Фаза в электричестве¶

Фаза — в электротехнике понятие, обозначающее одно из нескольких взаимосвязанных колебаний электрической величины (напряжения, тока), сдвинутых по фазе относительно друг друга. В однофазных цепях переменного тока под фазой понимают один из двух проводников, по которому на нагрузку передаётся напряжение относительно нулевого проводника; во многофазных системах — каждую из обмоток генератора или линию, несущую синусоидальное напряжение, сдвинутое по фазе относительно остальных.

¶Однофазная цепь

В бытовой электросети переменного тока (220 В, 50 Гц в России) используется однофазное подключение. Провод, по которому на нагрузку подаётся переменное напряжение, называют фазным (фазой), а провод, соединённый с землёй или нулевой точкой источника, — нулевым. Относительно нуля на фазе меняется по знаку и величине потенциал, поэтому прикосновение к фазному проводу при наличии замкнутой цепи через тело человека опасно электрическим током.

В распределительных щитах фазный провод маркируют коричневым, красным или чёрным изолентой (по современным стандартам — коричневый), нулевой — синим. В России и большинстве стран Европы применяют систему TN-S или TN-C-S, где нулевой провод совмещён с защитным заземлением.

¶Трёхфазная система

Наиболее распространённой многофазной системой является трёхфазная, предложенная в 1880-х годах русским электротехником Михаилом Доливо-Добровольским. Три фазы обозначают символами A, B, C (в России) или L1, L2, L3 (по международным стандартам). Напряжения между фазами сдвинуты друг относительно друга на 120°, что обеспечивает равномерную передачу мощности и создание вращающегося магнитного поля в электродвигателях.

В трёхфазной линии различают:

• Линейное напряжение — между двумя фазами (380 В при фазном 220 В).
• Фазное напряжение — между фазой и нулём (220 В).

Соотношение между ними: линейное напряжение в √3 (около 1,732) раза больше фазного.

¶Сдвиг фаз

Фаза характеризует состояние синусоидального колебания в данный момент. Если ток и напряжение в цепи совпадают по фазе, нагрузка активная (лампа, нагреватель); если ток отстаёт по фазе от напряжения — нагрузка индуктивная (электродвигатель, трансформатор); если опережает — ёмкостная (конденсатор). Разность фаз измеряют в радианах или градусах, а отношение косинуса этой разности к единице называют коэффициентом мощности (cos φ).

¶Применение трёхфазных систем

Трёхфазное электроснабжение применяется в промышленности, на электростанциях и в распределительных сетях. Генераторы и трансформаторы трёхфазного тока компактнее и экономичнее однофазных при той же передаваемой мощности. Трёхфазные асинхронные двигатели просты в устройстве, надёжны и получили широкое распространение в машиностроении, насосных станциях, металлургии.

В бытовых сетях к трёхфазной линии подключают отдельные однофазные нагрузки, распределяя их по разным фазам для балансировки. Трёхфазные розетки используются для мощных электроприборов — варочных панелей, электрокотлов, станков.

¶Определение фазы в цепях

При подключении нагрузки к трёхфазной сети важно соблюдать чередование фаз (фазировку). Неправильное чередование приводит к вращению трёхфазного двигателя в обратную сторону. Для контроля фазировки применяют фазометры, индикаторные отвёртки и специальные приборы.

Понятие фазы используется также в теории колебаний, оптике, акустике и радиотехнике, где оно обозначает состояние гармонического процесса в конкретный момент времени.

Источники:

• Доливо-Добровольский М. О. «Трёхфазный ток»
• ГОСТ 32144-2013 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств. Электромагнитная совместимость»
• Бессонов Л. А. «Теоретические основы электротехники»
• Кузнецов М. П. «Основы электротехники»