Мы продолжаем познавательную рубрику "В гостях у дядюшки Ома". Наш автор Виктор Марков, @markvial в интересной увлекательной форме познакомит вас с миром электричества, его тонкостями и особенностями, а также поделится полезными советами, наблюдениями своими личными изобретениями и лайфхаками.
Иллюстрация @konti
Предыдущие части: 1 часть 2 часть 3 часть 4 часть 5 часть 6 часть 7 часть 8 часть
Автор: @markvial
Часть 9. ПОЧЕМУЧНЫЕ ВОПРОСЫ
(продолжение)
- Почему три фазы?
Гуляя в лесу, мы часто видим опоры линии электропередач (ЛЭП) с тремя проводами сверху.
К примеру, вот такие линии.
А это распределительное устройство.
Так выглядит стандартная линия на 6кВ (шесть тысяч вольт) в сельской местности, где нет больших промышленных нагрузок и небольшие расстояния от подстанции до пункта распределения нагрузок.
На опорах видно только три провода. Почему не два, не четыре, а, именно, три?
История соревнования переменного и постоянного напряжений, а значит, конкуренции идей Эдисона и Теслы, говорит об одном – не должно быть спешки и коммерческого заслона в науке.
Практически Эдисон стоял в полушаге от решения передачи большой мощности через постоянный ток.
И не поспеши он тогда, испугавшись выводов Теслы о переменном напряжении, кто знает, может быть в наших домах был бы постоянный ток, который менее опасен для человека.
А при такой массовости распространения электричества, как сейчас, этот факт мог бы сыграть решающую роль.
Мы бы не знали огромных трансформаторов и трансформаторных будок на улицах городов, не боялись бы, что нас ударит током через землю и не держали бы в квартирах кучу выпрямительных устройств для зарядки мобильных телефонов и других гаджетов.
Но тогда нам неизвестен был бы асинхронный электродвигатель, с его уникальной простотой и стабильностью оборотов.
Суть вот в чём.
Во времена Эдисона, все генераторы содержали в своих конструкциях встроенные коммутаторы, которые выпрямляли напряжение.
Эдисон о них забыл. Привычка считать генератор источником только постоянного напряжения «замылила» его сообразительность.
А всего-то и надо было выделить этот коммутатор из тела генератора и перенести его в точку приёма электроэнергии.
Например, в отдельный дом. А потом от него распределять энергию по квартирам. Тут не нужны были бы толстые провода. В каждой квартире по 3 – 4 лампочки – всё! Вот и вся нагрузка.
То есть, схема такая. Один генератор, работающий от пара или падающей воды и много (по количеству домов) коммутаторов.
Постоянный ток в быту получался бы выгодным, безвредным (относительно, конечно, переменного) и универсальным.
Подтверждением тому вся наша современная кухонная и домашняя техника. Все пылесосы, стиральные машины, блендеры, комбайны, дрели, шлифмашинки, электролобзики и всё что крутится, кроме домашних вентиляторов, работают на универсальных коллекторных двигателях (УКД).
То есть, могут работать и от постоянного тока, и от переменного. Некоторые из них от постоянного тока работают даже лучше, отдавая больше мощности, чем от переменного.
Универсальный электродвигатель от минимойки авто, разобранный для ремонта.
Но во времена Эдисона коммутатор был неделимым целым с генератором и фирмы выпускающие генераторы, конечно, сопротивлялись бы такому разделению. Удешевление изделия никого не устраивало. Скорее всего, это и «зашорило» направление мысли Эдисона.
И он проиграл Тесле с переменным напряжением.
Тесла, заколдованный своей идеей о вращающемся магнитном поле, тоже рассуждал стандартно тем временам.
Но гениальность направления его размышлений переоценить трудно, даже невозможно.
Люди тогда понятия не имели, что такое фаза, что такое реактивная мощность, и зачем нужен сдвиг фаз.
Тесла первым сообразил, что обеспечив сдвиг фаз, он получит то самое вращающееся магнитное поле.
Что такое фаза каждый учебник трактует по-своему.
Я скажу проще.
Провод, по которому переменный ток приходит к нагрузке – это фаза. Провод, по которому ток уходит из нагрузки - ноль.
Что такое переменное напряжение 50 Гц?
Это напряжение, которое 50 раз в секунду доходит до двух своих максимумов напряжения, разной полярности по закону синусоиды, каждый раз пересекая нулевую отметку.
На графике это выглядит так.
Здесь t – время, u – напряжение, у нас 220 В. T – период, равный 1/50 сек.
Из графика видно, что период – это время, в течение которого напряжение совершает свой полный переход из нулевого состояния в нулевое, с заходом в плюс и минус. Период можно обозначить и от верхушки до верхушки значения «u».
Наши современники и эту особенность переменного тока научились превращать во благо. Используя современную элементную базу электроники, мы теперь можем получить от одного трансформатора двухполюсное постоянное напряжение. Многие мощные усилители низкой частоты работают именно от такого двухполюсного напряжения. Большое количество микросхем разного назначения тоже работают от такого питания.
Сразу замечу – фазы тока и напряжения в идеальном случае всегда совпадают.
Тесла в своих опытах добавлял к генератору обмотку и через дополнительный токосъёмник на том же генераторе получал ещё одну фазу. Поскольку обмотки были сдвинуты геометрически одна относительно другой, то и напряжение одной из обмоток запаздывало на какую-то величину. У него получилось на 90 градусов.
На графике это выглядело бы, что вторая фаза пересекает нулевые отметки посередине пиков первой.
Так впервые в мире Тесла получил сдвиг фаз.
Но сдвиг периода каждой фазы на 90 градусов (360/90 = 4) привело к использованию четырёхжильного провода.
Эдисон тут же этим воспользовался и запатентовал трёхжильный провод и сдвинул период не на 4, а на 3 части по 120 градусов.
На асинхронный двигатель это никак не повлияло, но принесло прибыль на экономии провода при строительстве линий электропередач.
Вот так и появилась трёхфазная сеть.
Чтобы не было путаницы с фазами, на всём пути от генератора до подстанций, фазы условились на схемах обозначать, как «А», «В», «С». Эти буквы есть и в русском и в английском алфавитах.
Шины от трансформаторов и распределительные провода маркируют цветом - фаза А – желтый, фаза В – зелёный, фаза С – красный.
График трёхфазного напряжения со сдвигом фаз на 120 градусов.
Сдвигая период на 120 градусов и предложив трёхпроводную систему, Эдисон тогда не предполагал, какой шикарный подарок он оставил современной электротехнике и всему электроснабжению.
Но об этом в следующей беседе.
Статья подготовлена сообществом "Гильдия Мастеров" (@vp-handmade), в рамках проекта Vox Populi.
Телеграм-сообщество — ответы есть там
Ваш пост поддержали следующие Инвесторы Сообщества "Добрый кит":
alex2016, kibela, vas, max-max, svetlanaaa, urii, phoenix, galina1, tristamoff, genyakuc, olga-olga, zaria, frodogrodno, vika-teplo, baltiyka, del137, wind33, oksi-m, polojayigor, mp42b, zhenek, amidabudda, xsen, anr, kr-alexey, chirakovalsky, katarinka, leonid96, sinilga, irisworld
Поэтому я тоже проголосовал за него!
Узнать подробности о сообществе можно тут:
Разрешите представиться - Кит Добрый
Правила
Инструкция по внесению Инвестиционного взноса
Вы тоже можете стать Инвестором и поддержать проект!!!
Если Вы хотите отказаться от поддержки Доброго Кита, то ответьте на этот комментарий командой "!нехочу"
dobryj.kit теперь стал Делегатом! Ваш голос важен для всего сообщества!!!
Поддержите нас:
Познавательно! Спасибо! :)
Пожалуйста! Продолжение следует. Заходите.