает в себя дополнительные цепи для регулирования напряжения выходного тока, не влияет на его классификацию в данной группе; точно так же на это не влияет и то, что оно иногда рассматривается как регулятор напряжения или тока.

К данному оборудованию относятся:

А. Выпрямители, преобразующие переменный ток (одно- или многофазный) в постоянный ток, что обычно сопровождается изменением напряжения.

Б. Инверторы, преобразующие постоянный ток в переменный.

В. Преобразователи переменного тока и преобразователи частоты, с помощью которых переменный ток (одно- или многофазный) преобразуется в ток другой частоты или напряжения.

Г. Преобразователи постоянного тока, с помощью которых постоянный ток преобразуется в ток другого напряжения.

Электрические статические преобразователи можно подразделить на следующие основные категории в соответствии с типом преобразующего элемента, которым они укомплектованы:

1. Полупроводниковые преобразователи, основанные на явлении односторонней проводимости между определенными кристаллами. Такие преобразователи представляют собой полупроводник (преобразовательный элемент) плюс различные другие устройства (например, радиаторы, ленточные проводники, приводы, регуляторы, управляющие цепи).

а) монокристаллические полупроводниковые выпрямители, в которых в качестве преобразовательного элемента применяется устройство, содержащее кристаллы кремния или германия (диод, тиристор, транзистор);

б) поликристаллические полупроводниковые выпрямители, в которых применяется диск из селена.

2. Газоразрядные преобразователи, такие как:

а) ртутно-дуговые выпрямители. Их преобразовательный элемент представляет собой стеклянную оболочку или металлический вакуумный корпус, в котором находится ртутный катод и один или несколько анодов, через которые пропускается выпрямляемый ток. Они комплектуются вспомогательными устройствами, например, для охлаждения и иногда для поддержания вакуума.

Существуют две категории газоразрядных выпрямителей, различающихся по механизму действия устройства для придания первоначального заряда: «экситроны» (с разрядными анодами) и «игнитроны» (с поджигающими электродами);

б) термоионные выпрямители с катодами накаливания. Их преобразовательный элемент (например, тиратрон) сходен с соответствующим элементом ртутно-дуговых выпрямителей с той разницей, что он имеет катод накаливания вместо ртутного катода.

3. Преобразователи с механическим преобразовательным элементом, основанные на использовании односторонней проводимости различных контактов, такие как:

а) контактные выпрямители (например; выпрямители с кулачковыми валами), в которых имеется устройство, металлические контакты которого размыкаются и замыкаются синхронно с частотой выпрямляемого переменного тока;

б) ртутные струйные выпрямители с вращающейся струей ртути, синхронизированной по частоте переменного тока, которая ударяет в неподвижный контакт;

в) вибраторные выпрямители с тонким металлическим язычком, который колеблется с частотой переменного тока; язычок дотрагивается до контакта, размещенного таким образом, что из источника поступает электроэнергия.

4. Электролитические выпрямители, действие которых основано на том, что сочетание определенных веществ, применяемых в качестве электродов, в сочетании с определенными жидкостями в качестве электролитов обеспечивает протекание тока только в одном направлении.

Электрические статические преобразователи могут применяться в различных целях, например:

1. Как преобразователи для питания привода стационарных машин или транспортных средств с электрическим приводом (например, локомотивов).

2. Как преобразовательные источники питания, такие как зарядные устройства аккумуляторов (которые представляют собой в основном выпрямители с соответствующим трансформатором и оборудованием регулирования тока), преобразователи для гальванизации и электролиза, аварийные энергоисточники, преобразователи для установок, производящих постоянный ток высокого напряжения, преобразователи для нагревательных целей и для питания электромагнитов.

Также сюда относятся преобразователи, известные как генераторы высокого напряжения (применяются, в частности, в радиоаппаратуре, эмиссионных трубках, микроволновых трубках, ионно-лучевых трубках), которые преобразуют ток от любого источника, обычно сети, в постоянный ток высокого напряжения, необходимый для питания соответствующего оборудования, преобразование выполняется с помощью выпрямителей, трансформаторов и т.д.

В данную товарную позицию также включаются стабилизированные источники питания (выпрямители, объединенные с регулятором), например, блоки бесперебойного электропитания для ряда электронного оборудования.

Однако генераторы высокого напряжения (или трансформаторы), специально предназначенные для радиологической аппаратуры, входят в товарную позицию 9022. Автоматические регуляторы напряжения включаются в товарную позиции 9032.

Приборы для регулировки тока в цепи

Сегодня, как в промышленности, так и в гражданской сфере, есть немало установок, электроприводов, технологий, где для питания требуется не переменное, а постоянное напряжение. К таким установкам относятся различные промышленные станки, строительное оборудование, двигатели электротранспорта (метро, троллейбус, погрузчик, электрокар), и другие установки постоянного тока разного рода.

Напряжение питания для некоторых из этих устройств должно быть изменяемым, чтобы например изменяющийся ток питания электродвигателя приводил бы к соответствующему изменению скорости вращения его ротора.

Один из первых способов регулировки постоянного напряжения — регулирование при помощи реостата. Затем можно вспомнить схему двигатель — генератор — двигатель, где опять же регулированием тока в обмотке возбуждения генератора достигалось изменение рабочих параметров конечного двигателя.

Но эти системы не экономичны, они считаются устаревшими, и гораздо более современными являются схемы регулирования на базе тиристоров. Тиристорное регулирование более экономично, более гибко, и не приводит к увеличению массо-габаритных параметров установки целиком. Однако, обо всем по порядку.

Реостатное регулирование (регулирование при помощи добавочных резисторов)

Регулирование при помощи цепи последовательно соединенных резисторов позволяет изменять ток и напряжение питания электродвигателя путем ограничения тока в его якорной цепи. Схематически это выглядит как цепочка добавочных резисторов, присоединенных последовательно к обмотке двигателя, и включенных между ней и плюсовой клеммой источника питания.

Часть резисторов может быть по мере надобности шунтирована контакторами, чтобы соответствующим образом изменился ток через обмотку двигателя. Раньше в тяговых электроприводах такой метод регулирования был распространен весьма широко, и за неимением альтернатив приходилось мириться с очень низким КПД в силу значительных тепловых потерь на резисторах. Очевидно, это наименее эффективный метод — лишняя мощность просто рассеивается в виде ненужного тепла.

Регулирование по системе двигатель — генератор — двигатель

Здесь напряжение для питания мотора постоянного тока получается на месте, при помощи генератора постоянного тока. Приводной мотор вращает генератор постоянного тока, который и питает в свою очередь мотор исполнительного механизма.

Регулирование рабочих параметров двигателя исполнительного механизма достигается путем изменения тока обмотки возбуждения генератора. Больше ток обмотки возбуждения генератора — большее напряжение подается на конечный двигатель, меньше ток обмотки возбуждения генератора — меньшее напряжение, соответственно, подается на конечный двигатель.

Данная система, на первый взгляд, более эффективна, чем просто рассеивание энергии в виде тепла на резисторах, однако и она отличается своими недостатками. Во-первых, система содержит две дополнительные, довольно габаритные, электрические машины, которые необходимо время от времени обслуживать. Во-вторых, система инерционна — соединенные три машины не в состоянии резко изменить свой ход. В результате снова КПД получается низким. Однако, на протяжении некоторого времени такие системы использовались на заводах в 20 веке.

Метод тиристорного регулирования

С появлением во второй половине 20 века полупроводниковых приборов, появилась возможность создания малогабаритных тиристорных регуляторов для двигателей постоянного тока. Двигатель постоянного тока теперь просто подключался к сети переменного тока через тиристор, и, варьируя фазу открывания тиристора, стало возможным получить плавное регулирование скорости вращения ротора двигателя. Этот метод позволил совершить рывок в подъеме КПД и быстродействия преобразователей для питания моторов постоянного тока.

Метод тиристорного регулирования и сейчас используется, в частности, для управления скоростью вращения барабана в автоматических стиральных машинах, где в качестве привода служит коллекторный высокооборотный мотор. Справедливости ради отметим, что аналогичный метод регулирования работает и в тиристорных диммерах, способных управлять яркостью свечения ламп накаливания.

Регулировка на базе ШИМ со звеном переменного напряжения

Постоянный ток при помощи инвертора преобразуется в переменный ток, который затем при помощи трансформатора повышается или понижается, после чего выпрямляется. Выпрямленное напряжение подается на обмотки электродвигателя постоянного тока. Возможно дополнительное импульсное регулирование посредством ШИМ-модуляции, тогда достигаемый эффект на выходе несколько похож на тиристорное регулирование.

Наличие трансформатора и инвертора в принципе приводит к удорожанию системы в целом, однако современная полупроводниковая база позволяет строить конверторы в виде готовых малогабаритных устройств с питанием от сети переменного тока, где трансформатор стоит высокочастотный импульсный, и в итоге габариты получаются небольшими, а КПД уже достигает 90%.

Импульсное управление

Система импульсного управления моторами постоянного тока похожа по своему устройству на импульсный DC-DC преобразователь. Этот метод является одним из наиболее современных, и именно его используют сегодня в электрокарах и внедряют в метро. Звено понижающего преобразователя (диод и дроссель) объединено в последовательную цепь с обмоткой мотора, и регулируя ширину подаваемых на звено импульсов, добиваются требуемого среднего тока через обмотку мотора.

Такие импульсные системы управления, по сути — импульсные преобразователи, отличаются более высоким КПД — более 90%, и обладают отличным быстродействием. Здесь открываются широкие возможности для рекуперации электроэнергии, что весьма актуально для станков с большой инерционностью и для электрокаров.

Ранее ЭлектроВести писали, что с уществующие электронные устройства, представленные на рынке, состоят из неорганических, неодушевленных материалов. Однако в лабораториях готовятся «микробы-киборги», которые скоро начнут производить электричество.

Устройство испытательное РЕТОМ-21

Испытательный прибор РЕТОМ-21 является базовым прибором испытательного комплекса для проверки первичного и вторичного электрооборудования.

Описание РЕТОМ-21

Многофункциональный испытательный комплекс РЕТОМ-21 незаменим при проверке вторичного и первичного электрооборудования при вводе его в работу и в процессе эксплуатации на предприятиях электроэнергетики, нефтегазовой отрасли и в энергохозяйстве промышленных предприятий.

Основные преимущества

• увеличен максимальный выдаваемый ток до 800 А;
• увеличено максимально выдаваемое напряжение до 500 В;
• увеличены длительная и максимальная выдаваемая мощность до 2500 и 4500 ВА соответственно;
• появилась возможность регулировки тока, частот, фазы (угла);
• мультиметр позволяет измерять ток, частоту, фазу;
• появился источник оперативного питания;
• появилась возможность полноценной проверки трансформаторов тока и т.д.

Благодаря этим преимуществам использование РЕТОМ-21 в качестве базового блока испытательного комплекса позволило расширить номенклатуру проверяемого оборудования.

РЕТОМ-21 является сертифицированным средством измерения.

Характеристики

Технические характеристики РЕТОМ-21

Источник 1. ВЫХОД «=U1». Регулируемое напряжение постоянного тока
Параметр	Значение
Диапазон регулирования напряжения, В	176 – 264
Номинальная выходная мощность, Вт, не более	220
Размах пульсаций напряжения при Uвых = 220 В и номинальной выходной мощности, %, не более	1
Задержка включения выхода, с, не более	2
Защита выходной цепи от короткого замыкания, перегрузки и внешнего напряжения	+
Источник 2. ВЫХОД «

* Указанная выходная мощность гарантируется в частотном диапазоне от 45 до 55 Гц.

* Ток свыше 300 А измеряется с помощью РЕТ-ДТ.
** Допускается незначительное напряжение, зависящее от изготовления конкретного ЛАТРа.
*** Выходные параметры обеспечиваются при напряжении сети не ниже 200 В.

10 (но не менее 0,5 В)
10 (но не менее 100 мА)

Примечание – В формулах абсолютной погрешности приняты обозначения: Xк – конечное значение диапазона (предел) измерения соответствующей величины; x – измеренное значение соответствующей величины.

-защита цепи дискретного выхода — термопрерыватель:
-номинальный ток, А

контакт с нагрузочной способностью до

5А, 250В и =5А, 30В

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ФУНКЦИИ
Параметр	Значение
Режим одиночного импульса работы Источника 3
— диапазон изменения времени выдачи одиночного импульса	20 – 100 мс с шагом 20 мс
	100 – 1000 мс с шагом 100 мс
	1 – 10 с с шагом 1с
— уставка заводская, мс	100
Импульсный режим работы Источника 3
— диапазон изменения времени выдачи и времени паузы импульсов	20 – 100 мс с шагом 20 мс
	100 – 1000 мс с шагом 100 мс
	1 – 5 с с шагом 1с
— уставка заводская времени выдачи, мс	500
— уставка заводская времени паузы, с	5
Измерение в импульсных режимах
— весь диапазон 20 мс – 10 с	любой ручной предел измерения
— для диапазона 20 – 300 мс	предел «2,5 В» входов PV1, PV2; предел «300 А» выхода I5; предел «10 А» входа PA
— для диапазона 400 мс – 10 с	все пределы выходов U3-U6, I3, I5; входов PV1, PV2, PA
Фиксация по току (от измерителей PV1, PV2, PA, I2, I3, I5)
— сигнал останова счета для входов PV1 и PV2 (предел по умолчанию «2,5 В»)	уменьшение напряжения до уровня 0,1 предела (0,25 В для предела «2,5 В»)
— сигнал останова счета для входа PA и выходов I2, I3, I5	уменьшение тока до уровня 0,1 предела (1 А для предела «10 А»)
— дискретность измерения, мс	2,5
Фильтр отстройки от вибрации контакта входов секундомера:
— диапазон изменения постоянной времени, мс	1 – 40
— уставка заводская, мс	3
Измерение времени дребезга контактов:
— диапазон изменения задержки фиксации замыкания контактов, мс	0,1 – 10,0
— уставка задержки заводская, мс	1,0

Примечание – Значения временных интервалов импульсного режима даны для частоты сети 50 Гц.

Рабочие условия применения
Параметр	Значение
Диапазон рабочих температур, °С	от — 20 до + 50
Температура нормальных условий, °С	20 ± 5
Температура транспортирования, °С	от — 50 до + 50
Температура хранения, °С	от 5 до 40
Относительная влажность воздуха при 25 °С, %, не более	80
Высота над уровнем моря, м, не более	1000
Группа условий эксплуатации по ГОСТ 17516.1-90	М23
Питание устройства: — частота однофазной сети, Гц — напряжение сети, В	45 – 65 187 – 264
Общие технические данные
Параметр	Значение
Степень защиты по ГОСТ 14254-96: — оболочки — выходных клемм	IP20 IP00
Требования безопасности по ГОСТ Р 52319-2005: — изоляция — категория измерений (категория перенапряжения) — степень загрязнения микросреды	основная CAT II 2
Испытательное напряжение электрической прочности изоляции *, В: — цепей сетевого питания относительно корпуса — токоведущих частей Источника 1, Источника 2 относительно цепей сетевого питания / корпуса — токоведущих частей Источника 3 относительно цепей сетевого питания / корпуса — входов «К1», «К2» секундомера относительно цепей сетевого питания / корпуса и относительно друг друга — между токоведущими частями (относительно друг друга)	1500 1500 1500 1500 1500
Сопротивление изоляции между корпусом и гальванически изолированными токоведущими частями устройства, МОм, не менее	40
Защита от поражения электрическим током по ГОСТ 12.2.007.0-75	класс I
Класс оборудования по ЭМС (в соответствии с ГОСТ Р 51522-99)	класс А
Номинальная потребляемая мощность, В · А, не более	3000
Сила потребляемого тока, А, не более	30
Масса устройства, кг, не более	27
Габаритные размеры устройства, мм, не более	560 х 460 х 300
Характеристики надежности
Параметр	Значение
Средний срок службы устройств, лет, не менее	30
Средняя наработка на отказ, ч, не менее	10000
Среднее время восстановления работоспособного состояния с учетом времени поиска неисправности, лицензированным специалистом, ч, не более	8

Комплектация

Комплект поставки

• Устройство измерительное параметров релейной защиты РЕТОМ-21.3 — 1 шт.
• Кабель сетевой — 1 шт.
• Сумка ЗИП — 1 шт.
• Кабель общего назначения КОН-04 — 6 шт.
• Кабель силовой КС-03.04 белый — 1 шт.
• Кабель силовой КС-03.04 черный — 1 шт.
• Кабель силовой КС-03.05 белый — 1 шт.
• Кабель силовой КС-03.05 черный — 1 шт.
• Кабель силовой КС-04.02 красный — 1 шт.
• Кабель силовой КС-04.02 черный — 1 шт.
• Кабель заземления — 1 шт.
• Переходник КП-01 — 2 шт.
• Переходник КП-02 — 2 шт.
• Переходник КП-04 — 2 шт.
• Кабель информационный USB A-B — 1 шт.
• Концеватель типа «крокодил» K267D — 4 шт.
• Концеватель типа «крокодил» K267B (RD) — 2 шт.
• Изолятор «крокодила» красный — 2 шт.
• Изолятор «крокодила» черный — 2 шт.
• Концеватель «U-образный» красный — 2 шт.
• Концеватель «U-образный» черный — 2 шт.
• Гайка барашковая М6 DIN 315 — 2 шт.
• Винт М6х16 DIN 7985 п/сфера — 2 шт.
• Шайба 6 DIN 9021 увеличенная — 4 шт.
• Ведомость эксплуатационных документов — 1 шт.
• Ведомость ЗИП — 1 шт.
• Паспорт — 1 шт.
• Руководство по эксплуатации — 1 шт.
• Методика поверки — 1 шт.
• Руководство пользователя — 1 шт.
• Диск с программным обеспечением — 1 шт.

Если Вас интересует цена на Устройство испытательное РЕТОМ-21 Вы можете позвонить по тел. или отправить запрос на email: sales@technoac.ru

• Категории:Проверка релейных защит и автоматики

Ищем производителей печатных плат и узлов для контрактного производства.

Трёхфазный ток. Преимущества при генерации и использовании.

Преимущества трёхфазного тока очевидны только специалистам электрикам. Что такое трехфазный ток для обывателя представляется весьма смутно. Давайте развеем неопределенность.

Содержание статьи

Трехфазный переменный ток

Большинство людей, за исключением специалистов — электриков, имеют весьма смутное представление, что такое так называемый «трёхфазный» переменный ток, да и в понятиях, что такое сила тока, напряжение и электрический потенциал, а также мощность, — часто путаются.

Попытаемся простым языком дать начальные понятия об этом. Для этого обратимся к аналогиям. Начнём с простейшей – протекания постоянного тока в проводниках. Его можно сравнить с водным потоком в природе. Вода, как известно, всегда течёт от более высокой точки поверхности к более низкой. Всегда выбирает самый экономичный (наикратчайший) путь. Аналогия с протеканием тока – полнейшая. Причём количество воды протекающей в единицу времени через какое-то сечение потока будет аналогично силе тока в электрической цепи. Высота любой точки русла реки относительно нулевой точки – уровня моря – будет соответствовать электрическому потенциалу любой точки цепи. А разница в высоте любых двух точек реки будет соответствовать напряжению между двумя точками цепи.

Используя эту аналогию можно легко представить в уме законы протекания постоянного электрического тока в цепи. Чем выше напряжение – перепад высот, тем больше скорость потока, и, следовательно, количество воды протекающей по реке в единицу времени.

Водный поток, точно так же как электрический ток при своём движении испытывает сопротивление русла – по каменистому руслу вода будет протекать бурно, меняя направление, немного нагреваясь от этого (бурные потоки даже в сильные морозы не замерзают вследствие нагрева от сопротивления русла). В гладком канале или трубе вода потечёт быстро и в итоге в единицу времени канал пропустит гораздо больше воды, чем извилистое и каменистое русло. Сопротивление потоку воды полностью аналогично электрическому сопротивлению в цепи.

Теперь представим закрытую бутылку, в которой налито немного воды. Если мы начнём эту бутылку вращать вокруг поперечной оси, то вода в ней будет перетекать попеременно от горлышка к донышку и наоборот. Это представление – аналогия переменному току. Казалось бы, одна и та же вода перетекает туда-сюда и что? Тем не менее, этот переменный поток воды способен совершать работу.

Откуда вообще появилось понятие переменный ток? к содержанию

Да с тех самых пор, когда человечество, узнав, что перемещение магнита вблизи проводника вызывает электрический ток в проводнике. Именно движение магнита вызывает ток, если магнит положить рядом с проводом и не двигать – никакого тока в проводнике это не вызовет. Далее, мы хотим получить (генерировать) в проводнике ток, чтобы использовать его в дальнейшем для каких-либо целей. Для этого изготовим катушку из медного провода и начнём возле неё двигать магнит. Магнит можно передвигать возле катушки как угодно – двигать по прямой туда-сюда, но, чтобы не двигать магнит руками, создать такой механизм технически сложнее, чем просто начать его вращать около катушки, аналогично вращению бутылки с водой из предыдущего примера. Вот именно таким образом — по техническим причинам — мы и получили синусоидальный переменный ток, используемый ныне повсеместно. Синусоида – это развёрнутое во времени описание вращения.

В дальнейшем оказалось, что законы протекания переменного тока в цепи отличаются от протекания постоянного тока. Например, для протекания постоянного тока сопротивление катушки равно просто омическому сопротивлению проводов. А для переменного тока – сопротивление катушки из проводов значительно увеличивается из-за появления, так называемого индуктивного сопротивления. Постоянный ток через заряженный конденсатор не проходит, для него конденсатор – разрыв цепи. А переменный ток способен свободно протекать через конденсатор с некоторым сопротивлением. Далее выяснилось, что переменный ток может быть преобразован с помощью трансформаторов в переменный ток с другими напряжением или силой тока. Постоянный ток такой трансформации не поддаётся и, если мы включим любой трансформатор в сеть постоянного тока (что делать категорически нельзя), то он неизбежно сгорит, так как постоянному току будет сопротивляться только омическое сопротивление провода, которое делается как можно меньше, и через первичную обмотку потечёт большой ток в режиме короткого замыкания.

Заметим также, что электродвигатели могут быть созданы для работы и от постоянного тока, и от переменного тока. Но разница между ними такая – электродвигатели постоянного тока сложнее в изготовлении, но зато позволяют плавно изменять скорость вращения обычным регулирующим силу тока реостатом. А электродвигатели переменного тока гораздо проще и дешевле в изготовлении, но вращаются только с одной, обусловленной конструкцией скоростью. Поэтому в практике широко применяются и те, и другие. В зависимости от назначения. Для целей управления и регулирования применяются двигатели постоянного тока, а в качестве силовых установок – двигатели переменного тока.

Далее конструкторская мысль изобретателя генератора двигалась примерно в таком направлении – если удобнее всего для генерации тока использовать вращение магнита рядом с катушкой, то почему бы вместо одной катушки генератора не расположить вокруг вращающегося магнита несколько катушек (места-то вокруг вон сколько)?

Получится сразу же, как бы несколько генераторов, работающих от одного вращающегося магнита. Причём переменный ток в катушках будет отличаться по фазе – максимум тока в последующих катушках будет несколько запаздывать относительно предыдущих. То есть синусоиды тока, если их графически изобразить, будут, как бы между собой, сдвинуты. Это важное свойство – сдвиг фаз, о котором мы расскажем ниже.

(Число катушек (фаз) вообще-то может быть любым, но для получения всех тех преимуществ, что даёт многофазная система генерации тока, минимально достаточно трёх).

Далее русский учёный электротехник Михаил Осипович Доливо-Добровольский развил изобретение Н. Тесла, впервые предложив трёх — и четырёхпроводную систему передачи трёхфазного переменного тока. Он предложил соединить один конец всех трёх обмоток генератора в одну точку и передавать электроэнергию всего по четырём проводам. (Экономия на дорогих цветных металлах существенная). Оказалось, что при симметричной нагрузке каждой фазы (равным сопротивлением) ток в этом общем проводе равняется нулю. Потому что при суммировании (алгебраическом, с учётом знаков) сдвинутых по фазе на 120 градусов токов они взаимно уничтожаются. Этот общий провод так и назвали – нулевой. Поскольку ток в нём возникает только при неравномерности нагрузок фаз и численно он небольшой, гораздо меньше фазных токов, то представилась возможность использовать в качестве «нулевого» провод меньшего сечения, чем для фазных проводов.

По этой же самой причине (сдвиг фаз на 120 градусов) трехфазные трансформаторы получились значительно менее материалоёмкими, так как в магнитопроводе трансформатора происходит взаимопоглощение магнитных потоков и его можно делать с меньшим сечением.

Сегодня трёхфазная система электроснабжения осуществляется четырьмя проводами, три из них называются фазными и обозначаются латинскими буквами: на генераторе — А, В и С, у потребителя — L1, L2 и L3. Нулевой провод так и обозначается – 0.

Напряжение между нулевым проводом и любым из фазных проводов называется – фазным и составляет в сетях потребителей – 220 вольт.

Между фазными проводами тоже существует напряжение, причём значительно выше, чем фазное напряжение. Это напряжение называется линейным и составляет в цепях потребителей 380 вольт. Почему же оно больше фазного? Да всё это из-за сдвига фаз на 120 градусов. Поэтому, если на одном проводе, к примеру, в данный момент времени потенциал равен плюс 200 вольт, то на другом фазном проводе в этот же момент времени потенциал будет минус 180 вольт. Напряжение – это разность потенциалов, то есть оно будет + 200 – (-180)=+380 В.

Возникает вопрос, если по нулевому проводу ток не протекает, то нельзя ли его вообще убрать. Можно. И мы получим трёхпроводную систему электроснабжения. С соединением потребителей так называемым «треугольником» — между фазными проводами. Однако нужно заметить, что при неравномерной нагрузке в сторонах «треугольника» на генератор будут действовать разрушающие его нагрузки, поэтому данную систему можно применять при огромном количестве потребителей, когда неравномерности нагрузок нивелируются. Передача электроэнергии от больших электростанций при высоких фазных и линейных напряжениях (сотни тысяч вольт) так и осуществляются. Почему же применяется такое высокое напряжение. Ответ простой – чтобы уменьшить потери в проводах на нагрев. Так как нагрев проводов (потери энергии) пропорционален квадрату протекающего тока, то желательно чтобы протекающий ток был минимален. Ну а для передачи необходимой мощности при минимальном токе нужно повышать напряжение. Линии электропередач (ЛЭП) так и обозначаются, к примеру, ЛЭП – 500 – это линия электропередачи под напряжением 500 киловольт.

Кстати потери в проводах ЛЭП можно ещё более снизить, применяя передачу постоянного тока высокого напряжения (перестаёт действовать емкостная составляющая потерь, действующая между проводами), проводились даже такие эксперименты, но широкого распространения пока такая система не получила, видимо вследствие большей экономии в проводах при трёхфазной системе генерации.

Выводы: преимущества трёхфазной системы к содержанию

В заключение статьи подведём итоги, – какие же преимущества даёт трёхфазная система генерации и электроснабжения?

1. Экономия на количестве проводов, необходимых для передачи электроэнергии. Учитывая немалые расстояния (сотни и тысячи километров) и то, что для проводов используют цветные металлы с малым удельным электрическим сопротивлением, экономия получается весьма существенной.
2. Трёхфазные трансформаторы, при равной мощности с однофазными, имеют значительно меньшие размеры магнитопровода. Что позволяет получить существенную экономию.
3. Очень важно, что трёхфазная система передачи электроэнергии создаёт при подключении потребителя к трём фазам как бы вращающееся электромагнитное поле. Опять-таки, вследствие сдвига фаз. Это свойство позволило создать чрезвычайно простые и надёжные трёхфазные электродвигатели, у которых нет коллектора, а ротор, по сути, представляет собой простую «болванку» в подшипниках, к которой не нужно подсоединять никакие провода. (На самом деле конструкция короткозамкнутого ротора имеет свои особенности и вовсе не болванка) Это так называемые трёхфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Очень широко распространённые сегодня в качестве силовых установок. Замечательное свойство таких двигателей – это возможность менять направление вращения ротора на обратное простым переключением двух любых фазных проводов.
4. Возможность получения в трёхфазных сетях двух рабочих напряжений. Другими словами менять мощность электродвигателя или нагревательной установки путём простого переключения питающих проводов.
5. Возможность значительного уменьшения мерцаний и стробоскопического эффекта светильников на люминисцентных лампах путём размещения в светильнике трёх ламп, питающихся от разных фаз.

Благодаря этим преимуществам трёхфазные системы электроснабжения получили широчайшее распространение в мире.