Фазна напруга

Давно і міцно увійшла в наше життя термінологія електротехніки часів перших дослідів з електрикою. Але зараз якось навіть в глухий кут стаєш, думаючи про часи, коли, як кажуть, «нічого не було». Жодна людина не зміг би просвітити, наприклад, про те, що таке фазна напруга, тому що такого терміну ще не було. Але все тече, все змінюється, і тепер десяток-другий різних варіантів напруг нікого не дивує. Перше застосування трифазного напруги, звідки все і пішло, відноситься до другої половини 19-го століття. Почалося все з дослідження явища електромагнітної індукції. Суть чергового експерименту була проста - по котушці пропускають електричний струм і вона притягує металевий стрижень. Далі - більше. Якщо поруч поставити ще одну котушку, вимкнути струм на першій і включити другу - стрижень знову притягнеться, але вже до другої котушці. Чудеса! Стрижень пересунувся в просторі тільки лише за допомогою почергової подачі струму на котушки! Ось так легко і, що називається, не виходячи з кімнати, в ті далекі часи робилися епохальні відкриття.

Якщо продовжити експеримент, хоча б навіть подумки, ставимо 100 котушок і по черзі їх включаємо-вимикаємо, то видно, що стрижень переміститься від першої до останньої. Змінимо конфігурацію розташування котушок - поставимо їх по колу, а замість стрижня закріпимо стрілку на осі по центру кола. І знову включимо-вимкнемо 100 разів: стрілка повернулася по колу і зайняла вихідне положення. Що ми отримали? Ми отримали примітивну модель обертового магнітного поля. Для цього на кожну котушку по черзі подавалося імпульсна напруга («включив-вимкнув»). Тут дуже важливо те, що черговий імпульс подавався з тимчасовим зрушенням по відношенню до попереднього, а амплітуда струму змінювалася від нуля до максимального значення - включено, і знову до нуля - вимкнено. В принципі, процес наростання і спаду струму в кожній котушці був однаковим. Такий повторюваний у часі процес називається циклічним, а період часу від одного максимуму до наступного - циклом.

Якщо протягом циклу струм в котушці змінює і величину, і напрямок, то його називають змінним. Напруга змінного струму характеризується наступними параметрами: амплітуда - максимальне значення струму або напруги, і частота - кількість коливань в секунду. Повертаючись до описаного вище експерименту з котушками, зауважимо, що кожна з них включалася окремо від інших (від свого джерела напруги), а цикли подачі напруги відрізнялися лише часом включення або, як кажуть електрики, фазою. Таким чином, різниця напруг тільки в тому, що у них різний момент включення струму в котушці, чи різна фаза напруги. Строго кажучи, фаза - це синонім слова «затримка». Слід мати на увазі, що поняття «фазна напруга» відноситься тільки до многопроводним системам, у яких джерела живлення одним кінцем підключені до загальної точки, а другі кінці кожного з них з'єднані з котушками. Так вже склалося історично, що ці живлять провідники теж називають фазами. У техніці найбільше застосування отримали системи з синусоїдальною формою напруги та зсувом фаз 120 °, тобто за часом це третина періоду робочої частоти. Основний технічний ефект від застосування трифазних систем - отримання обертового магнітного поля.

Для порівняння енергетичних характеристик напруги різних видів як еталон приймають напругу постійного струму. Для того щоб визначити еквівалент змінної напруги постійного, поступають таким чином: джерела відповідних напруг навантажуються однаковими споживачами і регулюванням одного з напруг добиваються виділення однакової кількості енергії в обох навантаженнях. Дослідним шляхом доведено, що фазна напруга, при якому виділення енергії в навантаженні однакове з еталоном, має амплітуду в 1,42 рази більше постійного. На практиці саме цю величину напруги показують прилади, і її називають чинним напругою змінного струму.

У побуті ми користуємося промисловими трифазними електричними мережами, про які говорять «3 на 380 Вольт». У таких мережах фазна напруга одно 220В, а його амплітудне значення - 308В.