Sfera-perm.ru

Сфера Пермь
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Трехфазный счетчик это какая нагрузка

Мощность трехфазного тока

§ 64. МОЩНОСТЬ ТРЕХФАЗНОГО ТОКА

Мощность, потребляемая нагрузкой от сети трехфазного тока, равна сумме мощностей, потребляемых отдельными фазами, т. е.

При равномерной нагрузке мощность, потребляемая каждой фазой,

где Uф — фазное напряжение,

cos j — коэффициент мощности нагрузки.

Мощность, потребляемая всеми тремя фазами,

При соединении приемников энергии звездой соотношение меж­ду линейными и фазными значениями напряжений и токов:

Следовательно, мощность, потребляемая нагрузкой от трехфазной

При соединении приемников энергии треугольником соотношение между линейными и фазными значениями напряжений и токов:

Следовательно, мощность, потребляемая нагрузкой,

Таким образом, при равномерной нагрузке мощность, потребляе­мая от трехфазной сети, независимо от схемы включения нагрузки, выражается следующей формулой:

Пример. Линейное напряжение трехфазной осветительной установки равно 220 в, а линейный ток 9,9 а. Определить, сколько ламп включено параллельно в каждую фазу нагрузки при соединении этих фаз треугольником и какова мощность всей установки, если каждая лампа потребляет ток 0,52 a .

Решение. Фазное напряжение равно линейному, т. е

Число ламп, включенных параллельно в каждой фазе,

,

т. е. всего включено ламп

Мощность всей установки, имея в виду, что при осветительной нагрузке cos j=1, находим по следующей формуле:

При неравномерной нагрузке мощности в фазах различный (PAPB PC) и суммарная мощность, потребляемая нагрузкой, равна:

Для измерения мощности применяют специальные измерительные приборы, называемые ваттметрами. При симметричной нагрузке мощность, потребляемая от трехфазной системы, может быть определена одним однофазным ваттметром. В четырехпроводной системе (с нулевым проводом) токовая обмотка ваттметра включается последовательно в один из линейных проводов, а обмотка напряжения — между тем же линейным и нулевым проводами. При таком включении показание ваттметра определит мощность в одной фазе Рф, а так как при равномерной нагрузке мощности всех фаз одинаковы, то суммарная мощность трехфазной системы Р = 3 Рф.

В трехпроводной системе обмотка напряжения ваттметра включена на линейное напряжение сети, а по токовой его обмотке протекает линейный ток. Поэтому мощность трехфазной системы в раз больше показания ваттметра Pω, т. е. Р=Рω.

При несимметричной нагрузке одного ваттметра для определений мощности трехфазной системы недостаточно.

В четырехпроводной системе при несимметричной нагрузке необходимо включение трех ваттметров, обмотки напряжений которых включаются между нулевым и соответствующим линейным проводом. Каждый ваттметр измеряет мощность одной фазы и суммар­ная мощность трехфазной системы равна сумме показаний трех ваттметров, т. е. Р = Р1 + Р2 + Р3.

В трехпроводной системе при несимметричной нагрузке наиболее часто используют схему двух ваттметров, которая не может быть использована в четырехпроводной системе. В схеме двух ваттметров обмотки напряжений каждого ваттметра соединены с входным зажимом обмотки тока и линейным проводом, оставшимся свободным. Полная мощность трехфазной системы равна сумме показа­ний ваттметров, т. е. Р=Р12

В лабораторной практике для этой схемы измерения мощности применяют один ваттметр и специальный переключатель, который без разрыва цепи тока дает возможность включать этот ваттметр как в один, так и в другой линейный провод.

При больших углах сдвига фаз между напряжением и током по­казания одного из ваттметров могут оказаться отрицательными и для измерения мощности необходимо изменить направление тока в обмотке тока, переключив ее. В этом случае суммарная мощность равна разности показаний ваттметров, т. е. Р = Р1 — Р2.

Энергия в трехфазной системе измеряется как однофазными, так и трехфазными счетчиками электрической энергии. Включение одно­фазных счетчиков в трехфазную сеть подобно включению ваттмет­ров, описанному выше.

Трехфазные счетчики составляются из двух или трех однофаз­ных, размещенных в одном корпусе и имеющих общий счетный ме­ханизм, и называются соответственно двухэлементными и трехэле­ментными. В трехпроводной системе (без нулевого провода) при­меняют двухэлементные, а в четыре проводной системе (с нулевым проводом) —трехэлементные счетчики. Схема включения счетчика электрической энергии указывается на съемной крышке, которой закрывается панель зажимов.

О наболевшем — Или расчет силы тока трехфазных асинхронных двигателей на 380В

Кстати при установке новых двигателей ничего и считать не надо, как правило номинальный ток для обоих режимов (звезда 380 и треугольник 220) указан на шильдике, вместе со всеми остальными параметрами.

Так какже, правильно расчитать, грубо или поточнее мощность асинхронного двигателя в стандартной ситуации?
Для начала определимся с это самой «стандартной ситуацией» и с чем ее едят.
Стандартной я называю ситуацию, когда двигатель расчитанный на 380220 звездатреугольник, подключается на стандартные 380 звездой, на все три фазы. В промышленности это встречается наиболее часто, и также часто вызывает вопросы по поводу того, какого номинала автоматы ставить, ибо многие, знают стандартную формулу мощности I=PU и почемуто, видимо от большой грамотности или большого ума, от которого горе по Грибоедову, начинают для трехфазной нагрузки применять ее.

А теперь раскрываю секрет, страааашный секрет.
Для расчета защиты маломощных двигателей на 380В, мощностью до 30 квт вполне достаточно умножить мощность ровно на 2, то есть P*2=

In , автомат все равно выбирается ближайший по номиналу в большую сторону, то есть 63А для 30 квт двигателя, имеющего на валу нагрузкой ну скажем турбину вентилятора типа Циклон. Это страаашный, нигде в учебниках не озвученный секретный экспресс-метод грубого расчета силы тока двигателей на 380В. Почему так? Очень просто при U=380В на один КВТ мощности приходится примерно сила тока в 2 Ампера. (Да меня щас побьют теоретики, которые помнят про КПД и Косинус ФИ. Помолчите Господа, пока помолчите, я же сказал, для МАЛОМОЩНЫХ двигателей до 30 квт, а для низких мощностей, зная модельный ряд наших автоматов, эти 2 значения можно и не учитывать, особенно если нагрузка на вал минимальная)

Читайте так же:
Срок эксплуатации индукционного электросчетчика

А теперь представим типовой двигатель* со следующими параметрами:
P=30 квт
U=380 В
сила тока на шильдике стерлась.
cos φ = 0,85
КПД=0,9

Как найти его силу тока? Если считать так, как советуют и сами считают упрямые «очень умные» горе-инженера, особенно любящие озадачивать этим вопросом на собеседованиях, то получаем цифру в 78,9А, после чего горе-инженера начинают лихорадочно вспоминать про пусковые токи, задумчиво хмурить брови и морщить лбы, а затем не стесняясь требуют поставить автомат минимум на 100А, так как ближайший по номиналу 80А будет выбивать при малейшей попытке запуска офигенными пусковыми токами. И переспорить их очень тяжело, так как все нижеследующее вызывает у умных дяденек бурю эмоций, недержание мочи и кала, разрыв шаблона, и погружение в глубокий транс с причитаниями и маханием корочками тех универов где они учились считать и жить..

если считать грубо, то 30*2=60А

Более полная формула, рекомендованная к применению выглядит несколько иначе.
Мощность в квт переводится в ватты, для чего 30*1000=30000 вт
Затем ватты делим на напряжение, затем делим на корень квадратный из 3(1,73), (у нас же ТРИ ФАЗЫ) и получаем примерную силу тока, которую нужно уточнить, поделив дополнительно на cos φ(коэффициент мощности, ибо всякая индуктивная нагрузка имеет и реактивную мощность Q) и затем, уточнить еще раз, поделив при желании на КПД, итак:

Уточняем расчет: 53,6А,9 = 59,65А (Кстати программа электрик, считающая по похожей формуле, выдает более точные данные 59,584 А, то есть немного меньше чем мой проверенный временем расчет. то есть расчет довольно точен, а расхождения в десятые и сотые доли ампера в нашем случае никого особо не волнуют, почему — написано ниже)

59,65 Ампер, — почти полное совпадение с первым грубым расчетом, расхождение составляет всего лишь -0,35А, что для выбора автомата защиты не играет никакой роли в данном случае. Ну и какой же автомат выбрать??
При условии что нагрузка на валу не велика, скажем какая нибудь турбина вентилятора, можно смело ставить ВА 47-29 на 63А фирмы ИЭК, категории С..наиболее часто встречающиеся.
На вопли о пусковых токах могу смело ответить, что 63А пакетник категории В,С,D выдерживает по току превышение 1,13 раза дольше часа и 1,45 раза меньше часа, то есть если на автомате написано 63А, то это не значит, что при броске до 70А его сразу выбьет. Нифига подобного, нагрузку в 113% (сила тока равна 71,19А) он будет держать минимум час, особенно это касается дорогих автоматов фирм ЛеграндАВВ, и даже при силе тока в 145% номинала = 91,35А он гарантированно продержит несколько минут, а для раскрута асинхронника и выхода на номинальный режим достаточно нескольких секунд, как правило от 5 до 20 секунд. За это время тепловой расцепитель автомата тупо не успеет разогрется и отключить нагрузку.
Конечно, умные дяди мне сейчас напомнят, что у автомата есть еще электромагнитный расцепитель, и уж он то, ну уж он то точно отрубит при превышении 63А несчастный двигатель. Хахаха, хрен вам и горе умное.

Буковки B,C,D, и некоторые другие в наименовании автомата как раз характеризуют кратность уставки электромагнитного расцепителя, и равна она

В — 3. 5
С — 5. 10
D — по ГОСТ Р — 10. 50, большинство производителей заявляет диапазон 10. 20.

Есть более редко встречающиеся
G — 6,4. 9,6 (КЭАЗ ВМ40)
K — 8. 14
L — 3,2. 4,8 (КЭАЗ ВМ40)
Z — 2. 3

То есть автомат категории С на 63А гарантированно отключится электромагнитным расцепителем только в диапазоне 315-630А и выше, чего при запуске исправного асинхронника на 30 квт никогда все равно не будет.
Второй законный вопрос- какой провод положить на наш двигатель. Ответ- кабель 4х16 миллиметров квадратных, с лихвой хватит, при длине до 50 метров, при большей длине лучше 25мм выбирать, ибо потери.

Все цифры проверены многократно, лично мной, и экспериментально. Проверены и по выбранным автоматам и по многократным замерам реальной силы тока токовыми клещами.

*-Единственное примечание и уточнение: У старых двигателей советского производства, вновь вводимых в эксплуатацию могут быть меньшие значения косинуса фи и КПД, тогда сила тока может быть чуть выше чем значение грубого расчета. Просто выбирается следующий по номиналу автомат на 80А. Не ошибётесь!

Второе примечание:
Для грубого расчета силы тока двигателя подключенного треугольником к сети 220 через конденсатор, можно взять мощность двигателя в Киловаттах, ну например теже 30 КВТ и умножить примерно на 3,9 и так: 30*3,9=117А
А для расчета конденсатора можно воспользоваться сайтом http://www.skrutka.ru/sk/tekst.php?id=13

Читайте так же:
Климатическое исполнение счетчиков электроэнергии

и посмотреть что приведенный расчет тока не сильно грешит

Трехфазное напряжение 380В. Об электрификации жилых домов.

В этой статье мы поговорим об электрификации жилых домов, что такое трехфазное напряжение 380В и как из него получается напряжение 220В.

Целый ряд бытовых электроприборов требует иного, чем обычная лампа, фен, пылесос, паяльник, подключения. К таким нестандартным приборам относятся, во первых, устройства требующие наличия защитного заземления (компьютеры, автоматические стиральные машины), во вторых, устройства большой мощности (электрочайники, кондиционеры, СВЧ-печи, плиты, духовки, водонагревательные приборы) и в третьих, это приборы, требующие для подключения особой разводки электропроводки — трехрожковые (и более) люстры.

Грамотное подключение вышеупомянутых бытовых приборов и устройств к электросети очень важно, т. к. невыполнение правил их подключения может привести к возгоранию, электротравме или выходу прибора из строя. Ниже мы рассмотрим устройство защитного заземления (зануления) и установку специального прибора электрозащиты — устройства защитного отключения (УЗО) для подключения компьютера и автоматической стиральной машины, устройство и правила защиты электросети от перегрузок для подключения мощных электроприборов, а также схему разводки электропроводки для подключения многорожковой люстры.

Итак если вы посмотрите на вилку какого-либо современного электроприбора, то увидите что она сделана т. н. евростандарту, т. е. имеет не два, а три контакта для подключения трехпроводной штепсельной розетке, или к евророзетке. Для чего же нужен третий провод в евророзетке и вилке под нее, и что такое особенное скрывается в конструкции приборов, рассчитанных именно на такое подключение.

Для того чтобы разобраться в различие числа проводов в различных розетках, а также в предназначении заземления и защитного зануления и в работе защитных устройств, необходимо знать, каким именно образом проводка в наших домах идет от питающего генератора или трансформаторной подстанции до распределительных щитков наших квартир.

Тот ток, который идет непосредственно он генератора или трансформаторной подстанции, существенным образом отличается от тока, который мы имеем в розетках, выключателях и прочих точках установки электроприборов в наших квартирах, хотя этот же переменный ток с частотой 50+-0,1Гц (такая частота и такой допуск, по крайней мере, установлены в соответствующих нормативных документах).

Однако ток, идущий от генератора или трансформаторной подстанции, в отличие от тока в квартирной электросети — трехфазный, т. е. является суммой трех переменных токов, но сдвинутой на 120 градусов фазой, а это значит, что максимумы напряжений компонентов трехфазного тока не совпадают, а являются сдвинутыми относительно друг друга на 1/3 периода колебаний. Каждая составляющая компонента трехфазного тока имеет сокращенное название «фаза».

Статорные обмотки питающего генератора трехфазного тока или вторичные обмотки трансформатора на подстанции соединены «звездой», т. е. три их конца соединяются в одной общей точке. Другие концы обмоток являются свободными, и к ним подключаются провода, называемые фазными (всего их три). В электротехнике фазные провода имеют обозначение соответственно L1, L2, L3, а фазный провод однофазной цепи обозначается просто буквой L.

При такой схеме включения обмоток генератора или трансформатора к источнику тока можно подключать лишь определенный класс электроприборов, рассчитанных на питание переменным трехфазным током и конструктивно обеспечивающих равенство нагрузки всех трех фаз. Однако такие электроприборы за-за дороговизны, материало- и трудоемкости изготовления, необходимости выполнение условия равной нагрузки фаз при работе (что очень трудно осуществить), а также из-за незащищенности их и электросети в случае аварии на практике применяются исключительно редко.

Для питания трехфазным током потребителей с неравной нагрузкой фаз, к которым относится электрифицированные строительные сооружения (и в т. ч., разумеется, жилые дома), производственные сооружения и площади, трехпроводную линию питания трехфаным токам необходимо заменить на четырехпроводную, подключив четвертый провод к точке соединения обмоток трансформатора или генератора. Этот четвертый провод называется рабочим нулевым, по скольку в случае равенства фазовых нагрузок ток в этом проводе равен нулю, и его можно исключить из цепи. Это, однако, не означает, что для питания потребителей нулевой провод не нужен: напротив, как уже было сказано выше, при питании трехфазным током потребителей с неравной нагрузкой фаз, наличие нулевого провода является обязательным. В электротехнике рабочий нулевой провод, как правило обозначается латинской буквой N, в старых изданиях и чертежах он может иметь обозначение L0.

На вводно-распределительное устройство наших домов поступает переменный трехфазный ток с частотой 50Гц и с линейным напряжением (т. е. напряжением, измеренным между любыми двумя фазными проводами), точнее, с амплитудой линейного напряжения: ведь ток переменный — 380В. Фазное напряжение, т. е. напряжение, измеренное между любым фазным проводом и рабочим нулевым проводом, для сети трехфазного тока в 1,73 раза меньше линейного, и при линейном напряжении 380В значение фазного напряжения равно 220В.

Во вводно-распределительном устройстве поступающий в него трехфазный ток распределяется по трем группам потребителей однофазного тока. В жилых домах, каждая такая группа — это определенное число квартир, напряжение в которые поступает по общему для них какому-либо фазному проводу и рабочему нулевому проводу. Относительно квартирной сети это значит, что те два провода, которые есть в каждой розетке или выключателе — это провод соединенный с одним из фазных проводов L1, L2 или L3 и провод, соединенный с рабочим нулевым проводом N. Естественно, что напряжение 220В в квартирной электросети — это фазное напряжение в сети трехфазного тока с линейным напряжением 380В. В тех квартирах, где напряжение электросети равно 127В, линейное напряжение в сети трехфазного тока равно 220В.

Читайте так же:
Двухтарифный счетчик выходной день

Теперь рассмотрим возникающие в сети трехфазного напряжения аварии и применяемые для предотвращения их пагубных последствий меры электрозащиты. Начнем с самого простого — с замыкания одного из фазных проводов на землю. Такое может произойти, например, при повреждении линий электропередачи (обрыв провода). В этом случае может возникнуть опасное для жизни напряжение между рабочим нулевым проводом и землей. Чтобы в случае аварии фазного провода сделать это напряжение минимальным, не представляющем угрозы для жизни, рабочий нулевой провод (вернее, не сам провод, а среднюю точку генератора или трансформатора) соединяют с землей — заземляют. При этом потенциал рабочего нуля совсем ненамного отличается от потенциала замели (ее потенциал в электротехники принят равным нулю), т. к. необходимо еще учитывать хотя и малое, но конечное сопротивление заземления (если считать сопротивление заземления равным нулю, то потенциал рабочего нуля будет в точности равен потенциалу земли). Сеть подключенным таким образом генератором или трансформатором называется сетью с глухозаземленной нейтралью. Существуют еще сети с изолированной нейтралью, но для электрификации жилых домов в нашей стране они не используются.

Сеть с глухозаземленной нейтралью. Сеть с изолированной нейтралью

В сельской местности, однако, электрификация домов, в особенности если она была выполнена несанкционированно и с нарушением ПУЭ, может быть произведена сетью с изолированной нейтралью. Такое происходит например когда провода до щитка частного дома идут непосредственно от ВЛЭП (воздушной линии электропередачи), без надлежащего заземления щитка. В этом случае при обрыве фазного провода на нуле может образоваться напряжение, равное напряжению на фазном проводе (380 или 220В).

Обрыв нулевого провода — весьма серьезная аварийная ситуация, которая при отсутствие надежных средств защиты может привести к катастрофическим последствиям. в сетях трехфазного тока вследствие несиметричной нагрузки обрыв рабочего нулевого провода ведет е повышению фазного напряжения во всех трех группах однофазных потребителей. В самом плохом случае, при только одной нагруженной фазе и двух других холостых (например если в таких квартирах в данный момент никто не пользуется электричеством) на фазном проводнике фазное напряжение не меняется, но на нулевом в это же время имеется разноименное фазное напряжение, т. е. напряжение в сети моментально подскакивает в два раза!

Поэтому в водно-распределительном устройстве должно обязательно предусматриваться защитное устройство — реле максимального напряжения, отключающее при обрыве рабочего нулевого проводника одновременно, как фазные проводники, так и сам рабочий нулевой проводник. По той же самой причине на рабочий нулевой проводник категорический запрещается ставить различные коммутирующие элементы, а также защитные устройства и предохранители, размыкающие только рабочий нулевой провод.

Рассмотрим еще одну, довольно часто втречающуюся ситуацию — пробой фазного провода на металлический корпус электроприбора. Таким прибором может быть генератор трехфазного тока, трансформатор или же бытовой электроприбор — пылесос, стиральная машина, компьютер и т. д. Чтобы обезопасить человека от поражения электрическим током при случайном контакте с оказавшимися под напряжением металлическими нетоковедущими частями электроприборов, эти части заземляют (защитное заземление).

Если питающая прибор электросеть выполнена по схеме с глухозаземленным рабочим нулем, их присоединяют отдельным проводником к этой глухозаземленной нулевой точке (защитное зануление). Провод при помощи которого выполняется защитное зануление, называется нулевым защитным и в электротехнике обозначается латинскими буквами PE. Третий, обособленный провод, который присутствует во всех евророзетках — это как раз и есть нулевой защитный провод.

Здесь необходимо сделать следующее пояснение: хотя рабочий нулевой провод и нулевой защитный провод в конечном итоге присоединяются к одной точке генератора или трансформатора, по сути своей это различные провода, т. к. по рабочему нулевому проводу нормально (т. е. при штатном не аварийном состоянии сети) течет ток, тогда как по нулевому защитному проводу нормально ток не течет.

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
  • Откуда вообще появилось понятие переменный ток?
  • Выводы: преимущества трёхфазной системы

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.

Читайте так же:
Схема подключения электросчетчика активный реактивный

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.

Примерно так рассуждая, американский изобретатель Никола Тесла и изобрёл сначала переменный ток, а затем и трёхфазную систему генерации тока с шестью проводами. Он расположил три катушки вокруг магнита на равном расстоянии под углами 120 градусов, если за центр углов принять ось вращения магнита.

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

Читайте так же:
Срок межповерочного интервала электросчетчика что это такое

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.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector