Рисуя в тетрадке цветочки на уроке физики вы наверняка краем уха слышали какую-то дичь от учителя, что, типа, если рядом с проволокой провести одним из полюсов магнита, в проволоке возникнет электрический ток. Если провести другим полюсом магнита, ток в проволоке потечёт в другом направлении. Да, именно так и вырабатывается электричество на электростанциях.
За счёт течения реки (гидроэлектростанция) или выхода пара под давлением (атомная электростанция) происходит раскручивание огромного магнита. Рядом с магнитом в районе прохождения его полюсов при вращении, неподвижно расположена та самая проволока, где возникает электрический ток... нет, даже три проволоки, закреплённые треугольником по разные стороны от вращающегося магнита! Для компактности все эти проволоки смотаны в катушки.
Когда первый полюс магнита подходит к первой катушке, ток в ней начинает возрастать. В это время во второй катушке ток уже идёт на спад, потому что по мере приближения к первой катушке, этот полюс магнита отдаляется от второй. В третьей катушке в это время ток идёт уже в обратном направлении, потому что рядом с ней в это время проходит противоположный полюс магнита. Магнит вращается со скоростью 50 герц (оборотов в секунду).
Все три катушки одним концом соединены между собой. От этого места идёт нулевой провод. От трёх оставшихся концов катушек идут фазные провода, в которых величина напряжения циклически меняется от положительного максимума до отрицательного.
Если мы измерим напряжение на каждой катушке (т.е. между фазой и нулём), мы получим 230 вольт. Если измерим между фазами — получим 400 вольт, потому что когда на одной фазе напряжение максимально, и течёт в одну сторону, то по двум другим фазам ток течёт (уже или ещё) в другую сторону (что даёт напряжение противоположного знака). Разность между напряжениями разных знаков на разных фазах больше, чем максимальное напряжение между одной фазой и нулём.
Почему ток генерируют в три фазы, а не в две или четыре? Потому что это минимальное количество фаз, нужное для наиболее экономичной работы электродвигателей. Однофазные, двухфазные или четырёхфазные электродвигатели менее экономичны и более сложны конструктивно.
Изменение напряжения в трёх фазах во времени можно показать схематично:
В сети 325 вольт, а не 230!
Внимательный читатель, наверное, уже заметил, что в приведённом выше графике значение напряжения всех трёх фаз меняется в диапазоне от −325 до +325 вольт, а не от −230 до +230 вольт. Но почему? Мы ведь точно знаем, что в сети 230 вольт!
Дело в том, что 230 Вольт — это т.н. среднеквадратичное (эффективное, действующее) значение. То есть, если волны синусоиды превратить из плавных в прямоугольные, растянув их в верхней части в ширину за счёт уменьшения высоты пиков, то пики как раз провалятся до значения 230 вольт, превратившись в плоские макушки прямоугольников одинаковой ширины. Электроплитка, запитанная что синусоидами 325 вольт, что прямоугольниками 230 вольт, будет нагреваться одинаково.
При электрических расчётах учитывать форму синусоиды было бы слишком сложным. Поэтому для упрощения все расчёты ведутся так, как будто синусоида квадратная, что позволяет до безобразия упростить расчёт.
Пересчёт амплитуды напряжения в среднеквадратичное значение выполняется по формуле: 325 * (1 / √2) ≈ 230 вольт. Также из среднеквадратичного напряжения одной фазы легко получить среднеквадратичное напряжение между фазами: 230 * √3 ≈ 400 вольт. Напомню, что в тот момент, когда на одной фазе напряжение максимально, и находится в одной полярности, на двух других фазах оно одинаково, не в максимуме, и имеет обратную полярность. Это хорошо видно на графике. Поэтому разница между напряжениями фаз, с одной стороны, больше, чем между фазой и нулём, а с другой стороны, меньше, чем 230 + 230.
Почему 230 и 400 а не 220 и 380?
Раньше напряжение было действительно 220 и 380 вольт, но в 1992 году был введён новый ГОСТ 29322-92, устанавливающий повсеместный переход на напряжение 230 и 400 вольт, который должен был полностью закончиться к 2003 году.
Кстати, по расчётным нормам, напряжение к концу линии не должно падать более 5%. А это как раз 230 − 5% ≈ 220 вольт. То есть, чем ближе потребитель к трансформатору, тем ближе напряжение в его розетках к положенным 230 вольтам, а чем дальше от трансформатора, тем ближе к 220 вольтам. Фактически же из-за неравномерной нагрузки или плохого нуля напряжение может отличаться от расчётных, но по нормам ГОСТ 29322-2014 не должно превышать 10% (т.е. может колебаться от 207 до 253 вольт).
Таким образом, теперь 220 и 380 вольт — это просто минимальные расчётные значения напряжения линии.
Поставьте «лайк», подпишитесь на мой канал, оставьте комментарий, и мне будет приятно! ;-)