Чим фазна напруга відрізняється від лінійного?

Перш ніж братися за відповідь на питання вище буде потрібно виконати цілу екскурсію в історію і облаштування силових електричних мереж змінного струму. Також важливо розуміти, що розглядаються терміни мають чітко визначений зміст лише в описуваному нижче контексті.

З чого все почалося

Першу комерційну спробу передачі електроенергії споживачам зробив Т. Едісон, використовуючи для цього мережу постійного струму - проте швидко з`ясувалося, що запропонована ним архітектура побудови мережі дуже матеріаломісткості і незручна, а скільки-небудь ефективне перетворення одного постійної напруги в інше за величиною на стороні споживача енергії просто неможливо (в той час в принципі ще не існувало ні електронних ламп, ні транзисторів, на яких можна було б побудувати потрібні пристрої-перетворювачі).

Т. Едісон

Тоді ж свою альтернативну систему, що базується на синусоидальном змінному струмі, почав просувати Д.Вестінгауз (Синусоїдальна форма викликана не тим, що комусь вона «особливо сподобалася» - просто ток / напруга саме цієї форми виходили в типовому генераторі в силу природних фізичних причин). Очевидний плюс використання змінного струму висловлювався в тому, що його можна легко і ефективно (ККД до ~ 99%) Перетворювати по напрузі за допомогою простого електромагнітного пристрою - трансформатора (в ньому є як мінімум дві зазвичай електрично розділених обмотки / котушки, при цьому перебувають на загальному магнітопроводі, що забезпечує сильну індуктивний зв`язок між ними).

Д.Вестінгауз

Багатофазні електричні мережі

Для удосконалення обладнання мереж змінного струму Д.Вестінгауз запросив Н.Тесла, який винайшов і теоретично обгрунтував роботу багатофазних електричних мереж і машин, поклавши початок використання в США двухфазной мережі змінного струму і попутно запропонувавши трифазну систему, що використовує для передачі електроенергії шість проводів. У свою чергу М.Доліво;

Добровольський запропонував значне поліпшення трифазної системи Н.Тесла, в якій для передачі електроенергії достатньо всього чотирьох або навіть взагалі трьох проводів - чим поклав початок силовим трьохфазним мереж практично в тому вигляді, в якому нам вони зараз відомі.

З`єднання обмоток зірка-зірка

Як це влаштовано і працює

Просту однофазную систему можна представити як два дроти, в одному з яких присутній мінливий синусоїдальним законом напруга, а другий провід служить «землею», куди ця напруга може стікати при підключенні споживача (навантаження).

Оскільки напруга фази змінюється за законом синуса, легко уявити два інших дроти під напругою, в яких запізнюється або випереджає по фазі електричних коливань розглянуте в першій лінії на 120 градусів - тоді вийде повністю взаємно-симетрична система (адже в окружності рівно 360 градусів!), де будь-яка з обраних фаз випереджає або відстає від сусідньої точно на 120 градусів - і в такій системі може бути виділена одна-єдина «земля» і три різних фазних проводи (саме цю схему в результаті і запропонував М.Доліво-Добро Вольський).

Очевидно, що електричне навантаження в такій системі можна підключати двояко: або між будь-якій обраній фазою і «землею» (нейтраллю), або між фазними проводами (попутно відзначимо, що «істинно трифазні», симетричні споживачі електроенергії на кшталт асинхронних електродвигунів можуть працювати в подібній системі зовсім без нейтралі).

Важливим є те, що при цьому чинне на навантаження напруга буде істотно відрізнятися (~ В 3 раз): Якщо між окремою фазою і нейтраллю змінну напругу становить ~ 220 вольт, то між фазними проводами буде ~ 380 вольт. Напруга синусоїдальної форми між будь-який з фаз і виділеної нейтраллю тут називається «фазним», а між будь-якими двома фазами - «лінійним».

Напруга фазна і лінійна

Схожість / відмінності

Отже, резюмуємо:

Як фазное, так і лінійне напруги є синусоїдальними і співіснують поруч в вищеописаної промислової трифазної системі з виділеною нейтраллю.
Фазна напруга змиритися між фазою і нейтраллю (у штатно функціонує, без перекосу фаз трифазної системі фазні напруги різних фаз практично ідентичні за величиною).
Лінійна напруга змиритися між сусідніми фазами (і також в разі відсутності перекосу фаз практично ідентично в будь-який з обраних пар).
Порядкова величина відмінності між фазним / лінійним напругою в існуючій трифазної системі досить істотна - лінійне більше фазного в 3 раз.

Відповіді на запитання