Как происходит получение трехфазной ЭДС

Понятный нам электрический ток «из розетки» вырабатывается генераторами переменного тока. Делается это так, как видно на рисунке. Рамка совершает вращательные движения с постоянной скоростью в магнитном потоке. Принцип получения переменного электротока строится на использовании явления электромагнитной индукции.

Графическое изображение переменного электротока

Поскольку сеть переменная, колебания напряжения в сети будут непостоянными. Наглядно их удобнее всего показывать в виде двухмерного графика. По оси абсцисс на нем отражается время, а по ординате — сила, которую вырабатывает цепь. Ее принято называть ЭДС — электродвижущей силой. На графике удобно отражать фазу ωt ± ψ. Она показывает, насколько изменилась величина ЭДС за определенный отрезок времени.

Когда такой цепи недостаточно, используют систему, где одновременно «работает» несколько потоков переменного электротока. Удобно применять сети, где во всех потоках электронапряжение является одинаковым, но максимальная ЭДС возникает в них в разное время. Такую систему ЭДС называют трехфазной. Принцип ее работы был разработан М. О. Доливо-Добровольским в 1891 году.

В системе так называемых трехфазных ЭДС одновременно функционируют три цепи с переменными ЭДС, которые имеют одинаковые параметры электронапряжения и частоты, но сдвинуты по отношению друг к другу на треть своего периода, то есть, на 120 градусов.

Как получают ЭДС с тремя фазами

Получение трехфазной системы ЭДС осуществляется с помощью трехфазного генератора. Его обмотки жестко соединены под углом 120 градусов. Вращаясь они пересекают силовые линии магнитного поля с определенной частотой. В обмотках под действием поля образуются одинаковые ЭДС, но сдвинутые на 120 градусов.

Устройство простейшего трехфазного электрогенератора представлено на рисунке. На второй иллюстрации схематически изображены векторы ЭДС, равные по модулю, но разнесенные в пространстве на треть своего периода.

Обмотки электрогенератора соединять с нагрузкой можно по-разному. Самым простым, но неэкономичным способом, является использование двух проводов для подсоединения каждой обмотки к нагрузке: прямого и обратного. В итоге выходит шесть несвязанных друг с другом соединительных проводов. Поэтому в целях экономии обмотки соединяют двумя способами, получившими название треугольника и звезды. Количество проводов при их использовании уменьшается до трех или четырех.

Каждую обмотку генератора называют фазой генератора, а каждую нагрузку — фазой нагрузки. Электротоки, протекающие по ним, считаются соответственно фазовыми электротоками генератора и нагрузки, а электронапряжения — фазовыми электронапряжениями. Фаза нагрузки представляет собой конечный пункт, где наведенная ЭДС передается принимающему устройству. Все вместе — фазу генератора, провода и фазу нагрузки можно назвать трехфазной цепью.

Особенности трехфазной симметричной ЭДС

Цепь называется симметричной, если комплексные сопротивления на всех фазах имеют одинаковые значения. Когда в электросети достигается симметричная ЭДС, то электротоки будут в фазах равными, но сдвинутыми на 120 градусов. Поэтому справедливым является вывод, что стандартная система на три фазы допускает работу с электротоками различных модульных значений, но в симметричной трехфазной цепи генерируются лишь электротоки одинаковых параметров.

Понятие симметричной трехфазной системы ЭДС оговаривается ГОСТом. Согласно этому документу, трехфазную систему можно назвать симметричной, если среднеквадратичные значения электротоков различаются между собой максимум на 20%. Данное условие придает системе стабильность и предоставляет возможность подключать различные механизмы и двигатели, работающие на электричестве.

Преимущества трехфазной электросети

Система, где одновременно функционируют три одинаковых потока электроэнергии, имеет массу преимуществ, которые позволили ей стать доминирующей во всех развитых странах:

• система с трехфазной ЭДС экономична, особенно при передаче электроэнергии на большие расстояния;
• используемые силовые кабеля содержат меньше металлов-проводников;
• трансформаторы трехфазного тока долговечнее и проще в эксплуатации;
• трехфазные электроцепи равномерно распределяют нагрузки на генератор, что продлевает срок его использования.

Широкому распространению трехфазных электроцепей способствует и то, что таким образом легко образуется вихревое магнитное поле, без которого невозможна работа электроприборов.

Вместо заключения можно подытожить:

• трехфазная ЭДС вырабатывается генераторами переменного тока, индуцирующими ЭДС, которые различаются начальными фазами;
• симметричные трехфазные ЭДС имеют одинаковые параметры переменного тока, они отличаются только фазой;
• трехфазная электроцепь состоит из источника, проводника и потребителя трехфазного электротока;
• трехфазные генераторы долговечны и просты в конструкции, поэтому используются в промышленных масштабах.

Указанные основные преимущества являются причиной широкого применения трехфазного электроснабжения во всех отраслях народного хозяйства.

Видео по теме