Электричество шаг за шагом

Мы уже знаем, что если вращать проволочную рамку в магнитном поле, то благодаря электромагнитной индукции в рамке наведётся э.д.с. А можно в общем магнитном поле вращать сразу несколько рамок или иных обмоток ротора и с каждой из них при этом получать э.д.с. (Р-92). Каждая такая рамка фактически представляет собой отдельный генератор, именуется он фаза, а вся система называется многофазной или трёхфазной, при трёх обмотках (рамках). Здесь мы ещё раз встречаемся с омонимами, с одинаковыми по написанию и звучанию словами, имеющими совершенно разное значение (вспомните слово «сила»). В многофазном генераторе фаза — это отдельный, самостоятельный источник Э.Д.С., совсем не то, что фаза как момент времени, соответствующий какому-либо событию, например, появлению амплитуды переменного тока (Р-57).

ВК-194.Основной элемент осциллографа, его электронно-лучевая трубка, даже в упрощённом виде смотрится сложным прибором. Из сильно разогретого током катода вылетают электроны и попадают в трубку, где из них формируется тонкий электронный луч. Попав в экран, покрытый светящимся веществом, луч создаёт на нём яркую точку, а при движении линию. На пути к экрану луч проходит две пары отклоняющих пластин. Напряжение на них взаимодействует с лучом, отклоняет его и рисует график.

Не нужно думать, что многофазная система даёт какой-то многократный энергетический выигрыш, скажем, сама по себе в несколько раз увеличивает мощность генератора. Генератор — это всего лишь преобразователь энергии, его выходная, то есть электрическая, мощность зависит от того, какая к генератору подводится механическая мощность, с какой силой вращает его ротор паровая турбина или дизель-мотор. Как ни увеличивай число рамок, а генератор не может выдавать больше энергии, чем получает. Многофазная система имеет, однако, другое важное достоинство — она позволяет по-разному соединять и использовать отдельные её фазы, и это порой даёт весьма ощутимый выигрыш.

Особо широкое распространение получили трёхфазные системы переменного тока, они лежат в основе практически всей современной индустрии производства, передачи и использования электрической энергии. Трёхфазный генератор упрощённо можно представить себе как вращающиеся в общем магнитном поле три рамки, равномерно распределённые по окружности, каждая рамка смещена по отношению к соседней на угол 120°. Каждая рамка — это фаза трёхфазного генератора, она выходит во внешний мир через свою пару контактных колец со скользящими отводами. Фазы могли бы работать самостоятельно, как три однофазных генератора, но никакого выигрыша это не даст.

Выигрыш, и немалый, можно получить, соединив фазы внутри генератора, причём есть два варианта соединений — звезда и треугольник (Р-92.4, Р-92.5). От всей системы трёх вращающихся рамок при соединении звездой достаточно четырёх выводов, при соединении треугольником — трёх. В случае звезды общий для всех трёх фаз провод называется нулевым, или нейтральным. Причём в генераторе и у потребителя фазы могут быть соединены по-разному, например, в генераторе звездой, а в нагрузке треугольником. Но в любом случае к потребителю от генератора отправляются три напряжения, сдвинутых по фазе на 120°. Здесь слово «фаза» уже относится к измерению времени, а сдвиги по времени появляются потому, что рамки пересекают магнитное поле последовательно, одна за другой, с запаздыванием на третью часть своего полного оборота, то есть на третью часть периода, на 120°.

ВК-195.На рисунке показаны два варианта передачи электрической мощности на большие расстояния. В первом случае (слева) без каких-либо преобразований передаётся полученная с электростанции мощность 400 Вт при напряжении 200 В. Во втором случае (справа) передаётся та же мощность, но перед отправкой напряжение повышают до 2000 В, а при передаче потребителю понижают примерно до 200 В. И вот вам результат: во втором случае потребитель из 400 Вт получил 396 Вт, а в первом случае всего 40.