Линейное напряжение в электрических сетях

Видео: Перекос фаз

В каждой отрасли техники можно всегда найти своеобразное эхо давних времен, а именно названия, отражающие своего рода историю развития данного направления. И мало кто знает, что то или другое техническое понятие имеет длинный путь становления, привыкания, а в самом начале своего рождения знаменовало очередной, зачастую весьма значительный, шаг технического прогресса. Так, например, среди электрических терминов очень часто можно слышать выражения «трехфазное напряжение», «линейное напряжение», «постоянное» или «переменное напряжение» и множество других наименований со словом «напряжение».

Видео: Соединение звездой

Изначально как физическая величина напряжение определяется как разность потенциалов электрического поля, способная выполнить работу по перемещению электрического заряда из одной точки поля в другую. На перемещение заряда расходуется энергия поля, поэтому его величина, точнее, разность потенциалов, уменьшается до нуля. В реальной замкнутой цепи работа по перемещению электрических зарядов трактуется как электрический ток – результат перемещения электронов из одной точки цепи в другую. Чтобы он не изменялся, необходимо поддерживать разность потенциалов неизменной. Как известно, поддержанием тока в цепи «ведает» источник питания. От него и зависит, будет ли ток в цепи постоянным, т.е. не меняющим своей величины и направления, или переменным, меняющимся по некоторому закону. Термин «линейное напряжение» имеет смысл только для сетей переменного тока.

Наибольшее распространение в электротехнике получили сети переменного напряжения синусоидальной формы. Максимальное значение напряжения при его колебании называется амплитудой Ua. Для такого напряжения применяют дополнительные единицы измерения – частота F и фаза &psi-. Частота определяется количеством колебаний в единицу времени, а фаза - это временной сдвиг одинаковых точек колебания. Так уж сложилось исторически, что термином «фаза» стали называть и линию электропередачи переменного напряжения, если она является частью системы из многих фаз - обычно трех. Трехфазные сети были очередным достижением электротехники и имеют так много достоинств, что пройти мимо просто невозможно. И самое главное из них - это возможность крайне просто, фактически без всяких усилий, получать вращающееся магнитное поле – основной принцип работы любого электродвигателя. В трехфазной цепи различают фазное и линейное напряжение, а ее особенность заключается в том, что каждая из фаз имеет сдвиг по отношению к остальным двум +/- 120 град. Генератор трехфазного напряжения имеет выходные обмотки, в которых конструктивно задан сдвиг фаз. Каждая из обмоток имеет конец и начало: Н1-К1, Н2-К2, Н3-К3. В трехфазной системе возможны два варианта соединения фаз – «звезда» и «треугольник».

Видео: Работа под напряжением

При соединении «звезда» все концы соединяются в одну точку – «вывод 0», а начала служат выводными концами для генератора и входными для запитанного им устройства. В такой системе линейное напряжение - это величина, измеренная между любой парой выходных концов Н1, Н2, Н3, и его обозначают Ulin. Есть и еще одна характеристика трехфазной сети – фазное напряжение. Его обозначают Uf и измеряют между точками «вывод 0» и любым из выходных концов К1, К2 и К3. Опуская подробности, следует отметить, что, исходя из векторной диаграммы для трехфазной сети, соотношения между этими напряжениями Ulin = 3 * Uf. При соединении «треугольник» концы обмоток соединяют по кольцу: К1-Н1-К2-Н2-К3-Н3-К1. Каждое соединение «конец – начало» является выводом, и при этом линейное напряжение не отличается от фазного, т.е. Ulin = Uf. Интересно сравнить между собой постоянное напряжение Udir и амплитуду переменного напряжения Ua, например, исходя из одинаковой энергии, выделяемой в нагрузке. Для этого случая Udir = 2 * Ua.

Вот так на протяжении десятилетий копились знания о сущности и природе электричества, и незаметно простое понятие «напряжение» обросло родственными терминами, расширяющими наши возможности в использовании природных явлений для нужд человека.