Przed podjęciem odpowiedzi na powyższe pytanie należy przeprowadzić całą wycieczkę do historii i rozmieszczenia sieci elektrycznych prądu przemiennego. Ważne jest również, aby zrozumieć, że te terminy mają jasno zdefiniowane znaczenie tylko w kontekście opisanym poniżej..
Jak to się wszystko zaczęło
Podjęto pierwszą komercyjną próbę przekazania energii elektrycznej odbiorcom T. Edison, wykorzystując do tego sieć prądu stałego - szybko jednak stało się jasne, że zaproponowana przez niego architektura budowy sieci jest bardzo materiałochłonna i niewygodna, a każda skuteczna konwersja jednego napięcia stałego na drugie po stronie odbiorcy energii była po prostu niemożliwa (w tym czasie w zasadzie jeszcze nie istniała ani lampy elektroniczne, ani tranzystory, na których można by zbudować niezbędne konwertery urządzeń).
T. Edison
Następnie zaczął promować swój alternatywny system oparty na sinusoidalnym prądzie przemiennym. D. Westinghouse (sinusoidalny kształt nie jest spowodowany faktem, że komuś „szczególnie się podobało” - tylko prąd / napięcie tego konkretnego kształtu uzyskano w typowym generatorze z naturalnych przyczyn fizycznych). Oczywistym plusem korzystania z AC było to, że może być łatwo i wydajnie (Sprawność do ~ 99%) zamieniane na napięcie za pomocą prostego urządzenia elektromagnetycznego - transformatora (ma co najmniej dwa zwykle elektrycznie odseparowane uzwojenia / cewki, podczas gdy znajduje się na wspólnym obwodzie magnetycznym, zapewniając silne połączenie indukcyjne między nimi).
D. Westinghouse
Wielofazowe sieci elektryczne
Aby ulepszyć wyposażenie sieci prądu przemiennego, D.Vestinghouse zaprosił N. Teslę, który wynalazł i teoretycznie uzasadnił pracę wielofazowych sieci i maszyn elektrycznych, kładąc podwaliny pod zastosowanie dwufazowej sieci prądu przemiennego w USA i jednocześnie proponując układ trójfazowy wykorzystujący sześć przewodów do przesyłania energii elektrycznej. Z kolei M. Dolivo-
Dobrovolsky zaproponował znaczną poprawę trójfazowego układu N. Tesli, w którym tylko cztery lub nawet trzy przewody wystarczą do przeniesienia energii elektrycznej - co położyło fundament pod sieci energetyczne trójfazowe praktycznie w takiej postaci, w jakiej je znamy.
Uzwojenia między gwiazdami
Jak to działa i działa
Prosty układ jednofazowy można przedstawić jako dwa przewody, w jednym z których napięcie zmienia się zgodnie z prawem sinusoidalnym, a drugi przewód służy jako „masa”, gdzie to napięcie może się rozładować, gdy odbiornik (obciążenie) zostanie podłączony.
Ponieważ napięcie fazowe zmienia się zgodnie z prawem sinusoidalnym, łatwo wyobrazić sobie dwa inne przewody pod napięciem, w których faza rozpatrywana w pierwszej linii jest spóźniona o 120 stopni lub w fazie do przodu - wtedy otrzymujemy całkowicie wzajemnie symetryczny układ (w końcu okrąg ma dokładnie 360 stopni!), gdzie którakolwiek z wybranych faz znajduje się dokładnie 120 stopni przed lub w tyle za sąsiednią - i w takim systemie można przypisać jeden „uziemienie” i trzy różne przewodniki faz (dokładnie ten schemat zaproponował M. Dolivo-Dobrovo lsky).
Oczywiście obciążenie elektryczne w takim systemie można podłączyć na dwa sposoby: albo między dowolną wybraną fazą a masą (neutralną), lub między przewodnikami fazowymi (zauważamy przechodząc, że „prawdziwie trójfazowy”, symetryczny odbiornik energii elektrycznej, taki jak silniki asynchroniczne, może pracować w takim systemie całkowicie neutralny).
Ważne jest to, że napięcie działające na obciążenie będzie się znacznie różnić (~ 3 razy): jeżeli pomiędzy pojedynczą fazą a punktem zerowym napięcie przemienne wynosi ~ 220 woltów, wtedy będą między drutami fazowymi ~ 380 woltów. Napięcie kształtu sinusoidalnego między dowolną fazą a wybranym punktem neutralnym nazywa się tutaj „fazą”, a pomiędzy dowolnymi dwiema fazami - „liniową”.
Podobieństwa / różnice
Podsumowujemy:
- Napięcia fazowe i liniowe są sinusoidalne i współistnieją obok siebie w wyżej opisanym przemysłowym układzie trójfazowym z dedykowanym punktem neutralnym.
- Napięcie fazowe mierzone jest między fazą a punktem zerowym (w normalnie funkcjonującym układzie trójfazowym bez asymetrii faz napięcia fazowe różnych faz są prawie identyczne pod względem wielkości).
- Napięcie liniowe jest mierzone między sąsiednimi fazami (a także przy braku asymetrii faz, jest prawie identyczne w każdej z wybranych par).
- Wartość porządkowa różnicy między napięciem fazowym / liniowym w istniejącym układzie trójfazowym jest bardzo znacząca - napięcie liniowe jest √3 razy większe niż faza.
