Трехфазная сеть

[sergey zhukov]

Переменный ток по сути имеет два главных приемущества перед постоянным:

1. Его очень просто преобразовывать при помощи трансформатора (постоянный же ток и по настоящее время преобразуется посредством промежуточного преобразования его в переменный);
2. Он может вращать асинхронные двигатели.

Для первого достаточно одной синусоиды, для второго - двух с фазовым сдвигом 90. Почему повсеместно победила система трех синусоид с фазовым сдвигом 120?

[Dmitriy40]

Вы уже ознакомились с вики?

[sergey zhukov]

Хм. Кажется, что я не совсем понимал, чем отличается система двух синусоид со сдвигом 90 от системы трех синусоид со сдвигом 120. Мне казалось, что тут принципиальная разница, а на самом деле первый случай - это та же самая трехфазная сеть, только плохо сбалансированная:

Преимущества многофазных цепей перед однофазными вроде бы ясны: непрерывная передача мощности, вращающееся поле, экономичность.

Последнее, по моему возникает из-за того, что трехфазная сеть фактически передает мощность на напряжении ~380В, а не на ~220В, как однофазная. В большинстве случаев нулевой провод несет лишь маленький балансировочный ток. При удачной балансировке нагрузки по фазам он вообще перестает работать, и нагрузки получаются включенными в напряжение ~380В последовательно друг с другом, превращаясь в потребителя более высокого напряжения, что выгодно для сети.

Нечто подобное делал Эдисон в своих первых сетях постоянного тока. Он тоже пытался передавать энергию по трем проводам: $+110$В, 0В и $-110$В. Если у потребителя было два станка одинаковой мощности на напряжение 110В, то он должен был включать их так: один между $-110$В и 0В, другой - между 0В и $+110$В. Тогда они превращаются в нагрузку, потребляющую 220В, а нулевой провод нужен только для компенсации некоторой разности в мощностях этих станков. Его можно было делать малого сечения.

Если говорить о преимуществах переменного тока над постоянным, то экономичность - это скорее преимущество трех проводной схемы над двухпроводной, а не переменного тока над постоянным.

[rascas]

sergey zhukov в сообщении #1428750 писал(а):

для второго - двух с фазовым сдвигом 90

Это у вас получается уже четырёхфазное напряжение, нет уж лучше трёхфазное.

sergey zhukov в сообщении #1428750 писал(а):

Почему повсеместно победила система трех синусоид с фазовым сдвигом 120?

На мой взгляд основное (а может и единственное) преимущество трёхфазного напряжения это минимальное количество фаз для создания равномерного вращающегося магнитного поля для работы электродвигателей. Направление вращения этих двигателей легко менять (достаточно поменять местами две любые фазы).
И это также минимальное количество фаз для создания генераторов с частотой вращения 3000 об/мин (однополюсных), создающих равномерную нагрузку на турбину.

[EUgeneUS]

rascas
Это все (равномерность нагрузки и вращающееся поле) получается и при двухфазной сети со сдвигом фаз на $\frac{\pi}{2}$.

-- 04.12.2019, 10:36 --

А вот действительные минусы двухфазных сетей:

Раз:

Цитата:

Передаваемая мгновенная активная мощность в трёхфазных и двухфазных электрических сетях постоянна при симметричной нагрузке. Однако в однофазных сетях мгновенная активная мощность колеблется с частотой, в два раза большей частоты напряжения в линии. Эти пульсации мощности приводят к повышенному шуму и механическим вибрациям в электрооборудовании с намагничивающимися материалами из-за магнитострикционного эффекта, а также к вращательным вибрациям валов электродвигателей.

Два:

Цитата:

Двухфазные контуры обычно используют две отдельные пары токонесущих проводников. Могут использоваться и три проводника, однако по общему проводу течёт векторная сумма фазных токов, и поэтому общий провод должен иметь больший диаметр. В отличие от этого, в трёхфазных сетях при симметричной нагрузке векторная сумма фазных токов равна нулю, и поэтому в этих сетях возможно использовать три линии одинакового диаметра. Для электрических распределительных сетей требование трёх проводящих линий лучше, чем требование четырёх, поскольку это даёт значительную экономию в стоимости проводящих линий и в расходах по их установке.

отсюда

[rascas]

EUgeneUS в сообщении #1428785 писал(а):

двухфазной сети со сдвигом фаз на $\frac{\pi}{2}$

В двухфазной сети сдвиг фаз: $\frac{2\pi}{2}$
В трёхфазной сети сдвиг фаз: $\frac{2\pi}{3}$
В четырёхфазной сети сдвиг фаз: $\frac{2\pi}{4}$

На мой взгляд лучше уж трёхфазная сеть, чем четырёхфазная.

[EUgeneUS]

rascas
Это Вы чего-то нафантазировали.

Хотим равномерную нагрузку в двух фазной сети, тогда:
$P(t) \sim \sin^2 \omega t + \sin^2 \omega (t+\varphi) \equiv \operatorname{const}$
Найдите $\varphi$

[rascas]

EUgeneUS в сообщении #1428787 писал(а):

Это Вы чего-то нафантазировали.

Да, верно, это моя терминология Предполагающая наличия нулевого провода, фазных проводов, и равномерное распределение сдвигов фаз.

[sergey zhukov]

rascas в сообщении #1428779 писал(а):

Это у вас получается уже четырёхфазное напряжение

Да нет. Имелось ввиду три провода А, В и С таких, что между А и В - одна синусоида, а между В и С - другая (сдвинутая на 90).
Только конечно же нужно посмотреть еще, что тогда будет между А и С. Там будет синусоида с амплитудой $\sqrt{2}$, сдвинутая на 30. Логично тогда сделать систему этих трех синусоид симметричной, раз их все равно уже три.

rascas в сообщении #1428779 писал(а):

На мой взгляд основное (а может и единственное) преимущество трёхфазного напряжения это минимальное количество фаз для создания равномерного вращающегося магнитного поля для работы электродвигателей

Минимальное количество синусоид для создания равномерного вращающегося поля - две, а не три. Берем двигатель с обмотками, расположенными под углом 90, каждую питаем от двух проводов (А В и С D), причем в одну обмотку подаем синус, а в другую - косинус. Двигатель прекрасно работает.
Далее, желая сэкономить, объединяем провода В и С двух обмоток в один общий. И замечаем, что ничего это нам в плане экономичности не дает, т.к. у синуса и косинуса ток в общем проводе всегда складывается. Этот общий провод ВС все равно должен быть вдвое толще, чем А и D. Тут мы замечаем, что между проводами A и D получается еще одна синусоида, которая имеет бОльшую амплитуду и сдвинута на 30, а мы ведь ее не используем. Если бы мы использовали ее, то токи в проводах упали бы, т.к. эта синусоида имеет бОльшее напряжение. Вот тогда мы могли бы сэкономить на проводах. Мы приделываем к нашему двигателю еще одну обмотку, смещенную на 30 и намотанную под указанное напряжение и этот уродец тоже работает. И наконец мы понимаем, что нужно же просто сделать все три обмотки двигателя равными и сдвинутыми на 120, и то же самое сделать с сетью.

[wrest]

sergey zhukov в сообщении #1428778 писал(а):

Если говорить о преимуществах переменного тока над постоянным, то экономичность - это скорее преимущество трех проводной схемы над двухпроводной, а не переменного тока над постоянным.

Вы смотрите только на экономичность последней мили. Но забывать о том, что электричество идёт таки с электростанции, которая дальше от потребителя, чем одна миля, не стоило бы. У переменного тока, как вы совершенно верно писали в первом посте, преимущество в легкости преобразования\согласования сопротивлений источника и нагрузки (повышения\понижения напряжения трансформаторами). Вот именно отсюда и происходит экономичность переменного тока. Плюс -- гальваническая развязка источника и нагрузки (а также всех промежуточных звеньев -- между трансформаторами), что повышает качество продукта (электроэнергии).

Кино "Война токов" посмотрите :) Я ещё не видел, но вроде бы как раз о том.

[sergey zhukov]

wrest в сообщении #1428791 писал(а):

Вот именно отсюда и происходит экономичность переменного тока

Да, я это тоже считаю главной причиной, почему переменный ток вообще появился и победил.
Гальваническая развязка - не думал об этом. Да, это удобно.

Вот еще вопрос, связанный с сетями переменного тока. Почему нейтраль заземляется? Ведь по сути мы берем один из питающих проводов и кладем его себе под ноги. Осталось только коснуться второго. Почему вообще все токонесущие провода не изолируют от земли?

[rascas]

EUgeneUS в сообщении #1428785 писал(а):

А вот действительные минусы двухфазных сетей:
Раз:

Цитата:

Передаваемая мгновенная активная мощность в трёхфазных и двухфазных электрических сетях постоянна при симметричной нагрузке. Однако в однофазных сетях мгновенная активная мощность колеблется с частотой, в два раза большей частоты напряжения в линии. Эти пульсации мощности приводят к повышенному шуму и механическим вибрациям в электрооборудовании с намагничивающимися материалами из-за магнитострикционного эффекта, а также к вращательным вибрациям валов электродвигателей.

EUgeneUS, а ведь в этом абзаце и не говорится про какой либо недостаток двухфазной сети. Здесь говорится про недостаток однофазной сети.
Поэтому это замечание к двухфазной сети надо снимать.

[wrest]

sergey zhukov в сообщении #1428793 писал(а):

Вот еще вопрос, связанный с сетями переменного тока. Почему нейтраль заземляется?

Вопросы заземления, насколько я понимаю, это главным образом вопросы безопасности (в том числе для жизни человека), и разные схемы применяются для исключения тех или иных рисков поверждения или поражения электрическим током при различных неисправностях. Нейтраль (в "звездных" схемах) не всегда заземляется, к слову сказать.

[EUgeneUS]

rascas в сообщении #1428797 писал(а):

Поэтому это замечание к двухфазной сети надо снимать.

Да, согласен.

[wrest]

sergey zhukov в сообщении #1428793 писал(а):

Почему вообще все токонесущие провода не изолируют от земли?

Ну как вы понимаете поверхность проводника это эквиппотенциальная поверхность. Нам, от электричества, надо чтобы разность потенциалов между проводниками была определенной (220В и т.п.), мы называем её напряжением питания, но нам НЕ надо, чтобы разность потенциалов между корпусом холодильника и нами была бы какой-то произвольной. Чтобы не помереть от этого, просто. Или чтобы где-то не проскочила искра и всё бы е взорвалось. Да, для этого применяют заземление корпусов. Но этого бывает недостаточно. Короче говоря, защитное заземление, зануление и т.п. -- большая тема :)