Трифазний струм: його опис

Трифазний змінний струм. Дуже багато чули про існування такого. Однак стикаються з цим струмом люди, які працюють на виробництвах. У побуті трифазний струм не знаходить поки застосування. Тільки якщо ви не вирішили встановити у себе в гаражі токарний або фрезерний верстат, призначений для промислових потреб.

Що таке струм?

Струмом називають упорядкований рух заряджених частинок у провіднику. У металевому провіднику (проводи, кабелі) проводять струм електрони. У повітрі і рідини – іони.

Джерело струму або те, звідки починають свій рух електрони, позначають знаком «+», а те, куди вони приходять, позначають знаком «-». Це поведінка електричного струму називають постійним струмом. Він на протязі всього часу, поки замкнута ланцюг, не змінює свого напряму.

Змінний струм

Змінному струму властиво змінювати свій напрямок течії по провіднику. Для нашої мережі частота зміни напрямку, тобто, струм протек в одному напрямку, а потім повернувся, дорівнює 50 Гц.

Генерація змінного струму відбувається наступним чином: в статор, у якому обмотки намотані, встановлюється електромагніт, що створює магнітне поле, яке, в свою чергу, і змушує впорядковано рухатися заряджені частинки. При проходженні поруч з обмоткою магнітного поля сила струму зростає, і він протікає в одну сторону.

Після проходження піку сила магнітного потоку відносно обмотки спадає до нуля, а потім протилежним полюсом магніту знову зростає сила струму. Тільки в цей раз він протікає в зворотньому напрямку. Харчування на електромагніт приходить в залежності від конструкції генератора змінного струму.

Трифазний змінний струм

По-простому пояснити його можна так: це струм, який змінює свій напрямок одночасно по 3 провідникам. Сенс цього полягає в тому, що поки одна фаза знаходиться в піке, тобто, дає максимум струму, два інші — наполовину від максимального значення. І так виходить, що струм ніби розтікається між рештою двома фазами. Таке перетікання плавно, тому графік синусоїдальний.

Перевага змінного струму перед постійним

Тепер про переваги трифазного змінного струму. Пояснити це досить просто. Насамперед:

  • Машини, що генерують змінний трифазний струм, набагато простіше в пристрої і обслуговуванні, ніж генератори постійного струму.
  • Також вони дешевші в обслуговуванні та ремонті.

Машини, що працюють на змінному струмі, також прості в ремонті і обслуговуванні, у них відсутня искрящий колектор, як у двигуна постійного струму. Искрящий колектор є причиною перешкод радіосигналу, як аналогового, так і цифрового, тому деяка електроніка буквально «сходить з розуму» поруч з такими агрегатами. Машини постійного струму вимагають регулярного огляду, заміни щіток, а також їх складніше ремонтувати, і, як наслідок, дорожче.

Змінний струм в будь-який момент можна випрямити за допомогою діодного моста. Але він буде пульсувати.

Для того, щоб позбутися від пульсацій, в ланцюг встановлюють конденсатор і котушку. Ця конструкція називається L-C фільтром. При підвищенні струму конденсатор заряджається, трохи знижуючи максимальну величину, а при його падінні розряджається, згладжуючи пульсації, і напруга перестає падати до нуля. Котушка здатна згладити залишкові пульсації. Трифазний струм вирівнюється за допомогою випрямляча Миткевича або Ларіонова, при цьому на виході пульсації вже мізерні.

Випрямляч Миткевича виглядає так:

Недоліки змінного струму

В першу чергу, досить низька напруга, яка може завдати шкоди здоров’ю або навіть стати причиною смерті: всього 42 В при тому, що для постійного струму вважається небезпечним 110 Ст. Звичайно, ця цифра для кожного своя і залежить від безлічі факторів.

Також у машин змінного струму обмежена максимальна швидкість обертання: 3000 об. /хв. Це межа асинхронного двигуна. Швидкість обертання може бути нижче. Це залежить від кількості полюсних пар.

Для підвищення швидкості обертання асинхронного двигуна, а також для динамічного керування швидкістю доведеться використовувати частотний перетворювач. Чим вище частота, тим вище швидкість обертання магнітного потоку в просторі, а значить і ротора. Такі частотні перетворювачі досить дорогі.

Також недоліком є те, що отримати трифазний струм з постійного — дуже недешевий процес. Для перетворення чистого синусоїдальної напруги використовують инвенторы. Такі пристрої досить дорогі у виробництві. На ринку можна зустріти автоинвентор — прилад, який встановлюється в автомобіль для отримання з 12 В постійного струму 220в змінного на виході.

Проблема в тому, що там на виході змінний струм, але не синусоїдальний. Швидше, там знаходиться розгойданий постійний струм. Такі пристрої набагато дешевше, але, приміром, двигун від них працювати не буде. Суть в тому, що магнітний потік в моторі плавно перетікає при обертанні, а в даному випадку він буде змінюватися спалахами, що унеможливлює роботу асинхронного двигуна, і, швидше всього, виведе його з ладу.

Висновок

На закінчення хочемо сказати, що перераховані недоліки змінного струму, на наш погляд, неістотні, так як вони мають більш дешеві аналогічні рішення. Змінний струм більш універсальний, а високі потужності простіше перетворюються. Останнє відбувається за допомогою силових трансформаторів. Втрати, які утворюються на переходах в змінного струму, нижче, ніж у постійного. Наприклад, для передачі електроенергії на великі відстані напругу підвищують до величезних величин (35, 110, 220, 550 кВ) для того, щоб зменшити втрати. З постійним струмом ця історія не пройде, так як пристрою в теорії будуть дуже дорогими або ж принесуть величезні втрати.

Отже, можна зробити висновок про те, що трифазний струм — це найбільш оптимальне рішення з боку транспортування, перетворення і експлуатації.