Трехфазный переменный ток. Очень многие слышали о существовании такого. Однако сталкиваются с этим током люди, работающие на производствах. В быту трехфазный ток не находит пока применения. Только если вы не решили установить у себя в гараже токарный или фрезерный станок, предназначенный для промышленных нужд.
Что такое ток?
Током называют упорядоченное движение заряженных частиц по проводнику. В металлическом проводнике (провода, кабели) проводят ток электроны. В воздухе и жидкости – ионы.
Источник тока или то, откуда начинают свое движение электроны, обозначают знаком «+», а то, куда они приходят, обозначают знаком «-». Это поведение электрического тока называют постоянным током. Он на протяжении всего времени, пока замкнута цепь, не меняет своего направления.
Переменный ток
Переменному току свойственно изменять свое направление течения по проводнику. Для нашей сети частота изменения направления, то есть, ток протек в одном направлении, а затем вернулся, равна 50 Гц.
Генерация переменного тока происходит следующим образом: в статор, в котором намотаны обмотки, устанавливается электромагнит, который создает магнитное поле, которое, в свою очередь, и заставляет упорядоченно двигаться заряженные частицы. При прохождении рядом с обмоткой магнитного поля сила тока возрастает, и он протекает в одну сторону.
После прохождения пика сила магнитного потока относительно обмотки спадает до нуля, а затем противоположным полюсом магнита снова возрастает сила тока. Только в этот раз он протекает в обратном направлении. Питание на электромагнит приходит в зависимости от конструкции генератора переменного тока.
Трехфазный переменный ток
По-простому объяснить его можно так: это ток, который меняет свое направление одновременно по 3 проводникам. Смысл этого заключается в том, что пока одна фаза находится в пике, то есть, дает максимум тока, две другие - наполовину от максимального значения. И так получается, что ток будто бы растекается между двумя оставшимися фазами. Такое перетекание плавно, поэтому график синусоидальный.
Преимущество переменного тока перед постоянным
Теперь о преимуществе трехфазного переменного тока. Объяснить это достаточно просто. Прежде всего:
- Машины, генерирующие переменный трехфазный ток, намного проще в устройстве и обслуживании, чем генераторы постоянного тока.
- Также они дешевле в обслуживании и ремонте.
Машины, работающие на переменном токе, также просты в ремонте и обслуживании, у них отсутствует искрящий коллектор, как у двигателя постоянного тока. Искрящий коллектор является причиной помех радиосигнала, как аналогового, так и цифрового, поэтому некоторая электроника буквально «сходит с ума» рядом с такими агрегатами. Машины постоянного тока требуют регулярного осмотра, замены щеток, а также их сложнее ремонтировать, и, как следствие, дороже.
Переменный ток в любой момент можно выпрямить при помощи диодного моста. Но он будет пульсировать.
Для того, чтобы избавиться от пульсаций, в цепь устанавливают конденсатор и катушку. Эта конструкция называется L-C фильтром. При повышении тока конденсатор заряжается, немного снижая максимальную величину, а при его падении разряжается, сглаживая пульсации, и напряжение перестает падать до нуля. Катушка способна сгладить остаточные пульсации. Трехфазный ток выравнивается при помощи выпрямителя Миткевича или Ларионова, при этом на выходе пульсации уже мизерные.
Выпрямитель Миткевича выглядит так:
Недостатки переменного тока
В первую очередь, довольно низкое напряжение, которое может нанести вред здоровью или даже стать причиной смерти: всего 42 В при том, что для постоянного тока считается опасным 110 В. Конечно, эта цифра для каждого своя и зависит от множества факторов.
Также у машин переменного тока ограничена максимальная скорость вращения: 3000 об. /мин. Это предел асинхронного двигателя. Скорость вращения может быть ниже. Это зависит от количества полюсных пар.
Для повышения скорости вращения асинхронного двигателя, а также для динамического управления скоростью придется использовать частотный преобразователь. Чем выше частота, тем выше скорость вращения магнитного потока в пространстве, а значит и ротора. Такие частотные преобразователи довольно дорогие.
Также недостатком является то, что получить трехфазный ток из постоянного - очень недешевый процесс. Для преобразования чистого синусоидального напряжения используют инвенторы. Такие устройства довольно дорогие в производстве. На рынке можно встретить автоинвентор - прибор, который устанавливается в автомобиль для получения с 12 В постоянного тока 220 переменного на выходе.
Проблема в том, что там на выходе переменный ток, но не синусоидальный. Скорее, там находится раскачанный постоянный ток. Такие устройства намного дешевле, но, к примеру, двигатель от них работать не будет. Суть в том, что магнитный поток в моторе плавно перетекает при вращении, а в данном случае он будет меняться вспышками, что делает невозможным работу асинхронного двигателя, и, скорее всего, выведет его из строя.
Заключение
В заключение хотим сказать, что перечисленные недостатки переменного тока, на наш взгляд, несущественны, так как они имеют более дешевые аналогичные решения. Переменный ток более универсален, а высокие мощности проще преобразуются. Последнее происходит при помощи силовых трансформаторов. Потери, которые образуются на переходах у переменного тока, ниже, чем у постоянного. К примеру, для передачи электричества на большие расстояния напряжение повышают до огромных величин (35, 110, 220, 550 кВ) для того, чтобы уменьшить потери. С постоянным током эта история не пройдет, так как устройства в теории будут очень дорогими или же принесут огромные потери.
Итак, можно сделать вывод о том, что трехфазный ток - это самое оптимальное решение со стороны транспортирования, преобразования и эксплуатации.
А ЧТО ВЫ ДУМАЕТЕ ОБ ЭТОМ?