Чем фазное напряжение отличается от линейного: что это такое и чем они отличаются

⚡ Фазное и линейное напряжение: определения, отличия, расчёт соотношения

С трёхфазными линиями электропередач сталкивались многие. И если в многоквартирных домах в основном используется напряжение 220 В, то в частном секторе в большинстве своём владельцы подключают 380 В. Такие трёхфазные линии позволяют использовать электродвигатели для станков и иное оборудование, которое в квартире не установить. Подавляющее большинство не знает, чем отличается фазное напряжение от линейного, а значит необходимо исправить это упущение. Именно об этом и пойдёт речь в сегодняшней статье.

Содержание статьи

Содержание

Что такое фазное и линейное напряжение

Для некоторых людей, далёких от электротехники, определяющим словом здесь является «напряжение», однако на самом деле всё не так. Рассмотрим основные определения этих терминов.

Фазным называется напряжение между любым из трёх токоведущих проводников и нулём. Оно равно 220 В.

Фазное и линейное напряжение ФОТО: prezentacii.infoФазное прикосновение – замыкание на нулевой и фазный провод

Линейным называют напряжение между двумя фазными проводниками. Оно равно 380 В, т.е. в 1.73 раза выше фазного. Что касается обозначений, то линейное напряжение можно определить по двум литерам (по наименованию фазы) после U (напряжение). Например UAB, UBC, или UCA, либо просто Uл.

Линейное замыкание между двумя фазными проводниками ФОТО: prezentacii.infoЛинейное замыкание между двумя фазными проводниками

Использование трёхфазных линий в многоквартирных домах

Не все знают, что в многоквартирные дома также подведено 380 В. Именно это позволяет работать магазинам и различным мастерским на первых или цокольных этажах. В подъездных щитах трёхфазная цепь распределяется поквартирно, в результате чего на каждую из них приходится одна фаза и ноль. Именно они и обеспечивают фазное напряжение 220 В.

 

Так трёхфазная сеть разбивается на три однофазных
ФОТО: prezentacii.infoТак трёхфазная сеть разбивается на три однофазных

При необходимости подключения в квартире оборудования, требующего напряжения 380 В, владелец может обратиться с заявлением в управляющую компанию. Специалист определит возможность подобного подключения, после чего можно будет провести в квартиру трёхфазную линию, предварительно заменив прибор учёта электроэнергии на соответствующий.

Трёхфазный прибор учёта электроэнергии значительно крупнее однофазногоФОТО: vseinstrumenti.ruТрёхфазный прибор учёта электроэнергии значительно крупнее однофазного

Вычисление соотношения между фазным и линейным напряжением

Для расчёта соотношения следует знать линейные параметры. Все вычисления производятся по формуле: 1\2UAB=UA cos 30˚, либо UAB=2√3/2×UA=√3×UA. Таким образом, делаем вывод, что окончательная формула выглядит следующим образом –

Uл=√3×UФ.

На первый взгляд может показаться, что формулы слишком сложны, однако это не так. С другой стороны, домашнему мастеру практически нет смысла заниматься подобными расчётами. Достаточно обычной проверки напряжения на каждой из фаз обычным мультиметром.

Мультиметр незаменим при электромонтажных работахФОТО: stanok.guruМультиметр незаменим при электромонтажных работах

Для чего требуется проверка напряжения фаз перед включением

При подключении оборудования, требующего напряжения 380 в (к примеру, асинхронного электродвигателя) следует проверить напряжение на каждой из трёх фаз и сравнить показатели. Особенно это касается частных секторов, где напряжение нестабильно или электромонтёры имеют недостаточную квалификацию. Дело в том, что в деревнях часто не обращают внимания на распределение нагрузки. В результате подобных действий одна из фаз может быть перегружена при минимальной нагрузке на остальные. Вкупе с устаревшими трансформаторами это приводит к перекосу фаз. Получается, что на одной из фаз напряжение значительно снижается. Это приводит к перегреву трёхфазных двигателей или иного оборудования и выходу его из строя.

Такой перекос явно не пойдёт на пользу оборудованию, работающему от трёх фазФОТО: piccy.infoТакой перекос явно не пойдёт на пользу оборудованию, работающему от трёх фаз

Схемы подключения трёхфазных двигателей

Существует два способа подключения к трёхфазной сети, причём это касается не только электродвигателей. Нагревательные элементы также можно подключить «звездой» или «треугольником». Попробуем понять, в чём заключается различие между ними.

Электродвигатель можно подключить двумя способамиФОТО: siemens-com.ruЭлектродвигатель можно подключить двумя способами

«Звезда» и её особенности

Соединение «звезда» представляет собой следующее: к началу каждой обмотки подключается фазный провод, а все концы соединяются между собой. При этом в месте соединения образуется «технический ноль». Он крайне нестабилен, а потому не используется в электрической цепи.

Подобное соединение не позволяет двигателю выйти на полную мощность, однако это способствует увеличению срока службы оборудования. Также, в защиту подобного соединения можно сказать, что пуск двигателя будет очень плавным, оборудование сможет переносить кратковременные перегрузки и меньше нагреваться. Поэтому, если максимальная мощность электромотора не требуется, лучше всего выбрать именно способ подключения «звездой».

Соединение «звезда» поможет увеличить срок службы электромотораФОТО: rusenergetics.ruСоединение «звезда» поможет увеличить срок службы электромотора

«Треугольник»: плюсы и минусы способа подключения

Здесь обмотки соединяются последовательно. Начало одной из них коммутируется с концом другой. Такой вариант имеет определённые недостатки, такие, как высокие пусковые токи и перегрев при длительной работе. Однако есть здесь и значительные преимущества перед соединением «звезда». Оборудование, при подобном подключении, выдаёт максимальную мощность, что зачастую становится решающим критерием при выборе способа монтажа. Электродвигатели, подключённые «треугольником» развивают максимальный крутящий момент. Чаще всего соединение «треугольник» используют для подключения агрегатов с большой мощностью, например, станков в промышленных цехах.

Соединение «треугольник» позволяет использовать максимальную мощность оборудованияФОТО: infourok.ruСоединение «треугольник» позволяет использовать максимальную мощность оборудования

Комбинированный вариант соединения

В некоторых случаях используется комбинированный вариант «звезда-треугольник». Электродвигатель мягко запускается на соединении «звезда», а после того, как набирает необходимые обороты, реле переключает его на «треугольник». Однако не все двигатели можно подключить подобным образом. К примеру, существуют электромоторы, имеющие всего 3 вывода в контактной группе. Они изначально изготовлены под соединение «звезда» и подключить их «треугольником» невозможно.

Комбинированное соединение подойдёт не для всех типов двигателейФОТО: meganorm.ruКомбинированное соединение подойдёт не для всех типов двигателей

Если объединить распространённые типы включения в трёхфазную сеть, можно увидеть следующую картину.

Наиболее распространённые типы включения в трёхфазную сетьФОТО: birmaga.ruНаиболее распространённые типы включения в трёхфазную сеть

Подведём итог

Из всего изложенного можно сделать вывод, что фазное напряжение в сети 0.4 кВ всегда равно 220 В, в то время как линейное 380 В. Однако не стоит считать, что если значения фазного напряжения ниже, оно становится менее опасным. Редакция Homius со всей ответственностью заявляет, что поражение электрическим током может привести к летальному исходу независимо от того, линейное напряжение в цепи или фазное. Ведь поражение тканям и органам наносит не само напряжение, а сила тока. К примеру, 220 В трансформированные в 36 В становятся даже опаснее. Ведь человек практически не чувствует столь низкого напряжения, а в это время ток поражает органы. Поэтому при электромонтажных работах не следует забывать о технике безопасности.

Памятка начинающему электрикуФОТО: metodist.siteПамятка начинающему электрику

Надеемся, что изложенная информация будет полезна начинающим электромонтажникам и домашним мастерам. При возникновении вопросов можете смело излагать их в обсуждениях ниже. Редакция Homius с удовольствием ответит на них как можно более развёрнуто и быстро. Там же Вы можете изложить своё мнение о статье, оставить комментарий или поделиться личным опытом в подключении трёхфазного оборудования. Если понравилась статья, не забываем её оценивать. А мы напоследок предлагаем Вашему вниманию короткий видеоролик, который позволит более полно раскрыть сегодняшнюю тему.

Предыдущая

ИнженерияКак выбрать правильную печь для гаража: изучаем современные виды обогревательного оборудования

Следующая

ИнженерияМойка для кухни: как выбрать раковину, на что обратить внимание

Понравилась статья? Сохраните, чтобы не потерять!

ТОЖЕ ИНТЕРЕСНО:

ВОЗМОЖНО ВАМ ТАКЖЕ БУДЕТ ИНТЕРЕСНО:

Линейное и фазное напряжение - соотношение и формулы, схема соединения звездой и треугольником

Одним из видов систем с множеством фаз, представлены цепи, состоящие из трех фаз. В них действуют электродвижущие силы синусоидального типа, возникающие с синхронной частотой, от единого генератора энергии, и имеют разницу в фазе.

Электрическое напряжение трехфазных сетей

Под фазой, понимаются самостоятельные блоки системы с множеством фаз, имеющие идентичные друг другу параметры тока. Поэтому, в электротехнической области, определение фазы имеет двойное толкование.

Во-первых, как значение, имеющее синусоидальное колебание, а во-вторых, как самостоятельный элемент в электросети с множеством фаз. В соответствии с их количеством и маркируется конкретная цепь: двухфазная, трехфазная, шестифазная и т.д.

Сегодня в электроэнергетике, наиболее популярными являются цепи с трехфазным током. Они обладают целым перечнем достоинств, выделяющих их среди своих однофазных и многофазных аналогов, так как, во-первых, более дешевы по технологии монтажа и транспортировки электроэнергии с наименьшими потерями и затратами.

Во-вторых, они имеют свойство легко образовывать движущееся по кругу магнитное поле, которое является движущей силой для асинхронных двигателей, которые используются не только на предприятиях, но и в быту, например, в подъемном механизме высотных лифтов и т.д.

Электрические цепи, имеющие три фазы, позволяют одновременно пользоваться двумя видами напряжения от одного источника электроэнергии – линейным и фазным.

Виды напряжения

Линейное и фазное напряжение

Знание их особенностей и характеристик эксплуатации, крайне необходимо для манипуляций в электрощитах и при работе с устройствами, питаемыми от 380 вольт:

  1. Линейное. Его обозначают как межфазный ток, то есть проходящий между парой контактов или идентичными клеймами разных фаз. Оно определяется разностью потенциалов пары фазных контактов.
  2. Фазное. Оно появляется при замыкании начального и конечного выводов фазы. Также, его обозначают как ток, возникающий при замыкании одного из контактов фазы с нулевым выводом. Его величина определяется абсолютным значением разности выводов от фазы и Земли.

Отличия

Схема электроснабжения жилого дома

В обычной квартире, или частном доме, как правило, существует только однофазный тип сети 220 вольт, поэтому, к их щиту электропитания, подведены в основном два провода – фаза и ноль, реже к ним добавляется третий – заземление.

К высотным многоквартирным зданиям с офисами, гостиницами или торговыми центрами, подводится сразу 4 или 5 кабелей электропитания, обеспечивающих три фазы сети 380 вольт.

Почему такое жесткое разделение? Дело в том, что трехфазное напряжение, во-первых, само отличается повышенной мощностью, а во-вторых, оно специфически подходит для питания особых сверхмощных электродвигателей трехфазного типа, которые используются на заводах, в электролебедках лифтов, эскалаторных подъемниках и т.д.

Такие двигатели при включении в трехфазную сеть вырабатывают в разы большее усилие, чем их однофазные аналоги тех же габаритов и веса.

Проводить разводку проводки такого типа можно без использования профессионального оборудования и приборов, достаточно обычных отверток с индикаторами.

Соединяя проводники не нужно монтировать нулевой контакт, ведь вероятность пробоя очень мала, благодаря не занятой нейтрали.

Но такая схема сети имеет и свое слабое место, так как в линейной схеме монтажа крайне сложно найти место повреждения проводника в случае аварии или поломки, что может повысить риск возникновения пожара.

Таким образом, главным отличием между фазным и линейным типами являются разные схемы подключения проводов обмоток источника и потребителя электроэнергии.

Соотношение

Соотношение между линейным и фазным напряжением

Значение напряжения фазы равняется около 58% от мощности линейного аналога. То есть, при обычных эксплуатационных параметрах, линейное значение стабильно и превосходит фазное в 1,73 раза.

Оценка напряжения в сети трехфазного электрического тока, в основном производится по показателям его линейной составляющей. Для линий тока этого типа, подающегося с подстанций, оно, как правило, равняется 380 вольтам, и идентично фазному аналогу в 220 В.

В электросетях с четырьмя проводами, напряжение трехфазного тока маркируется обоими значениями – 380/220 В. Это обеспечивает возможность питания от такой сети устройств, как с однофазным потреблением электроэнергии 220 вольт, так и более мощных агрегатов, рассчитанных на ток 380 В.

Самой доступной и универсальной стала система трехфазного типа 380/220 В, имеющая нулевой провод, так называемое заземление. Электрические агрегаты, работающие на одной фазе 220 В., могут быть запитаны от линейного напряжения при подключении к любой паре фазных выводов.

Электрические агрегаты трехфазного питания работают только при подключении сразу к трем выводам разных фаз.

В этом случае, применение нулевого вывода в качестве заземления, не является обязательным, хотя в случае повреждения изоляции проводов, его отсутствие серьезно повышает вероятность удара током.

Схема

Схема соединения обмоток генератора

Агрегаты трехфазного тока имеют две схемы подключения в сеть: первая – «звезда», вторая – «треугольником». В первом варианте, начальные контакты всех трех обмоток генератора замыкаются вместе по параллельной схеме, что, как и в случае с обычными щелочными батарейками не даст прироста мощности.

Вторая, последовательная схема подключения обмоток источника тока, где каждый начальный вывод подключается к конечному контакту предыдущей обмотки, дает трехкратный прирост напряжения за счет эффекта суммирования напряжений при последовательном подключении.

Кроме того, такие же схемы подключения имеют и нагрузку в виде электродвигателя, только устройство, подключенное в трехфазную сеть по схеме «звезда», при токе в 2,2 А будет выдавать мощность 2190Вт, а тот же агрегат, подключенный «треугольником», способен выдать в три раза большую мощность – 5570, за счет того, что благодаря последовательному подключению катушек и внутри двигателя, сила тока суммируется и доходит до 10 А.

Имея источник трехфазного напряжения и двигатели, имеющие аналогичную схему подключения, можно получить в разы больше мощности просто за счет эффективного подключения всех агрегатов.

Расчет линейного и фазного напряжения

Сети с линейным током нашли широкое применение за счет своих характеристик меньшей травмоопасности и легкости разведения такой электропроводки. Все электрические устройства в этом случае соединены только с одним фазным проводом, по которому и идет ток, и только он один и представляет опасность, а второй – это земля.

Рассчитать такую систему несложно, можно руководствоваться обычными формулами из школьного курса физики. Кроме того, для измерения этого параметра сети, достаточно использовать обычный мультиметр, в то время как для снятия показаний подключения фазного типа, придется задействовать целую систему оборудования.

Для подсчета напряжения линейного тока, применяют формулу Кирхгофа:

Уравнение которой гласит, что каждой из частей электрической цепи, сила тока равна нулю – k=1.

И закон Ома:

Используя их, можно без труда произвести расчеты каждой характеристики конкретного клейма или электросети.

В случае разделения системы на несколько линий, может появиться необходимость рассчитать напряжение между фазой и нулем:

Эти значения являются переменными, и меняются при разных вариантах подключения. Поэтому, линейные характеристики идентичны фазовым.

Однако, в некоторых случаях, требуется вычислить чему равно соотношение фазы и линейного проводника.

Для этого, применяют формулу:

Uл – линейное, Uф – фазовое. Формула справедлива, только если –  IL = IF.

При добавлении в электросистему дополнительных отводящих элементов, необходимо и персонально для них рассчитывать фазовое напряжение. В этом случае, значение Uф заменяется на цифровые данные самостоятельного клейма.

При подключении промышленных систем к электросети, может появиться необходимость в расчете значения реактивной трехфазной мощности, которое вычисляется по следующей формуле:

Идентичная структура формулы активной мощности:

Примеры расчета:

Например, катушки трехфазного источника тока подключены по схеме «звезда», их электродвижущая сила 220В. Необходимо вычислить линейное напряжение в схеме.

Линейные напряжения в этом подключении будут одинаковы и определяются как:

  • U1=U2=U3= √3 Uф=√3*220=380 В.
Что такое линейное и фазное напряжение, каково их соотношение?

Простое объяснение понятий фазного и линейного напряжения. Чем отличаются эти напряжения и каково их соотношение.


Снабжение электричеством городов, предприятий и жилищ ведется с помощью сети из трёх фаз. Так сложилось исторически, что трёхфазные машины переменного тока используются для генерирования электроэнергии и её потребления (в электроустановках). Такое количество было выбрано для минимальных затрат на создание вращающегося магнитного поля или использования этой энергии в целях генерации электричества. Встречаются и специфичные 6-тифазные генераторы, в автомобилях например, но там они нужны для других целей. В этой статье мы будем вести речь о том, что собой представляют фазное и линейное напряжение в трёхфазных цепях, чем они связаны и в чем различие. Содержание:

Переменное напряжение и его величины

Напряжение различают по роду тока: переменное и постоянное. Переменное может быть разной формы, основная суть в том, что с течением времени изменяется его знак и величина. У постоянного знак всегда одной полярности, а величина может быть стабилизированной или нестабилизированной.

В наших розетках напряжение переменное синусоидальной формы. Выделяют разные его значения, чаще всего используются понятия мгновенное, амплитудное и действующее. Как понятно из названия, мгновенное напряжение — это количество вольт в конкретный момент времени. Амплитудное – это размах синусоиды относительно нуля в вольтах, действующее — это интеграл от функции напряжения по времени, соотношение между ними такое: действующее в √2 или 1,41 раз меньше амплитудного. Вот как это выглядит на графике:

Что такое линейное и фазное напряжение, каково их соотношение?

Напряжение в трехфазных цепях

В трёхфазных цепях выделяют два вида напряжения – линейное и фазное. Чтобы разобрать их отличия нужно взглянуть на векторную диаграмму и график. Ниже вы видите три вектора Ua, Ub, Uc – это вектора напряжений или фаз. Угол между ними 120°, иногда говорят 120 электрических градусов. Этот угол соответствует таковому в простейших электрических машинах между обмотками (полюсами).

Что такое линейное и фазное напряжение, каково их соотношение?

Если отразить вектор Ub так, чтобы сохранился его угол наклона, но начало и конец поменялись местами, его знак изменится на противоположный. Тогда установим начала вектора –Ub в конец вектора Ua, расстояние между началом Ua и концом –Ub будет соответствовать вектору линейного напряжения Uл.

Простыми словами мы видим, что величина линейного напряжения больше чем фазного. Давайте разберем график напряжений в трёхфазной сети.

Что такое линейное и фазное напряжение, каково их соотношение?

Красной вертикальной линией выделено линейное напряжение межу фазой 1 и фазой 2, а желтой линией выделено фазное амплитудное фазы 2.

КРАТКО: Линейное напряжение измеряется между фазой и фазой, а фазное между фазой и нулём.

С точки зрения расчетов, разница между напряжениями обуславливается решением этой формулы:

Что такое линейное и фазное напряжение, каково их соотношение?

Линейное напряжение больше фазного в √3 или в 1,73 раза.

Нагрузка к трёхфазной сети может быть подключена по трём или четырем проводам. Четвертый проводник – нулевой (нейтральный). В зависимости от типа сеть может быть с изолированной нейтралью и глухозаземленной. Вообще при равномерной нагрузке три фазы можно подать и без нулевого провода. Он нужен для того, чтобы напряжения и токи распределялись равномерно и не было перекоса фаз, а также в качестве защитного. В глухозаземленных сетях, при пробое на корпус выбьет автоматический разъединитель или перегорит предохранитель в щите, так вы избежите опасности поражения электрическим током.

Отлично то, что в такой сети у нас одновременно есть два напряжения, которые можно использовать исходя из требований нагрузки.

Для примера: обратите внимание на электрический щиток в подъезде вашего дома. К вам приходит три фазы, а в квартиру заведена одна из них и ноль. Таким образом, вы получаете в розетках 220В (фазное), а между фазами в подъезде 380В (линейное).

Схемы подключения потребителей к трём фазам

Все двигателя, мощные нагреватели и прочая трёхфазная нагрузка может быть подключена по схеме звезды или треугольника. При этом большинство электродвигателей в борно имеют набор перемычек, которые в зависимости от их положения формируют звезду или треугольник из обмоток, но об этом позже. Что такое соединение звездой?

Соединение звездой предполагает соединение обмоток генератора таким образом, когда концы обмоток соединяются в одну точку, а к началам обмоток подключается нагрузка. Звездой же соединяются и обмотки двигателя и мощных нагревателей, только вместо обмоток в них выступают ТЭНы.

Давайте рассуждать на примере электродвигателя. При соединении его обмоток звездой линейное напряжение 380 В приложено к двум обмоткам, и так с каждой парой фаз.

Что такое линейное и фазное напряжение, каково их соотношение?

На рисунке A, B, C – начала обмоток, а X, Y, Z – концы, соединенные в одну точку и эта точка заземлена. Здесь вы видите сеть с глухозаземленной нейтралью (провод N). На практике это выглядит так, как на фото борно электродвигателя:

Что такое линейное и фазное напряжение, каково их соотношение?

Красным квадратом выделены концы обмоток, они соединены между собой перемычками, такое расположение перемычек (в линию) говорит о том, что они соединены по звезде. Синим цветом – питающие три фазы.

На этом фото промаркированы начала (W1, V1, U1) и концы (W2, V2, U2), обратите внимание на то, что они сдвинуты относительно начал, это нужно для удобного соединения в треугольник:

Что такое линейное и фазное напряжение, каково их соотношение?

При соединении в треугольник к каждой обмотке приложено линейное напряжение, это приводит к тому, что протекают большие токи. Обмотка должна быть рассчитана на такое подключение.

Что такое линейное и фазное напряжение, каково их соотношение?

У каждого из способов включения есть свои достоинства и недостатки, некоторые двигателя вообще в процессе пуска переключаются со звезды на треугольник.

Нюансы

В продолжение разговора о двигателях нельзя оставить без внимания вопрос выбора схемы включения. Дело в том, что обычно двигателя на своем шильдике содержат маркировку:

Что такое линейное и фазное напряжение, каково их соотношение?

В первой строке вы видите условные обозначения треугольника и звезды, обратите внимание, треугольник идет первым. Далее 220/380В – это напряжение на треугольнике и звезде, значит, что при соединении треугольником нужно, чтобы линейное напряжение было равно 220В. Если в вашей сети напряжение равно 380 – значит нужно подключать двигатель в звезду. В то время как фазное всегда на 1,73 меньше, не зависимо от величины линейного.

Отличным примером является следующий двигатель:

Что такое линейное и фазное напряжение, каково их соотношение?

Здесь номинальные напряжения уже 380/660, это значит, что его для линейного 380 нужно подключать треугольником, а звезда предназначена для питания от трёх фаз 660В.

Если в мощных нагрузках чаще оперируют с величинами межфазного напряжения, то в осветительных цепях в 99% % случаев используют фазное напряжение (между фазой и нулем). Исключением являются электрокраны и подобное, где может использоваться трансформатор с вторичными обмотками с линейным 220 В. Но это скорее тонкости и специфика конкретных устройств. Новичкам запомнить проще так: фазное напряжение – это то, которое в розетке между фазой и нулем, линейное – в линии.

Наверняка вы не знаете:

  • Как из 220 Вольт сделать 380
  • Как собрать трехфазный электрический щит
  • Как распределить нагрузку по фазам
НравитсяЧто такое линейное и фазное напряжение, каково их соотношение?0)Не нравитсяЧто такое линейное и фазное напряжение, каково их соотношение?0)
формула, соотношение фазного и линейного напряжения

Электрические цепи характеризуются наличием различных типов напряжения. Линейное напряжение (ЛН) возникает между фазовыми проводами трёхфазной цепи. У всех частей (фаз) многофазной цепи характеристика тока идентична. Название цепей (шести-, трёх- или 2-фазные) обуславливаются числом фаз. Наибольшее распространение получили трёхфазные электроцепи, так как являются наиболее экономичными в сравнении с многофазными или 2-фазными. А также позволяют на одном агрегате получить ЛН и фазное напряжение (ФН).

Какое напряжение называется линейным, а какое фазным

Линейным называется напряженье между 2-мя фазами линии или когда определяется величина между 2-мя проводами различных фаз.

Напряжение между любой фазой и нулём — фазное. Оно меряется между начальной и конечной стадией фазы. Практически ФН от ЛН отличается на 58-60 процентов. То есть, величины ЛН в 1,73 раза больше величин ФН.

Трёхфазный ток

Трёхфазные цепи имеют 380В ЛН, что позволяет получить 220В фазного.

Отличия

Специфика ЛН — это показатель, по которому производится расчёт токов и остальных величин трёхфазной цепи. Подобная схема позволяет подключать одно- и трёхфазные контакты. Номинальное равно 380В и меняется при изменениях в ограниченной сети, к примеру, вследствие скачков.

Популярнейшей является цепь с нейтралью и заземлением. Подключение в такой системе производится по схеме:

  • к фазным проводам подсоединяются однофазные провода;
  • к 3-фазным — 3-фазные.
Типы соединений

Широта применения ЛН обуславливается его безопасностью и комфортностью разветвления цепи. Оборудование в таком случае подключается к фазному выводу, и лишь он не безопасен.

Расчёт системы несложен, при этом действуют стандартные физические формулы. Параметры ЛН сети замеряются мультиметром, а ФН — спецустройствами, например, вольтметром, датчиком тока, тестером.

Характеристики сети:

  1. Разводка подобной проводки не нуждается в применении профессионального оборудования. Достаточно отвёрток, которые имеют индикаторы.
  2. Вероятность удара током очень мала. Подобное объясняется присутствующей в цепи свободной нейтралью. Соединение проводников не требует подключения 0-вого вывода.
  3. Схема подходит для всех видов тока.

Важно! К 3-фазной цепи можно подключить 1-фазную. Наоборот сделать нельзя.

Включение в трёхфазную цепь приёмников электрической энергии
  1. Подобная схема подключения пригодна для многих устройств, которым необходима высокая мощность, чтобы работать. ЛН позволяет увеличить КПД двигателя на33%.

При переключении обмоток генератора к треугольнику со звезды обуславливает увеличение в 1,73 раза величины ЛН.

Соединения в трёхфазных цепях

Важно! Сложность обнаружения повреждений в линейном соединении является немаловажным недостатком цепи, так как вследствие этого может случиться пожар.

Отличие между ЛН и ФН состоит в различии соединяемых проводов обмоток. Чтобы проконтролировать параметры ЛН и ФН потребуется импульсный стабилизатор, по-другому — линейный стабилизатор. Этот прибор даёт возможность, сохраняя показатель на одном уровне, приводить в норму напряжение, если оно резко выросло. Прибор можно подключить к контактам электорооборудования, обычной розетке.

Соотношения фазного и линейного напряжения

Соотношение между напряжением линейным и фазным составляет 1,73. То есть при ста процентах мощности ЛН, напряжение фазы будет 58%. То есть, ЛН превышает ФН в 1,73 раза и при этом стабильно.

ФН и ЛН, отличие и соотношение

Напряжение в трёхфазной цепи оценивается по параметрам линейной составляющей. Обычно оно 380 вольт и тождественно 220 вольтам фазной компоненты сети трёхфазного электротока. В электрических сетях, где имеется четыре провода, напряжение 3-фазного тока обозначается 380/220В. Это позволяет подключить к подобной сети оборудование с 1-фазным потреблением электричества 220В и мощных приборов, которые могут работать от 380В.

Универсальной и приемлемой в большинстве случаев является трёхфазная цепь 380/220В 0-вым проводом. Электроприборы, которые функционируют от однофазного напряженья 220В, могут при подсоединении к паре проводов ФН питаться от ЛН.

Электрооборудование, которое запитывается от трёхфазной сети может работать, только если имеется подсоединение одновременно к 3-м выводам различных фаз. Тогда заземление не обязательно, но если изоляционный материал провода будет повреждён, то отсутствие 0-ого значительно увеличивает опасность удара электрическим током.

Важно! При понижении ЛН меняются величины ФН. При уже выясненном значении междуфазного напряжения определить величину ФН труда не составит.

Чему равно линейное напряжение

В большей части стран мира стандартное ЛН составляет примерно 380В.

В трёхфазных цепях фазное и линейное напряжение находятся в соотношении 220В/380В соответственно.

В чем измеряется

Согласно ГОСТ 13109 норма напряжения в электрической сети варьирует в диапазоне от 198В до 242В (то есть 220В плюс или минус 10 процентов). При частой поломке бытовой техники, ламп или их мигании потребуется измерение напряжения в электрической проводке. Подобная проверка делается мультиметром или вольтметром. Ночью, когда электроприборы используются по минимуму, полученные значения будут максимальными.

Мультиметром измеряется напряжение в трёхфазной сети так:

  1. Между рабочим 0 и каждой из фаз: А-N, В-N, С-N.
  2. Линейные напряжения: А-В, А-С, В-С.

Всего должно получиться шесть измерений. Иногда делается ещё один замер — между заземляющим и нулевым рабочим проводником: N-PE.

Как измерить

Измерить подобную систему можно мультиметром или применив физические формулы.

Измерение подключения к сети

ЛН рассчитывается по формуле Кирхгофа: ∑ Ik = 0. Здесь сила тока равняется нулю во всех частях электроцепи, то есть к=1. Используется также закон Ома: I=U/R. Применив обе формулы можно высчитать параметры клейма или электросети.

В системе из несколько линий, потребуется найти напряжение между 0 и фазой IL = IF. Значения IL и IF непостоянные и меняются при разных вариациях подключения. Потому линейные параметры точно такие же, как и фазные.

Фазное

Для того чтобы получить показания подключения фазного вида, потребуется специальное оборудование, например, мультиметр, вольтметр. Для того чтобы измерить токи и напряжения в трёхфазных цепях обычно достаточно знать данные одного линейного тока и одного ЛН.

Перекос фаз

ФН измеряется при проседании (падении) линейного. Из линейных величин извлекается Квадратный корень из трёх. Полученный показатель и есть параметры ФН.

Линейное

Для расчёта соотношения линейного проводника и фазы применяется формула: Uл=Uф∙√3, Uф — фазовое, Uл — линейное.

Важно! Формула справедлива, только если IL = IF. Когда в цепь добавлены другие отводящие элементы, то для них потребуется сделать персональный расчёт фазового напряжения. Тогда Uф нужно заменить цифровыми величинами самостоятельного клейма.

Реактивная трёхфазная мощность рассчитывается по формуле: Q = Qа + Qb + Qс. Значение активной мощности можно найти, используя аналогичную формулу: P = Pа + Pb + Pс. Необходимость в подобных расчётах возникает, если к электрической сети подключается промышленная система.

Распространённость сетей с линейным током объясняется их относительной безопасностью и несложностью разведения электропроводки. Электрооборудование присоединено исключительно к одному фазному проводу (по нему проходит ток) и только он может быть опасен, второй — это заземление. ЛН возникает в трёхфазной цепи и даёт увеличение приблизительно на 73%.

Линейное напряжение — Asutpp

В электрических цепях бывают разные типы напряжения. Линейное напряжение можно наблюдать в трехфазной сети, где оно возникает между двумя фазовыми проводами. В большинстве случаев его уровень достигает 380 Вольт.

Отличие линейного от фазного напряжения

Если представить трехфазную цепь, то четко понятно, что в ней есть определенное напряжение между фазными контактами и фазным и нулевым проводом. Это происходит из-за того, что в этой схеме используется четырёхпроводная трехфазная цепь. Главные её характеристики – напряжение и частота. Напряжение, возникающее в цепи между двумя фазными проводами – это линейное, а то, что появляется между фазным и нулевым – фазным.

4-проводная сеть4-проводная сеть

Примечательной особенностью линейного напряжения является то, что именно по нему рассчитываются токи и другие параметры трехфазной цепи. Кроме того, к такой схеме можно подключать не только стандартные трехфазные контакты, но и однофазные (это различные бытовые приборы, приемники). Номинальное равняется 380 вольт, при этом оно может изменяться в зависимости от скачков или других перемен в локальной сети.

Существует несколько вариантов такого соединения, скажем, система с нейтралью под заземлением является самой популярной. Она характеризуется тем, что подключение к ней производится по особой схеме:

  1. Однофазные отводы подключаются к фазным проводам;
  2. Трехфазные – к трехфазным, соответственно.

Линейное напряжение имеет очень широкое использование благодаря своей безопасности и удобства разветвления сети. Электрические приборы подключаются только к одному- фазному проводу, опасность представляет он один. Расчет системы очень прост, в нем руководствуются стандартными формулами из физики. При этом, чтобы измерить этот параметр сети, достаточно воспользоваться простым мультиметром, для того, чтобы замерить характеристики фазового подключения потребуется несколько специальных устройств (датчики тока, вольтметры и прочие).

Некоторые особенности сети:

  1. При разводке такой проводки не требуется использовать профессиональные приборы- все измерения проводятся отвертками с индикаторами;
  2. При соединении проводников нет необходимости подключать нулевой провод, т. к. благодаря свободной нейтрали, риск поражения током крайне мал;
  3. Электротехника использует такую схему подключения для различных электродвигателей и других устройств, требующих высокую мощность для работы. Дело в том, что используя этот тип напряжения есть возможность повысить КПД на треть, что является весьма полезным свойством, в особенности, для асинхронного двигателя;
  4. Схема используется как для переменного тока, так и для постоянного;
  5. Нужно помнить, что однофазное соединение можно подключить к трехфазной сети, но не наоборот;
  6. Но, у такой цепи есть и определенные недостатки. В линейном соединении проводников очень сложно обнаружить повреждения. Это способствует повышенной пожарной опасности.

Соответственно, основная разница между фазовым и линейным напряжением заключается в разности подсоединяемых проводов обмоток.

Для контроля и выравнивания этого параметра часто используется специальный прибор — линейный стабилизатор напряжения. Он позволяет поддерживать показатель на определённом уровне, при этом нормализуя повышенное. Еще одно его определение – импульсный стабилизатор. Устройство может подключаться к розетке, контактам электрических приборов и т. д.

РасчетРасчет

Соединение

Линейное и фазное напряжение часто используется для запуска генератора. Рассмотрим, какие бывают соединения проводов на примере трехфазного генератора. Он состоит из первичных и вторичных обмоток. Их можно соединить звездой или треугольником.

Схема звезда и треугольникСхема звезда и треугольник

Соединяя проводники в «треугольник» начало второй фазы соединяется с концом первой. Помимо этого, к каждому фазному проводнику подключаются линейные провода источника. Это выравнивает токи, исходя из чего, фазовое напряжение становится равным линейному. Аналогичная схема и для подключения трансформатора и двигателя.

Такое соединение также позволяет обеспечить нулевую электрическую движущую силу и постоянную частоту. Токи обмоток сдвигаются на 120 градусов, благодаря чему в общей схеме это соединение имеет вид трех отдельных токов, которые относительно друг друга сдвинуты на 2/3 периода. Это соотношение может изменяться в зависимости от типа подключаемого устройства и характеристик сети.

Формулы для расчета двигателейФормулы для расчета двигателей

Аналогично можно подсоединить трехфазный асинхронный двигатель, стабилизатор или усилитель в сеть 220 вольт «звездой». Эта схема подразумевает подключение начала обмоток к сети. Тогда от входа начнет двигаться ток с характеристиками сети. Контакты выхода (концы обмоток), соединятся с началом при помощи специальных перемычек. Таким образом, межфазное напряжение будет протекать через все активные контакты.

В изолированной сети используются различные пусковые конденсаторы для запуска системы. Аналогично соединяются клеммы на обмотках. Это подключение часто используется для понижающих трансформаторов и различных двигателей, предусмотренных для работы в однофазной сети.

Стабилизатор напряжения с защитой от перегрузокСтабилизатор напряжения с защитой от перегрузок

Расчет

Для того чтобы рассчитать линейное напряжение используется формула Киргофа:

n  

∑ Ik = 0;, которая говорит о том, что в любом узле цепи сила тока равна нулю.

k=1

 

И закон Ома:

I =   U / R . Зная эти законы можно без проблем рассчитать любую характеристику определенного контакта или сети.

При разветвлении системы может понадобиться вычислить напряжение между фазовым проводом и нейтральным:

IL = IF – эти параметры могут изменяться в зависимости от подключения. Отсюда следует, что линейные параметры равняются фазовым.

Но, в определенных ситуациях, необходимо рассчитать, чем равно соотношение напряжения между фазовым и линейным проводниками.

Для этого используется формула: Uл=Uф∙√3, где:

Uл –линейное, Uф – фазовое. Формула справедлива только если IL = IF.

При включении в сеть дополнительных отводов, нужно отдельно вычислять фазовое напряжение каждого из подключений. Тогда вместо Uф подставляются данные этого конкретного отвода.

При работе с промышленными установками может потребоваться расчет реактивной трехфазной мощности. Он производится по формуле:

Q = Qа + Qb + Qс

Аналогичный вид имеет формула активной:

P = Pа + Pb + Pс

Разбираемся в разнице между фазным и линейным напряжениями
фазное и линейное напряжение

Фазное напряжение и линейное, соединение звездой и треугольником. В разговорах профессиональных электриков можно нередко слышать эти слова. Но даже не всякий электрик знает точное их значение. Так что же означают эти термины? Попробуем разобраться.

На заре развития электротехники энергия электрических генераторов и батарей передавалась потребителям по сетям постоянного тока. В США главным апологетом этой идеи был знаменитый изобретатель Томас Эдисон и крупнейшие на то время энергетические компании, подчиняясь авторитету «гиганта инженерной мысли», беспрекословно внедряли её в жизнь.

Однако, когда встал вопрос о создании разветвлённой электрической сети потребителей, питающейся от расположенного на большом расстоянии генератора, что потребовало создания первой линии электропередачи, победил проект никому тогда неизвестного сербского эмигранта Николы Теслы.

Он кардинально изменил саму идею системы электроснабжения, применив в ней вместо постоянного, генератор и электрические линии переменного тока. что позволило значительно снизить потери энергии, расход материалов и повысить энергоэффективность.

В этой системе использовался созданный Теслой трёхфазный генератор переменного тока, а передача энергии осуществлялась с помощью трансформаторов напряжения, изобретённых русским учёным П. Н. Яблочковым.

Другой русский инженер М. О. Доливо‑Добровольский уже через год не только создал подобную систему электроснабжения в России, но и значительно усовершенствовал её.

У Теслы для генерации и передачи энергии использовались шесть проводов, Добровольский предложил путём видоизменения подключения генератора сократить это количество до четырех.

Экспериментируя над созданием генератора, он попутно изобрёл асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором, находящий и поныне самое широкое применение в промышленности.

Что такое фаза: определяемся в значении

Что такое фазаПонятие фазы существует только в цепях синусоидального переменного тока. Математически такой ток можно представить и описать уравнениями вращающегося вектора, закреплённого одним концом в начале координат. Изменение величины напряжения цепи с течением времени будет представлять собой проекция этого вектора на ось координат.

Значение этой величины зависит от угла, под которым находится вектор к координатной оси. Строго говоря, угол вектора — это и есть фаза.

Значение напряжения измеряется относительно потенциала Земли, всегда равного нулю. Поэтому провод, в котором существует напряжение переменного тока, называют фазным, а другой, заземлённый, — нулевым.

Фазовый угол одиночного вектора не представляет большого практического значения — в электрических сетях он за 1/50 сек совершает полный оборот в 360°. Куда большее применение имеет относительный угол между двумя векторами.

В цепях с так называемыми реактивными элементами: катушками, конденсаторами, он образуется между векторами значений напряжения и тока. Такой угол называют фазовым сдвигом.

Если величины реактивных нагрузок не меняются во времени, то и фазовый сдвиг между током и напряжением будет постоянным. А уже с его помощью можно производить анализ и расчёт электрических цепей.

В XIX веке, когда ещё не было научной теории электричества, и все разработки нового оборудования осуществлялись опытным путем, экспериментаторы заметили, что виток провода, вращающийся в постоянном магнитном поле, создаёт на своих концах электрическое напряжение.

Затем выяснилось, что оно изменяется по синусоидальному закону. Если намотать катушку из многих витков, напряжение пропорционально увеличится. Так появились первые электрические генераторы, которые могли обеспечивать потребителей электрической энергией.

Тесла в генераторе, разрабатываемом для крупнейшей тогда в США Ниагарской гидроэлектростанции, для более эффективного использования магнитного поля, разместил в нем не одну катушку, а три.

За один оборот ротора магнитное поле статора пересекали сразу три катушки благодаря чему отдача генератора увеличилась в корень из трёх раз и от него можно было запитать одновременно трёх различных потребителей.

Экспериментируя с такими генераторами, первые инженеры‑электрики заметили, что напряжения в обмотках изменяются не одновременно. Когда, например, в одной из них оно достигает положительного максимума, в двух других оно будет равным половине отрицательного минимума и так периодически для каждой обмотки, а для математического описания такой системы уже нужна была система трёх вращающихся векторов с относительным углом между ними в 120°.

В дальнейшем оказалось, что если нагрузки в цепях обмоток сильно отличались друг от друга, это значительно ухудшало работу самого генератора. Выяснилось, что в больших разветвлённых сетях выгоднее не тащить к потребителям три различных линии электропередач, а подвести к ним одну трёхфазную и уже на конце её обеспечивать равномерное распределение нагрузок по каждой фазе.

Именно такую схему и предложил Доливо‑Добровольский, когда по одному выводу от каждой из трёх обмоток генератора соединяются вместе и заземляются, вследствие чего их потенциал становится одинаковым и равным нулю, а электрические напряжения снимаются с других трёх выводов обмоток.

Эта схема получила наименование «соединения звездой». Она и поныне является основной схемой организации трёхфазных электрических сетей.

Разберёмся что такое фазное напряжение

что такое фазное напряжениеДля создания таких сетей требуется провести от генератора к потребителям линию электропередачи, состоящую из трёх проводов фазных и одного нулевого. Конечно, в реальных сетях для уменьшения потерь в проводах на обоих концах линий подключаются ещё и повышающие и понижающие трансформаторы, но реальной картины работы сети это не меняет.

Нулевой провод нужен, чтобы зафиксировать передать к потребителю потенциал общего вывода генератора, ведь именно по отношению к нему создаётся напряжение в каждом фазном проводе.

Таким образом, фазное напряжение образуется и измеряется относительно общей точки соединения обмоток — нулевого провода. В хорошо сбалансированной по нагрузкам трёхфазной сети через нулевой провод течет минимальный ток.

На выходе трёхфазной линии электропередачи имеются три фазных провода: L1, L2, L3 и один нулевой — N. По существующим евростандартам они должны иметь цветовые обозначения:

  • L1 — коричневый;
  • L2 — чёрный;
  • L3 — серый;
  • N — синий;
  • Жёлто‑зелёный для защитного заземления.

Такие линии подводятся к большим серьёзным потребителям: предприятиям, городским микрорайонам и т. п. Но маломощным конечным потребителям, как правило, не нужны три источника напряжения, поэтому они подключаются к однофазным сетям, где имеется только один фазный и один нулевой провод.

Равномерным распределением нагрузок в каждой из трёх однофазных линий обеспечивается баланс фаз в трёхфазной системе электроснабжения.

Таким образом, для организации однофазных сетей используется напряжение одного из фазных проводов относительно нулевого. Такое напряжение и называется фазным.
По принятому в большинстве стран стандарту для конечных потребителей оно должно составлять 220 В. На него рассчитывается и выпускается практически все бытовое электрооборудование. В США и некоторых странах Латинской Америки для однофазных сетей принято стандартное напряжение 127 В, а кое‑где и 110 В.

Что такое линейное напряжение сети

Что такое линейное напряжениеПреимущества однофазной сети в том, что один из проводов имеет потенциал, близкий к потенциалу Земли.

Это, во‑первых, помогает обеспечивать электробезопасность оборудования, когда риск поражения электротоком представляет только один, фазный провод.

Во‑вторых, такая схема удобна для разводки сетей, расчета и понимания их работы, проведения измерений. Так, для нахождения фазного провода не нужны специальные измерительные приборы, достаточно иметь индикаторную отвёртку.

Но от трёхфазных сетей можно получить и ещё одно напряжение, если подключить нагрузку между двумя фазными проводами. Оно будет по значению выше фазного напряжения, потому что будет представлять собой проекцию на координатную ось не одного вектора, а двух, расположенных под углом в 120° друг к другу.

Этот «довесок» и будет давать прирост примерно в 73%, или √3–1. По существующему стандарту линейное напряжение в трёхфазной сети должно быть равно 380 В.

Каково основное отличие этих напряжений

Если к такой сети подключить соответствующую нагрузку, например, трёхфазный электродвигатель, он будет давать механическую мощность, значительно большую, чем однофазный такого же размера и веса. Но подключить трёхфазную нагрузку можно двумя способами. Один, как уже было сказано — «звезда».

Если же начальные выводы всех трёх обмоток генератора или линейного трансформатора не соединять вместе, а подключить каждый из них к конечному выводу следующей, создав из обмоток последовательную цепочку, такое соединение называется «треугольником».

Особенность его в отсутствии нулевого провода, и для подключения к таким сетям нужно соответствующее трёхфазное оборудование, у которого нагрузки также соединены «треугольником».

При таком соединении в нагрузке действуют только линейные напряжения 380 В. Один пример: электродвигатель, включённый в трёхфазную сеть по схеме «звезда», при токе в обмотках 3,3 А будет развивать мощность 2190 Вт.

Тот же двигатель, включенный «треугольником», будет в корень из трёх раз мощнее — 5570 Вт за счёт увеличения тока до 10 А.

Получается, что, имея трёхфазную сеть и такой же электродвигатель, мы можем получить значительно больший выигрыш по мощности, чем при использовании однофазных, а просто изменив схему подключения, мы увеличим выходную мощность двигателя ещё втрое. Правда, его обмотки также должны быть рассчитаны на повышенный ток.

Таким образом, основное отличие между двумя видами напряжений в сетях переменного тока, как мы выяснили, — это величина линейного напряжения, которая в 3 раза больше фазного. За величину фазного напряжения принимается абсолютное значение разности потенциалов фазного провода и Земли. Линейное же напряжение — это относительная величина разности потенциалов между двумя фазными проводами.

Ну и в завершении статьи два видео о соединении звездой и треугольником, для тех кто хочет разобраться подробнее.

Лекция по электротехнике Фазные и линейные напряжения (токи), соотношения между ними. Векторные диаграммы напряжений и токов. Мощность трехфазной цепи переменного тока. Нулевой провод, его значение»

Учебная дисциплина ОП.03 Электротехника и электроника

Лекция по теме: «Фазные и линейные напряжения (токи), соотношения между ними. Векторные диаграммы напряжений и токов. Мощность трехфазной цепи переменного тока. Нулевой провод, его значение»

План лекции:

1.Трехфазный переменный ток.

2. Что такое фаза?

3. Фазные и линейные напряжения (токи).

4. Соотношения между фазными и линейными напряжениями (токами).

5. Векторные диаграммы напряжений и токов.

6. Мощность трехфазной цепи переменного тока.

7. Нулевой провод, его значение.

hello_html_m14893a51.jpg

Каждая часть многофазной системы, имеющая одинаковую характеристику тока, называется фазой.

Фазное напряжение – возникает между началом и концом какой-либо фазы. По другому его еще определяют, как напряжение между одним из фазных проводов и нулевым проводом.

Линейное напряжение - которое определяют еще как межфазное или между фазное – возникающее между двумя проводами или одинаковыми выводами разных фаз. Показатель фазного напряжения составляет примерно 58% от параметров линейного. Таким образом, при нормальных условиях эксплуатации показатели линейных одинаковы и превышают фазные в 1,73 раза. В трехфазной сети напряжение, как правило, оценивают по данным линейного напряжения. Для трехфазных линий, которые отходят от подстанции, устанавливается линейное напряжение номиналом 380 вольт. Это соответствует фазному в 220 В.

Так, токи, протекающие в каждой фазе, именуют фазными и условно обозначают IА, IB, IC либо условно Iф. Токи в ветвях нагрузки именуют линейными. Их величина обуславливается величиной фазных напряжений, типом нагрузки. При сугубо активной нагрузке токи идентичны с напряжениями по фазе, а при индуктивной либо емкостной нагрузке, токи могут опережать или отставать от напряжения.

В традиционных электросетях имеет место 2 метода соединения:

- треугольник;

- звезда.

hello_html_51baf802.jpg

hello_html_6cde69c7.jpg

hello_html_m224baae2.jpg

hello_html_m734ff309.jpg

В чём различие между фазным и линейным напряжением - см.видео по ссылке https://youtu.be/39-dggvCRmg

hello_html_m42c258fc.jpg

hello_html_m2703a6f7.jpg

Видео «Построение векторных диаграмм» по ссылке: https://www.youtube.com/ ›watch?v=wcyQvK84lsU

youtube.com›watch?v=XBoF0gFU_FI)

Мощность трехфазной цепи переменного тока

Количество потребленной энергии в сети однофазного тока определяется простейшими расчетами, это не вызывает затруднений. Расчет мощности трехфазной сети сопряжен с некоторыми трудностями: Наличие трех фаз вместо одной; Различные схемы соединения потребителей – «звезда» или «треугольник»; Симметрия или ее отсутствие при распределении нагрузки по фазам.

Для правильного определения и расчета мощности требуется знание нескольких факторов:

- количества фаз питания;

- способа соединения потребителей.

При однофазном подключении используется два провода:

- фазный провод;

- нулевой провод.

Для трехфазной сети характерно наличие трех или четырех проводников (подключение с заземленной нейтралью). При этом используется две различных схемы включения: «Треугольник». Каждая нагрузка подсоединяется с двумя соседними. Напряжение каждой фазы подводится к точкам соединения потребителей. «Звезда». Все три потребителя соединяются в одной точке. Ко вторым концам подключаются фазы питания. Это схема с изолированной нейтралью. В схеме с заземленной нейтралью точка соединения потребителей подключается к нулевому проводнику.

Для измерения мощности применяют специальные измерительные приборы, называемые ваттметрами. При симметричной нагрузке мощность, потребляемая от трехфазной системы, может быть определена одним однофазным ваттметром. В четырехпроводной системе (с нулевым проводом) токовая обмотка ваттметра включается последовательно в один из линейных проводов, а обмотка напряжения — между тем же линейным и нулевым проводами. При  таком включении показание ваттметра определит мощность в одной фазе Рф, а так как при равномерной нагрузке мощности всех фаз  одинаковы, то суммарная мощность трехфазной системы Р = 3 Рф.

В трехпроводной системе обмотка напряжения ваттметра включена на линейное напряжение сети, а по токовой его обмотке протекает линейный

ток. Поэтому мощность трехфазной системы в hello_html_m167e7ec9.gif раз больше показания ваттметра Pω, т. е. Р=hello_html_m167e7ec9.gifРω.

При несимметричной нагрузке одного ваттметра для определений  мощности трехфазной системы недостаточно.

В четырехпроводной системе при несимметричной нагрузке необходимо включение трех ваттметров, обмотки напряжений которых включаются между нулевым и соответствующим линейным проводом. Каждый ваттметр измеряет мощность одной фазы и суммарная мощность трехфазной системы равна сумме показаний трех ваттметров, т. е. Р = Р1 + Р2 + Р3.

В трехпроводной системе при несимметричной нагрузке наиболее  часто используют схему двух ваттметров, которая не может быть использована в четырехпроводной системе. В схеме двух ваттметров обмотки напряжений каждого ваттметра соединены с входным зажимом обмотки тока и линейным проводом, оставшимся свободным. Полная мощность трехфазной системы равна сумме показаний ваттметров, т. е. Р=Р12

В лабораторной практике для этой схемы измерения мощности применяют один ваттметр и специальный переключатель, который без разрыва цепи тока дает возможность включать этот ваттметр как в один, так и в другой линейный провод.

При больших углах сдвига фаз между напряжением и током показания одного из ваттметров могут оказаться отрицательными и для измерения мощности необходимо изменить направление тока в обмотке тока, переключив ее. В этом случае суммарная мощность равна разности показаний ваттметров, т. е. Р = Р1 — Р2.

Энергия в трехфазной системе измеряется как однофазными, так и трехфазными счетчиками электрической энергии. Включение однофазных счетчиков в трехфазную сеть подобно включению ваттметров, описанному выше.

Трехфазные счетчики составляются из двух или трех однофазных, размещенных в одном корпусе и имеющих общий счетный механизм, и называются соответственно двухэлементными и трехэлементными. В трехпроводной системе (без нулевого провода) применяют двухэлементные, а в четыре  проводной системе (с нулевым проводом) —трехэлементные счетчики. Схема включения счетчика электрической энергии указывается на съемной крышке, которой закрывается панель зажимов.

hello_html_4b9276b6.jpg

hello_html_1fddbc37.jpg

hello_html_m69445179.jpg

hello_html_22b405fb.jpg

Нулевой провод — это провод, использующийся для выравнивания напряжения в фазах. В случае его отсутствия или повреждения могут сгореть подключенные к фазе приборы и даже может начаться пожар. Поэтому необходимо знать принципы работы с ним.

Что такое нулевой провод? Его значение.

При работе с электричеством особого внимания требует нулевой провод. Что это такое, не всегда известно людям, не связанным профессионально с электросетями, и зачастую у них появляется ошибочное заблуждение, что нейтральный кабель – это только заземление. На самом деле, нейтральный проводник соединяет нейтрали установок в трехфазных цепях. Когда на каждую фазу из трех подается разная нагрузка, появляется смещение нейтрали, вызывающее нарушение симметрии напряжений, то есть, нарушение симметрий нагрузки приводит к тому, что у одних потребители будут получать пониженное напряжение, а другие же повышенное.

hello_html_1e94b780.jpghello_html_2a40897c.jpg

В общей цепи (фаза ноль), той, что приходит на люстру или розетку, есть два провода. Один из них и есть фаза. Именно этот провод находится под напряжением. Фаза в электротехнике сравнима с плюсом в автомобиле — это основное питание для сети.

hello_html_m2fb3c57.jpg

Фаза, ноль, земля в розетке

Нуль — это провод, который не находится под напряжением (это именно то, чем отличается ноль от фазы). Он не перегружен в процессе отбора мощности, но, тем не менее, по нему так же течет электрический ток, только в направлении, обратном фазному. В отсутствии напряжения он является безопасным в плане поражения человека электротоком.

Нуль замыкает электрическую цепь. Без этого провода в цепи не может быть электрического тока, который и дает мощность для питания бытовых приборов. По сути, нулевой провод — это земля.

hello_html_m7a7a9ce8.jpg

Начало свое нуль берет от комплектной трансформаторной подстанции 6(10)/0,4 кВ, где трансформатор своей нулевой шиной соединен с контуром заземления. Изначально именно земля является проводником с нулевым потенциалом, и именно поэтому многие путают нуль с землей. ВЛ (воздушная линия электропередачи), выходя из КТП, имеет 4 провода — 3 фазы и нуль, который в начале линии соединен с нулем трансформатора. На протяжении воздушной линии через одну опору производится повторное заземление, которое дополнительно связывает нуль линии с землей, что дает более полноценную связь цепи «фаза — нуль» для того, чтобы у конечного потребителя в розетке было не менее 220В.

Основное назначение нулевого провода — замыкание цепи для создания электрического тока для работы любого электроприбора. Ведь для того, чтобы ток появился, необходима разность потенциалов между двумя проводами. Нуль потому так и называется, что потенциал на нем равен нулю. Отсюда и уровень напряжения 220В — 230В.

В домашних условиях, даже не имея специальных приборов и приспособлений, возможно определить в обычной розетке, какой из двух проводов является фазой, а какой нулем. В этом случае используются электролампа или индикаторная отвертка.

Для поиска нуля и фазы достаточно взять обыкновенный патрон с лампочкой и прикрутить два провода на его штатные места. Затем один из этих проводов подключить к заземляющим ножам в розетке, а второй — к любому из двух силовых разъемов.

Фазным будет являться тот разъем, при подключении к которому лампочка будет загораться. Это происходит потому, что по Правилам устройства электроустановок (ПУЭ), в вводном электрощите нулевые провода всех розеток должны быть соединены с земляными проводами этих же розеток. А отдельно земляная шина должна быть соединена с защитным контуром заземления. Именно это и обеспечивает наличие надежного нуля во всей цепи энергоснабжения дома.

Видео см. по ссылке: https://youtu.be/3Gvp6Q8q3Ks

Вопросы для самоконтроля:

  1. Что представляет собой трехфазная цепь? Каковы ее элементы?

  1. Что такое фаза трехфазной цепи?

  1. В чем преимущества трехфазной цепи перед однофазной?

  1. Какая система величин (ЭДС, напряжений, токов) называется трехфазной симметричной?

  1. Какое соединение фаз называется соединением в звезду?

  1. Какое напряжение называется линейным, фазным? Каковы соотношения между линейными и фазными напряжениями при любой нагрузке и при симметричной нагрузке?

  1. Какой ток называется линейным, фазным? Каково соотношение между линейным и фазным токами при соединении фаз приемника в звезду?

  1. В чем отличие и преимущества трехпроводных и четырехпроводных цепей?

  1. Когда и зачем применяют нейтральный провод?

10. В каком случае отсутствует ток в нейтральном проводе?

  1. Как определить мощности трехфазной цепи?

  2. Что такое нулевой провод? Каковое его значение?

Домашнее задание:

1.Проработать конспект лекции.

2. Ответить на вопросы для самоконтроля.

3.Выполнить задания в тестовой форме:

Вариант 1

  1. Начало первой обмотки при соединении обмоток генератора треугольником соединяется:

  1. с началом второй;

  2. концом третьей;

  3. концом второй;

  4. началом третьей;

  5. концом третьей.

  1. Фазой называют:

  1. аргумент синуса;

  2. часть многофазной цепи;

  3. фазу в начальный момент времени;

  4. оба определения ответов 1 и 2 правильны;

  5. разность начальных фаз переменных величин.

  1. Какой из токов в схеме (рис. 4.3.1) линейный, а какой — фазный:

  1. оба тока — линейные;

  2. оба тока — фазные;

  3. ток I2 — линейный, I1 — фазный;

  4. ток I2 — фазный, I1 — линейный;

  5. таких токов в данной схеме нет.

hello_html_m71b15917.png

  1. Симметричная нагрузка соединена звездой. Линейное напряжение 380 В. Фазное напряжение равно:

  1. 220 В;

  2. 380 В;

  3. 250 В;

  4. 127В;

  5. 660 В.

  1. Укажите правильные уравнения, связывающие векторы линейных и фазных токов, если соединение потребителей треугольником (рис. 4.3.2):

hello_html_m4f89e6cf.pnghello_html_m678f14c4.png

Вариант 2

  1. Лампы накаливания с UH = 127 В включают в трехфазную сеть с линейным напряжением 220 В. Схема включения ламп:

  1. звездой;

  2. треугольником;

  3. звезда с нулевым проводом;

  4. лампы нельзя включать в сеть;

  5. для ответа недостаточно данных.

  1. Действующее значение трехфазной ЭДС при изменении направления вращения катушек:

  1. изменится;

  2. увеличится в три раза;

  3. уменьшится в три раза;

  4. изменится на ;

  5. не изменится.

  1. Ток в нулевом проводе четырехпроводной цепи:

  1. не может равняться нулю;

  2. может равняться нулю;

  3. всегда равен нулю;

  4. всегда больше нуля;

  5. всегда меньше нуля.

  1. Если UAC = Uс – UA, то вектор UAC при соединении треугольником равен:

hello_html_m9231c0d.png

  1. В симметричной трехфазной цепи Uф = 220 В, Iф = 5 А, cosφ = 0,8. Активная мощность цепи равна:

  1. 1,1 кВт;

  2. 0,88 кВт;

  3. 2,2 кВт;

  4. 2,64 кВт;

  5. 5,28 кВт.

Вариант 3

  1. Если при прочих условиях изменить скорость вращения обмоток, то изменятся:

  1. амплитуды и начальные фазы;

  2. частота и начальные фазы;

  3. ЭДС и начальные фазы;

  4. частота и амплитуды;

  5. ЭДС и амплитуды.

  1. Сумма токов фаз равна нулю при отсутствии нулевого провода:

  1. не всегда;

  2. всегда;

  3. зависит от условий;

  4. зависит от числа проводов — 3 или 4;

  5. зависит от Z-фазы.

  1. Обмотки, показанные на рис. 4.3.3, соединены.

  1. звездой;

  2. треугольником; hello_html_m4813d14c.png

  3. последовательно;

  4. параллельно;

  5. другим способом.

  1. При симметричной нагрузке, соединенной треугольником, UА = 380 В. Фазное напряжение равно:

  1. 220 В;

  2. 127 В;

  3. 660 В;

  4. 250 В;

  5. 380 В.

  1. Дано: U^ = 220 В; I^ = 5 A; cosφ = 0,8. Трехфазная цепь симметричная. Активная мощность цепи составляет:

  1. 1,1 кВт;

  2. 1,14 кВт;

  3. 1,52 кВт;

  4. 2,2 кВт;

  5. 2,06 кВт.

Вариант 4

  1. К генератору, обмотки которого соединены в звезду, подходит:

  1. 6 соединительных проводов;

  2. 3 соединительных провода;

  3. 3 или 4 провода;

  4. 4 провода;

  5. 6 или 3 провода.

  1. Какое напряжение в схеме, показанной на рис. 4.3.4, линейное, а какое — фазное:hello_html_m7fa7e70.png

  1. UCA — линейное, Uco — фазное;

  2. UAO — линейное, UBO — фазное;

  3. UAB — линейное, UBC — фазное;

  4. UBC — линейное, фазное;

  5. UCO — линейное, — фазное.

  1. Будут ли меняться линейные токи при обрыве нулевого провода в случае: а) симметричной нагрузки; б) несимметричной нагрузки:

  1. а) будут; б) не будут;

  2. а) будут; б) будут;

  3. а) не будут; б) не будут;

  4. а) не будут; б) будут;

  1. Ток I^ = 2,2 А. Если симметричная нагрузка соединена треугольником, то фазный ток:

  1. 3,8 А;

  2. 2,2 А;

  3. 6,6 А;

  4. 1,27 А;

  5. 2,54 А.

  1. В симметричной трехфазной цепи Uф = 220 В; Iф = 5 A; cosφ = 0,8. Реактивная мощность цепи равна:

  1. 0,66 квар;

  2. 1,98 квар;

  3. 2,64 квар;

  4. 1,1 квар;

  5. 2,2 квар.

Вариант 5

  1. В симметричной трехфазной цепи UA = 220 В, 1А = 5 A, coscp = 0,8. Реактивная мощность цепи равна:

  1. 0,38 квар;

  2. 1,1 квар;

  3. 1,14 квар;

  4. 1,52 квар;

  5. 3,04 квар.

  1. В трехфазную сеть UA - 220 В включают двигатель, обмотки которого рассчитаны на 127 В. В этом случае:

  1. двигатель нельзя включить в сеть;

  2. обмотки двигателя надо соединить треугольником;

  3. звездой с нулевым проводом;

  4. для ответа недостаточно данных;

  5. звездой.

  1. Линейные токи при постоянной ЭДС генератора и неизменных сопротивлениях нагрузки могут измениться за счет:

  1. изменения фазных напряжений;

  2. изменения линейных напряжений;

  3. изменения фазных и линейных напряжений.

  1. Ток в нулевом проводе при симметричной трехфазной системе токов равен:

  1. нулю;

  2. значению, меньшему суммы действующих значений фазных токов;

  3. значению, большему сумме фазных токов;

  4. сумме действующих значений фазных токов;

  5. сумме линейных токов.

  1. Условия симметричной нагрузки в трехфазной цепи:

hello_html_m5adb9a2c.png

Вариант 6

  1. В трехфазной цепи U^ = 220 В; I^ = 2 А; Р = 380 Вт. В этом случае соsφ равен:

  1. 0,8;

  2. 0,5;

  3. 0,6;

  4. 0,4;

  5. 0,7.

  1. Трехфазный двигатель, обмотки которого рассчитаны на 127 В, включают в сеть UA = 380 В. Обмотки двигателя надо соеди¬нить:

  1. звездой;

  2. треугольником;

  3. для ответа недостаточно данных;

  4. звездой с нулем;

  5. двигатель нельзя включать в сеть.

  1. Обмотки трехфазного генератора соединены звездой. Конец первой обмотки соединен:

  1. с началом второй обмотки;

  2. началом третьей обмотки;

  3. концом третьей обмотки;

  4. концом второй и началом третьей обмоток;

  5. концом второй обмотки.

  1. Трехфазная симметричная нагрузка потребляет 800 Вт активной мощности. Если при cosφ = 1 потребляется 1000 Вт, то соsφ равен:

  1. 0,8;

  1. Обмотки, показанные на рис. 4.3.5, соединены:hello_html_4a3af81c.png

  1. звездой с нулевым проводом;

  2. треугольником;

  3. звездой;

  4. другим способом;

  5. для ответа недостаточно данных.

  1. Вариант 7

  1. При соединении обмоток генератора треугольником" начало третьей обмотки соединяется:

  1. с концом первой обмотки;

  2. началом второй обмотки;

  3. концом второй обмотки;

  4. началом второй и первой обмоток;

  5. концом третьей обмотки.

  1. Симметричная нагрузка трехфазной сети соединена звездой, U^ = 660 В. Фазное напряжение равно:

  1. 380 В;

  2. 660 В;

  3. 220 В;

  4. 127 В;

  5. 440 B.

  1. Вольтметр для измерения фазного напряжения (рис. 4.3.6) надо включить между точками:hello_html_568a2c58.png

  1. А и В;

  2. В и С;

  3. C и А;

  4. А и С;

  5. А и О.

  1. Нагрузка в трехфазной цепи (рис. 4.3.7) соединена:hello_html_4494c22e.png

  1. звездой;

  2. треугольником;

  3. параллельно;

  4. последовательно;

  5. звездой с нулевым проводом.

  1. Лампы накаливания с UH = 220 В включают в трехфазную сеть с U^ = 220 В. Схема соединения ламп:

  1. звездой;

  2. треугольником;

  3. звездой с нулевым проводом;

  4. лампы нельзя включать в сеть;

  5. для ответа недостаточно данных.

  1. Вариант 8

  1. Линейный ток 17,3 А. Фазный ток, если симметричная нагрузка 1 соединена треугольником, равен:

  1. 34,6 А

  1. Начало второй обмотки при соединении обмоток трехфазного генератора треугольником соединяется:

  1. с концом первой обмотки;

  2. концом третьей обмотки;

  3. началом первой обмотки;

  4. началом третьей обмотки;

  5. концом второй обмотки.

  1. Нагрузка в цепи, показанной на рис. 4.3.8, соединена:

  1. звездой;

  2. треугольником;hello_html_m66444c73.png

  3. звездой с нулевым проводом;

  4. последовательно;

  5. параллельно.

  1. К трехфазному генератору, обмотки которого соединены треугольником, подходит соединительных проводов:

  1. 4;

  2. 3 или 4;

  1. В трехфазную сеть с U^ = 220 В включают двигатель, обмотки которого рассчитаны на 220 В. Соединить обмотки двигателя надо:

  1. звездой с нулевым проводом;

  2. звездой;

  3. треугольником;

  4. двигатель нельзя включать в сеть;

  5. для ответа недостаточно данных.

Феномен короткого замыкания, который вы должны понимать

Почему короткое замыкание так важно?

Короткое замыкание в электрической цепи является частью цепи, которая по некоторым причинам стала «короче», чем должна быть. Ток в электрической цепи протекает самым простым способом, и если две точки в цепи с разными потенциалами связаны с низким электрическим сопротивлением, ток становится коротким замыканием между двумя точками.

Short circuit phenomenon you should understand Феномен короткого замыкания, который вы должны понять

Последствия короткого замыкания могут быть любыми: от незначительной неисправности до аварии.Последствия зависят от способности системы выдерживать ток в ситуации короткого замыкания и от того, как долго ток короткого замыкания может протекать. Почти в каждой электрической цепи должна быть какая-то защита от токов короткого замыкания.

Когда схемы анализируются математически, короткое замыкание обычно описывается нулевым импедансом между двумя узлами в схеме .

В действительности невозможно, чтобы импеданс был нулевым, и поэтому расчеты не дадут «реального» значения, но в большинстве случаев максимально возможное значение.Для получения правильных результатов расчета также важно знать все параметры схемы.

Особенно в ситуациях короткого замыкания поведение цепей «странное» и нет линейности между напряжением системы и протекающим током.

Содержание:

  1. Необходимость расчета тока короткого замыкания трансформатора
  2. Симметричные компоненты
  3. Два вида короткого замыкания
    1. Цепи постоянного тока
    2. цепи переменного тока
      1. Однофазные цепи
      2. Трехфазные цепи
    3. Развитие тока короткого замыкания

1.Необходимость расчета тока короткого замыкания трансформатора

Сегодня, как никогда ранее, электрическая сеть развивается так быстро - мощность электростанции, мощность подстанции и нагрузка на электроэнергию, а также плотность нагрузки устойчиво растут.

Возьмите Китай в качестве примера. Количество подстанций 500 кВ в энергосистеме Северного Китая почти в 2 раза больше, чем за последнее десятилетие. Число выросло с 48 до 97; Мощность подстанции увеличилась с 52 069 000 кВА до 157 960 000 кВА .

В результате токов короткого замыкания в электрической сети увеличиваются с каждым годом на . Основываясь на статистическом анализе Государственной сетевой корпорации Китая (SGCC), аварии с током короткого тока в силовых трансформаторах (размер ≥ 110 кВ) произошли 125 раз. Общая мощность, на которую повлияли аварии из-за короткого замыкания, составляет 7 996 МВА в 1995–1999 годах. Это число составляет 37,5% всех аварий на электроэнергию и 44% аварий на трансформаторах.

Ток короткого замыкания является важной спецификацией и стандартом для оборудования и проводников в электроэнергетике, и способность выдерживать ток короткого замыкания основных устройств определяет, может ли сеть работать более безопасно или нет.Поэтому важно рассчитать ток короткого замыкания и предложить несколько возможных решений.

Правильный расчет может помочь нам:

  1. Укажите номинальные значения неисправностей для электрического оборудования (например, выдерживаемые при коротком замыкании)
  2. Помогите определить потенциальные проблемы и слабые места в системе и помочь в планировании системы
  3. Сформировать основу для координации защитных исследований

Вернуться к содержанию ↑


2.Симметричные компоненты

В практической работе инженеры часто используют « симметричных компонентов » для анализа трехфазной системы питания. Он был изобретен канадским инженером-электриком Чарльзом Л. Фортескью в 1913 году. Первоначальной целью г-на Фортескью был анализ работы электродвигателей.

Теория не использовалась для энергосистемы до 1937 года. Аналитическая методика была принята и усовершенствована инженерами в General Electric и Westinghouse, а после Второй мировой войны она была принята методом для асимметричного анализа неисправностей .

Теперь это обычный инструмент, используемый для анализа неисправностей трехфазной системы питания.

Основная настройка для теории состоит в том, что любые несбалансированные системные значения (ток или напряжение) можно разложить на 3 симметричных набора сбалансированных векторов:

  1. Компоненты прямой последовательности,
  2. компоненты обратной последовательности и
  3. Компоненты нулевой последовательности.
Sequence components to represent the three-phase electrical system Sequence components to represent the three-phase electrical system Рисунок 1. Компоненты последовательности для представления трехфазной электрической системы

Компонент прямой последовательности тока, показанного на рисунке 1 выше, сбалансирован по величине с разделением фаз на 120 градусов и вращением против часовой стрелки, как и в оригинальной сбалансированной системе.

Компонент обратной последовательности тока сбалансирован по величине с фазовым разделением 120 градусов, но имеет противоположное вращение, в этом случае, по часовой стрелке.

Компоненты нулевой последовательности имеют равных величин, но разделение нулевой фазы .

Здесь мы обозначаем положительную последовательность индексом «1». Аналогично, отрицательная последовательность обозначается индексом «2», а нулевая последовательность - индексом «0».

При условии отсутствия неисправности энергосистема считается, по существу, симметричной системой , и поэтому существуют только токи и напряжения прямой последовательности .Во время неисправности существуют токи и напряжения положительной, отрицательной и, возможно, нулевой последовательности.

Используя реальные фазовые напряжения и токи вместе с формулами Fortescue, можно рассчитать все токи положительной, отрицательной и нулевой последовательности. Защитные реле используют эти компоненты последовательности вместе с данными фазного тока и / или напряжения в качестве входных данных для защитных элементов.


Принципы симметричных компонентов (ВИДЕО)

Вернуться к содержанию ↑


3.Два вида короткого замыкания

3.1 Цепи постоянного тока

Какая информация о цепи необходима для расчета короткого замыкания цепи постоянного тока? В электрической цепи ток зависит от электродвижущей силы (эдс), электромагнитного поля и полного сопротивления цепи .

В батарее значение ЭДС зависит от заряда батареи. Внутренний импеданс батареи также является изменяющимся параметром и зависит от заряда, температуры и срока службы батареи и так далее.

В цепи постоянного тока сопротивление является фактором ограничения тока вместе с ЭДС в стационарном состоянии, что означает «через некоторое время».

В начале переходного процесса, как в случае короткого замыкания, индуктивность цепи также ограничена. Любая индуктивность в цепи сгладит рост тока. Ток увеличивается экспоненциально из-за связи между индуктивностью и сопротивлением цепи.

The current in an inductor The current in an inductor Рисунок 2 - Ток в индуктивности

Постоянный ток вызывает различные проблемы по сравнению с переменным током при попытке прервать токи высокой величины, поскольку затухание дуги является более трудным.Переменный ток проходит через ноль каждые полпериода, тем самым способствуя отключению тока.

Автоматический выключатель для определенного переменного тока обычно не способен отключить ту же величину постоянного тока. Сложность разрыва цепи постоянного тока возрастает с увеличением отношения индуктивности к сопротивлению в цепи. Индуктивности всегда противостоят изменениям тока.

Вернуться к содержанию ↑


3,2 цепи переменного тока

Цепи переменного тока (AC) сложнее решить, чем цепи постоянного тока (DC).На результаты влияет больше параметров, и в быстро меняющихся ситуациях первые значения тока сильно зависят от фазы источника активного напряжения.


3.2.1 Однофазные цепи

Большинство крупных электрических сетей являются трехфазными, но особенно в системах низкого напряжения большинство подключенных цепей являются однофазными. При расчете токов короткого замыкания ситуация зависит от , как близко к генератору или трансформатору происходит сбой .

Не только из-за растущего сопротивления в конце сети, но также из-за того, что генераторы и трансформаторы действуют «странно», когда они не нагружены симметрично на всех фазах.

В некоторых случаях цепь может питаться от однофазного трансформатора с несущей способностью по току, которой недостаточно, чтобы заставить трехфазную систему вести себя «странно».

Тот факт, что ток короткого замыкания легче рассчитать вдали от трансформатора или генератора, объясняется тем, что импедансы линии играют важную роль в процессе, и импедансы часто легче узнать, чем напряжение в начале цепи

При более длинных линиях токи уменьшаются, и напряжение от источника сильно не меняется.

В однофазных цепях низкого напряжения, которые обычно используются в домашних хозяйствах, токи короткого замыкания должны быть отключены по разным причинам. Одна из причин - напряжение прикосновения, которое может возникнуть во время контакта между фазой и защитным заземлением.

Защитное заземление в цепи используется для предотвращения попадания на открытые проводящие части опасного потенциала относительно земли.Когда прямой контакт между фазой и открытыми проводящими частями установлен в результате неисправности, потенциал может повыситься до опасного уровня, к которому люди могут прикоснуться, и поэтому цепь должна быть отключена защитными устройствами , такими как предохранители и автоматические выключатели .

Phase-to-earth short circuit current (single-phase) Phase-to-earth short circuit current (single-phase) Рисунок 3 - Ток короткого замыкания между фазами и землей (однофазный)

В домашних условиях максимальное время отключения составляет , обычно 0,4 секунды, . Чтобы получить доступ к времени очистки в условиях неисправности, предполагаемый ток повреждения должен быть определен путем измерения или расчета.Именно предполагаемый ток, который будет течь, когда конец защищаемого кабеля подключен к защитному заземляющему проводнику, вызывает беспокойство.

При длинных кабелях этот предполагаемый ток может оказаться сравнительно низким.

Следует помнить, однако, что первая проблема с длинными кабельными трассами - это возможность чрезмерного падения напряжения, и сначала следует выбрать кабели для номинального тока, а затем проверить на падение напряжения, прежде чем определить предполагаемый отказ .

Вернуться к содержанию ↑


3.2.2 Трехфазные цепи

Трехфазная электроэнергия является распространенным методом генерации, передачи и распределения электроэнергии переменного тока . Это тип многофазной системы и наиболее распространенный метод, используемый электрическими сетями во всем мире для передачи энергии.

Он также используется для питания больших двигателей и тяжелых нагрузок. Трехфазная система обычно более экономична, чем эквивалентная однофазная или двухфазная система при одном и том же напряжении, поскольку для передачи электроэнергии используется меньше проводящего материала.

Трехфазная система была независимо изобретена Галилео Феррари, Михаилом Доливо-Добровольским и Николой Теслой в конце 1880-х годов.

Большинство однофазных цепей являются лишь частью трехфазной сети. В трехфазной системе могут возникать различные типы короткого замыкания.

Например, ток короткого замыкания может быть между фазой и землей (80% отказов), между фазами (15% отказов - этот тип повреждения часто вырождается в трехфазное повреждение) и t трехфазная (только 5% от начальных неисправностей).Эти различные токи короткого замыкания показаны на рисунке 4.

The fault types The fault types Рисунок 4 - Типы неисправностей

В Китае существует другая грубая классификация, основанная на количестве фаз повреждения: трехфазное повреждение, двухфазное повреждение и однофазное повреждение из-за повреждения фазы между землей, которое может произойти для двух фаз.

Основные характеристики токов короткого замыкания:

  1. Продолжительность - ток может быть самозатухающим, переходным или установившимся
  2. Источник - это может быть вызвано механическими причинами (обрыв проводника, случайный электрический контакт между двумя проводниками через инородное проводящее тело, такое как инструмент или животное), внутренним или атмосферным перенапряжением и пробоем изоляции из-за нагрева, влажность или агрессивные среды
  3. Расположение (внутри или снаружи машины или электрического щита)

Последствия короткого замыкания зависят от типа и продолжительности неисправности и доступной мощности короткого замыкания.Локально в точке неисправности могут возникать электрические дуги, вызывающие повреждение изоляции, сварку проводов и возгорание.

Падения напряжения происходят в других сетях во время короткого замыкания, и отключение части сети может также включать в себя «здоровые» части сети в зависимости от конструкции всей сети.

Вернуться к содержанию ↑


3.3 Развитие тока короткого замыкания

Упрощенная сеть переменного тока может быть представлена ​​источником питания переменного тока, своего рода устройством переключения, полным сопротивлением Z N , которое представляет все сопротивления перед точкой переключения и нагрузкой, представленной ее сопротивлением (см. Рисунок 5).

В реальной сети полное сопротивление Z N составлено из сопротивлений всех компонентов в восходящем направлении . Компонентами являются, например, генераторы, трансформаторы, провода, автоматические выключатели и измерительные системы.

Когда происходит сбой с пренебрежимо малым сопротивлением между A, и B, , в цепи протекает ток короткого замыкания, ограниченный только Z N . Ток короткого замыкания I sc развивается в переходных режимах в зависимости от соотношения между индуктивностями и сопротивлениями во всей цепи.

The simple short circuit The simple short circuit Рисунок 5 - Простое короткое замыкание

Если схема является в основном резистивной, то форма волны тока соответствует форме волны напряжения, но если в цепи есть индуктивности, форма волны тока будет отличаться от формы волны напряжения в течение переходного времени процесса.

В индуктивной цепи ток не может начинаться с любого значения, кроме нуля. Влияние индуктивностей описывается реактивным сопротивлением X в цепях переменного тока с фиксированной частотой напряжения.

В системах низкого напряжения, где кабели и проводники представляют большую часть полного сопротивления , его можно рассматривать как в основном резистивный . В электрических распределительных сетях реактивное сопротивление обычно намного больше, чем сопротивления.

Обычно полное сопротивление Z в установившемся режиме в цепи переменного тока состоит из полного сопротивления R и полного реактивного сопротивления X, как показано в следующем соотношении.

Total impedance Z Total impedance Z

В упрощенной цепи выше напряжение постоянное и, следовательно, общий импеданс.При неисправностях вдали от генераторов и трансформаторов, где большая часть полного сопротивления состоит из полного сопротивления проводов, расчеты могут быть выполнены с хорошим результатом, и переходный ток почти такой же, как если бы ток протекал в течение более длительного времени.

Значение далеко не обязательно является физическим, но означает, что полное сопротивление генератора или трансформатора меньше, чем полное сопротивление элементов от проводов .

Элементы сопротивления от проводов постоянны при постоянной температуре , но сопротивления генераторов меняются во время короткого замыкания, и сопротивления трансформаторов изменяются, если трансформаторы асимметрично нагружены высокими токами.

The currents continue symmetrically The currents continue symmetrically Рисунок 6 - Токи продолжаются симметрично

На рисунке 6 показан ток в начале короткого замыкания вдали от генератора . Короткое замыкание начинается в момент, когда ток обычно равен нулю, и продолжается симметрично.

The currents continue asymmetrically The currents continue asymmetrically Рисунок 7 - Токи продолжаются асимметрично

На рисунке 7 показан ток, когда короткое замыкание начинается в момент, когда напряжение равно нулю, и ток также начинается с нуля, но асимметрично в течение переходного времени.


IEC 61439 - Испытания на стойкость к короткому замыканию (ВИДЕО)

Испытание на стойкость к короткому замыканию, примеры испытаний условного короткого замыкания (Icc) на функциональных узлах низковольтной сборки (блоки расцепления защитных устройств включены)

Вернуться к содержанию ↑

Reference // Расчет тока короткого замыкания трансформатора и решения от Ling Song

,

Переменный ток (AC) против постоянного тока (DC)

Громовой удар!

Откуда австралийская рок-группа AC / DC получила свое имя? Почему, переменный ток и постоянный ток, конечно! И переменный, и постоянный ток описывают типы протекания тока в цепи. В постоянного тока (DC) электрический заряд (ток) течет только в одном направлении. Электрический заряд переменного тока (AC), с другой стороны, периодически меняет направление.Напряжение в цепях переменного тока также периодически меняется на обратное, поскольку ток меняет направление.

Большая часть цифровой электроники, которую вы строите, будет использовать DC. Тем не менее, важно понимать некоторые концепции переменного тока. Большинство домов подключены к сети переменного тока, поэтому, если вы планируете подключить проект музыкальной шкатулки Tardis к розетке, вам потребуется преобразовать переменный ток в постоянный. AC также имеет некоторые полезные свойства, такие как возможность преобразования уровней напряжения с помощью одного компонента (трансформатора), поэтому AC был выбран в качестве основного средства передачи электроэнергии на большие расстояния.

Что вы выучите

  • История AC и DC
  • Различные способы генерации переменного и постоянного тока
  • Некоторые примеры применения переменного и постоянного тока

Рекомендуемое Чтение

и

и

переменного тока (AC)

Переменный ток описывает поток заряда, который периодически меняет направление. В результате уровень напряжения также изменяется вместе с током.Переменный ток используется для подачи электроэнергии в дома, офисные здания и т. Д.

Генерация переменного тока

AC может быть произведен с использованием устройства, называемого генератором переменного тока. Это устройство представляет собой особый тип электрического генератора, предназначенный для выработки переменного тока.

Петля провода вращается внутри магнитного поля, которое индуцирует ток вдоль провода. Вращение проволоки может происходить из любого количества средств: ветряная турбина, паровая турбина, проточная вода и так далее. Поскольку провод вращается и периодически входит в другую магнитную полярность, напряжение и ток на проводе чередуются.Вот короткая анимация, показывающая этот принцип:


(Видео: Хуррам Танвир)

Генерация переменного тока можно сравнить с нашей предыдущей водной аналогией:

Для генерации переменного тока в наборе водопроводных труб мы подключаем механический кривошип к поршню, который перемещает воду в трубах взад-вперед (наш «переменный» ток). Обратите внимание, что защемленный участок трубы по-прежнему обеспечивает сопротивление потоку воды независимо от направления потока.

Осциллограммы

Переменный ток

может иметь различные формы, если напряжение и ток чередуются. Если мы подключим осциллограф к цепи с переменным током и построим график его напряжения с течением времени, мы можем увидеть несколько различных форм сигнала. Наиболее распространенным типом переменного тока является синусоида. В большинстве домов и офисов переменный ток имеет колебательное напряжение, которое создает синусоидальную волну.

Другие распространенные формы переменного тока включают прямоугольную волну и треугольную волну:

Прямоугольные волны

часто используются в цифровой и коммутационной электронике для проверки их работы.

Треугольные волны найдены в синтезе звука и полезны для тестирования линейной электроники, такой как усилители.

Описание синусоиды

Мы часто хотим описать форму волны переменного тока в математических терминах. Для этого примера мы будем использовать синусоидальную волну. Синусоидальная волна состоит из трех частей: амплитуды , частоты и фазы.

Рассматривая только напряжение, мы можем описать синусоидальную волну как математическую функцию:

В (т) - это наше напряжение как функция времени, что означает, что наше напряжение меняется со временем.Уравнение справа от знака равенства описывает, как напряжение меняется со временем.

В P является амплитудой . Это описывает максимальное напряжение, которое может достигать наша синусоидальная волна в любом направлении, означая, что наше напряжение может составлять + V P вольт, -V P вольт или где-то посередине.

Функция sin () показывает, что наше напряжение будет в форме периодической синусоидальной волны, которая представляет собой плавное колебание около 0В.

- это константа, которая преобразует частоту из циклов (в герцах) в угловую частоту (радианы в секунду).

f описывает частоту синусоидальной волны. Это дано в виде герц или единиц в секунду . Частота показывает, сколько раз конкретная форма волны (в данном случае один цикл нашей синусоидальной волны - взлет и падение) происходит в течение одной секунды.

т - наша независимая переменная: время (измеряется в секундах).С течением времени наша форма волны меняется.

φ описывает фазу синусоидальной волны. Фаза - это мера смещения формы волны относительно времени. Он часто задается числом от 0 до 360 и измеряется в градусах. Из-за периодической природы синусоидальной волны, если форма волны смещена на 360 °, она снова становится той же самой формой волны, как если бы она была смещена на 0 °. Для простоты предположим, что фаза равна 0 ° для остальной части этого урока.

Мы можем обратиться к нашей надежной розетке за хорошим примером того, как работает форма сигнала переменного тока. В Соединенных Штатах мощность, подаваемая в наши дома, составляет около 170 В переменного тока от нуля до пика (амплитуда) и 60 Гц (частота). Мы можем вставить эти числа в нашу формулу, чтобы получить уравнение (помните, что мы предполагаем, что наша фаза равна 0):

Мы можем использовать наш удобный графический калькулятор для построения графика этого уравнения. Если нет графического калькулятора, мы можем использовать бесплатную онлайн-программу для построения графиков, такую ​​как Desmos (обратите внимание, что вам может потребоваться использовать «y» вместо «v» в уравнении, чтобы увидеть график).

Обратите внимание, что, как мы и предсказывали, напряжение периодически увеличивается до 170 В и до -170 В. Кроме того, 60 циклов синусоиды происходит каждую секунду. Если бы мы измеряли напряжение в наших розетках с помощью осциллографа, это то, что мы увидели бы ( ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: не пытайтесь измерять напряжение в розетке с помощью осциллографа! Это может повредить оборудование).

ПРИМЕЧАНИЕ: Возможно, вы слышали, что переменное напряжение в США составляет 120 В. Это тоже правильно.Как? Когда речь идет о переменном токе (поскольку напряжение постоянно меняется), часто проще использовать среднее или среднее значение. Для этого мы используем метод под названием «Среднеквадратичное значение». (RMS). Часто полезно использовать среднеквадратичное значение для переменного тока, когда вы хотите рассчитать электрическую мощность. Несмотря на то, что в нашем примере напряжение варьировалось от -170 В до 170 В, среднеквадратичное значение составляет 120 В RMS.

Приложения

Дом и офис розетки почти всегда в сети переменного тока. Это связано с тем, что генерация и транспортировка переменного тока на большие расстояния относительно проста.При высоких напряжениях (более 110 кВ) при передаче электроэнергии теряется меньше энергии. Более высокие напряжения означают более низкие токи, а более низкие токи означают меньше тепла, генерируемого в линии электропередачи из-за сопротивления. Переменный ток может быть преобразован в и из высокого напряжения легко с помощью трансформаторов.

AC также способен питать электродвигатели. Двигатели и генераторы - это одно и то же устройство, но двигатели преобразуют электрическую энергию в механическую энергию (если вал двигателя вращается, на клеммах генерируется напряжение!).Это полезно для многих крупных приборов, таких как посудомоечные машины, холодильники и т. Д., Которые работают от сети переменного тока.

постоянного тока (постоянного тока)

Постоянный ток немного легче понять, чем переменный ток. Вместо того, чтобы колебаться взад и вперед, постоянный ток обеспечивает постоянное напряжение или ток.

Генерация DC

DC может быть сгенерирован несколькими способами:

  • Генератор переменного тока, оснащенный устройством, называемым «коммутатор», может производить постоянный ток
  • Использование устройства под названием «выпрямитель», который преобразует переменный ток в постоянный
  • Батареи обеспечивают постоянный ток, который генерируется в результате химической реакции внутри батареи

Снова используя нашу аналогию с водой, DC похож на резервуар с водой со шлангом на конце.

Бак может выталкивать воду только одним способом: из шланга. Подобно нашей батарее, производящей постоянный ток, когда бак опустошен, вода больше не течет по трубам.

Описание DC

DC определяется как «однонаправленный» поток тока; ток течет только в одном направлении. Напряжение и ток могут меняться со временем, пока направление потока не изменится. Для упрощения предположим, что напряжение является постоянным. Например, мы предполагаем, что батарея АА обеспечивает 1.5V, который можно описать в математических терминах как:

Если мы построим график с течением времени, мы увидим постоянное напряжение:

Что это значит? Это означает, что мы можем рассчитывать на большинство источников постоянного тока для обеспечения постоянного напряжения во времени. В действительности батарея будет постепенно терять заряд, а это означает, что напряжение будет падать при использовании батареи. Для большинства целей мы можем предположить, что напряжение является постоянным.

Приложения

Почти все проекты в области электроники и запчасти для продажи на SparkFun работают на DC.Все, что работает от батареи, подключается к стене с помощью адаптера переменного тока или использует кабель USB для питания, зависит от постоянного тока. Примеры электроники постоянного тока включают в себя:

  • Сотовые телефоны
  • Рукавица для игры в кости D & D на основе LilyPad
  • Телевизоры с плоским экраном (переменный ток входит в телевизор, который преобразован в постоянный ток)
  • Фонари
  • Гибридные и электромобили

Битва течений

Почти каждый дом и бизнес подключены к сети переменного тока.Тем не менее, это не было решением в одночасье. В конце 1880-х годов множество изобретений в Соединенных Штатах и ​​Европе привело к полномасштабной битве между переменным током и распределением постоянного тока.

В 1886 году электрическая компания Ganz Works, расположенная в Будапеште, электрифицировала весь Рим с помощью переменного тока. Томас Эдисон, с другой стороны, построил 121 электростанцию ​​постоянного тока в Соединенных Штатах к 1887 году. Переломным моментом в этой битве стало то, что Джордж Вестингауз, известный промышленник из Питтсбурга, приобрел патенты Николы Теслы на двигатели переменного тока и трансмиссию в следующем году. ,

AC против DC

Томас Эдисон (Изображение предоставлено biography.com)

В конце 1800-х годов постоянный ток не мог быть легко преобразован в высокое напряжение. В результате Эдисон предложил систему небольших локальных электростанций, которые будут питать отдельные районы или городские районы. Питание распределялось по трем проводам от силовой установки: +110 вольт, 0 вольт и -110 вольт. Фары и двигатели могут быть подключены между розеткой + 110 В или 110 В и 0 В (нейтраль). 110 В допускает некоторое падение напряжения между заводом и нагрузкой (дома, в офисе и т. Д.)).

Несмотря на то, что падение напряжения на линиях электропередачи было учтено, электростанции должны были находиться в пределах 1 мили от конечного пользователя. Это ограничение сделало распределение электроэнергии в сельской местности чрезвычайно трудным, если не невозможным.

Получив патенты Tesla, Westinghouse разработала систему распределения переменного тока. Трансформаторы предоставили недорогой метод повышения напряжения переменного тока до нескольких тысяч вольт и снижения до приемлемых уровней. При более высоких напряжениях одна и та же мощность может передаваться при гораздо более низком токе, что означает меньшую потерю мощности из-за сопротивления в проводах.В результате крупные электростанции могут быть расположены за много миль и обслуживать большее количество людей и зданий.

Кампания Эдисона Мазка

В течение следующих нескольких лет Эдисон провел кампанию, направленную на то, чтобы не поощрять использование AC в Соединенных Штатах, включая лоббирование в законодательных органах штатов и распространение дезинформации о AC. Эдисон также поручил нескольким техническим специалистам публично казнить животных с электрическим током, пытаясь показать, что он более опасен, чем постоянный ток. В попытке показать эти опасности, Гарольд П.Браун и Артур Кеннелли, сотрудники Edison, разработали первый электрический стул для штата Нью-Йорк с использованием переменного тока.

Восстание AC

В 1891 году во Франкфурте, Германия, состоялась Международная электротехническая выставка, на которой была представлена ​​первая междугородная трансмиссия трехфазного переменного тока, которая питала фары и двигатели на выставке. Несколько представителей от того, что станет General Electric, присутствовали и были впоследствии впечатлены показом. В следующем году General Electric сформировалась и начала инвестировать в технологию переменного тока.

Электростанция Эдварда Дина Адамса на Ниагарском водопаде, 1896 г. (Изображение предоставлено teslasociety.com)

Westinghouse выиграл контракт в 1893 году на строительство гидроэлектростанции для использования энергии Ниагарского водопада и передачи переменного тока в Буффало, штат Нью-Йорк. Проект был завершен 16 ноября 1896 года, и в Буффало началось производство электроэнергии переменного тока. Эта веха ознаменовала снижение DC в Соединенных Штатах. В то время как в Европе будет принят стандарт переменного тока 220-240 В при частоте 50 Гц, в Северной Америке стандарт станет 120 В при частоте 60 Гц.

Высоковольтный постоянный ток (HVDC)

Швейцарский инженер Рене Тури использовал серию двигателей-генераторов для создания высоковольтной системы постоянного тока в 1880-х годах, которая могла использоваться для передачи энергии постоянного тока на большие расстояния. Тем не менее, из-за высокой стоимости и обслуживания систем Thury, HVDC никогда не был принят в течение почти столетия.

С изобретением полупроводниковой электроники в 1970-х годах экономическое преобразование между переменным и постоянным током стало возможным. Специализированное оборудование может быть использовано для выработки постоянного напряжения высокого напряжения (некоторые достигают 800 кВ).В некоторых частях Европы начали использовать линии HVDC для электрического соединения различных стран.

Линии

HVDC испытывают меньшие потери, чем эквивалентные линии переменного тока на очень больших расстояниях. Кроме того, HVDC позволяет подключать различные системы переменного тока (например, 50 Гц и 60 Гц). Несмотря на свои преимущества, системы HVDC являются более дорогостоящими и менее надежными, чем обычные системы переменного тока.

В конце концов, Эдисон, Тесла и Вестингауз могут осуществить свои желания. AC и DC могут сосуществовать, и каждый служит определенной цели.

Ресурсы и дальнейшее развитие

Теперь вы должны хорошо понимать разницу между переменным и постоянным током. Переменный ток легче преобразовать между уровнями напряжения, что делает передачу высокого напряжения более осуществимой. DC, с другой стороны, встречается почти во всей электронике. Вы должны знать, что оба не очень хорошо смешиваются, и вам нужно будет преобразовать переменный ток в постоянный, если вы хотите подключить большую часть электроники к настенной розетке. С этим пониманием вы должны быть готовы к решению некоторых более сложных схем и концепций, даже если они содержат переменный ток.

Взгляните на следующие уроки, когда вы будете готовы углубиться в мир электроники:

и

,

Переменный ток (AC) против постоянного тока (DC)

Избранные любимец 44

переменного тока (AC)

Переменный ток описывает поток заряда, который периодически меняет направление. В результате уровень напряжения также изменяется вместе с током. Переменный ток используется для подачи электроэнергии в дома, офисные здания и т. Д.

Генерация переменного тока

AC может быть произведен с использованием устройства, называемого генератором переменного тока.Это устройство представляет собой особый тип электрического генератора, предназначенный для выработки переменного тока.

Петля провода вращается внутри магнитного поля, которое индуцирует ток вдоль провода. Вращение проволоки может происходить из любого количества средств: ветряная турбина, паровая турбина, проточная вода и так далее. Поскольку провод вращается и периодически входит в другую магнитную полярность, напряжение и ток на проводе чередуются. Вот короткая анимация, демонстрирующая этот принцип:


(Видео: Хуррам Танвир)

Генерация переменного тока можно сравнить с нашей предыдущей водной аналогией:

Для генерации переменного тока в наборе водопроводных труб мы подключаем механический кривошип к поршню, который перемещает воду в трубах взад-вперед (наш «переменный» ток).Обратите внимание, что защемленный участок трубы по-прежнему обеспечивает сопротивление потоку воды независимо от направления потока.

Осциллограммы

Переменный ток

может иметь различные формы, если напряжение и ток чередуются. Если мы подключим осциллограф к цепи с переменным током и построим график его напряжения с течением времени, мы можем увидеть несколько различных форм сигнала. Наиболее распространенным типом переменного тока является синусоида. В большинстве домов и офисов переменный ток имеет колебательное напряжение, которое создает синусоидальную волну.

Другие распространенные формы переменного тока включают прямоугольную волну и треугольную волну:

Прямоугольные волны

часто используются в цифровой и коммутационной электронике для проверки их работы.

Треугольные волны найдены в синтезе звука и полезны для тестирования линейной электроники, такой как усилители.

Описание синусоиды

Мы часто хотим описать форму волны переменного тока в математических терминах. Для этого примера мы будем использовать синусоидальную волну. Синусоидальная волна состоит из трех частей: амплитуды , частоты и фазы.

Глядя на только напряжение, мы можем описать синусоидальную волну как математическую функцию:

В (т) - это наше напряжение как функция времени, что означает, что наше напряжение меняется со временем. Уравнение справа от знака равенства описывает, как напряжение меняется со временем.

В P является амплитудой . Это описывает максимальное напряжение, которого может достичь наша синусоидальная волна в любом направлении, означая, что наше напряжение может быть + V P вольт, -V P вольт или где-то посередине.

Функция sin () указывает, что наше напряжение будет в форме периодической синусоиды, которая представляет собой плавное колебание около 0 В.

- это константа, которая преобразует частоту из циклов (в герцах) в угловую частоту (радианы в секунду).

f описывает частоту синусоидальной волны. Это дано в виде герц или единиц в секунду . Частота показывает, сколько раз конкретная форма волны (в данном случае один цикл нашей синусоидальной волны - взлет и падение) происходит в течение одной секунды.

т - наша независимая переменная: время (измеряется в секундах). С течением времени наша форма волны меняется.

φ описывает фазу синусоидальной волны. Фаза - это мера смещения формы волны относительно времени. Он часто задается числом от 0 до 360 и измеряется в градусах. Из-за периодической природы синусоидальной волны, если форма волны смещена на 360 °, она снова становится той же самой формой волны, как если бы она была смещена на 0 °.Для простоты предположим, что фаза равна 0 ° для остальной части этого урока.

Мы можем обратиться к нашей надежной розетке за хорошим примером того, как работает форма сигнала переменного тока. В Соединенных Штатах мощность, подаваемая в наши дома, составляет около 170 В переменного тока от нуля до пика (амплитуда) и 60 Гц (частота). Мы можем вставить эти числа в нашу формулу, чтобы получить уравнение (помните, что мы предполагаем, что наша фаза равна 0):

Мы можем использовать наш удобный графический калькулятор для построения графика этого уравнения. Если нет графического калькулятора, мы можем использовать бесплатную онлайн-программу для построения графиков, такую ​​как Desmos (обратите внимание, что вам может потребоваться использовать «y» вместо «v» в уравнении, чтобы увидеть график).

Обратите внимание, что, как мы и предсказывали, напряжение периодически увеличивается до 170 В и до -170 В. Кроме того, 60 циклов синусоиды происходит каждую секунду. Если бы мы измеряли напряжение в наших розетках с помощью осциллографа, это то, что мы увидели бы ( ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: не пытайтесь измерять напряжение в розетке с помощью осциллографа! Это может повредить оборудование).

ПРИМЕЧАНИЕ: Возможно, вы слышали, что переменное напряжение в США составляет 120 В. Это тоже правильно.Как? Когда речь идет о переменном токе (поскольку напряжение постоянно меняется), часто проще использовать среднее или среднее значение. Для этого мы используем метод под названием «Среднеквадратичное значение». (RMS). Часто полезно использовать среднеквадратичное значение для переменного тока, когда вы хотите рассчитать электрическую мощность. Несмотря на то, что в нашем примере напряжение варьировалось от -170 В до 170 В, среднеквадратичное значение составляет 120 В RMS.

приложений

Дом и офис розетки почти всегда в сети переменного тока. Это связано с тем, что генерация и транспортировка переменного тока на большие расстояния относительно проста.При высоких напряжениях (более 110 кВ) при передаче электроэнергии теряется меньше энергии. Более высокие напряжения означают более низкие токи, а более низкие токи означают меньше тепла, генерируемого в линии электропередачи из-за сопротивления. Переменный ток может быть преобразован в и из высокого напряжения легко с помощью трансформаторов.

AC также способен питать электродвигатели. Двигатели и генераторы - это одно и то же устройство, но двигатели преобразуют электрическую энергию в механическую энергию (если вал двигателя вращается, на клеммах генерируется напряжение!).Это полезно для многих крупных приборов, таких как посудомоечные машины, холодильники и т. Д., Которые работают от сети переменного тока.


← Предыдущая страница
Громовой удар! ,
Где и почему мы используем фазосдвигающие трансформаторы

Основной принцип применения

Из-за преимущественно индуктивного характера энергосистемы, поток активной мощности между источником и нагрузкой должен выполняться с фазовым запаздыванием между клеммами. Фазосдвигающие трансформаторы являются предпочтительным инструментом для достижения этой цели.

Where and Why Do We Use Phase-Shifting Transformers Где и почему мы используем фазосдвигающие трансформаторы (фото предоставлено BTW Atlanta)

Особый интерес представляют две основные конфигурации:

  1. Поток мощности между системами передачи, работающими параллельно, где одна система включает в себя PST и
  2. Где одна линия передачи, которая включает в себя PST, соединяет две независимые энергосистемы.

Последний, по сути, является частным случаем первого, но в настоящее время он стал более важным для соединения больших систем . Для следующих соображений предполагается, что омическое сопротивление R мало по сравнению с реактивным сопротивлением X и поэтому им пренебрегают.

Ситуация. Одна практическая базовая ситуация заключается в том, что место, где необходимо питание (сторона нагрузки), подключено к стороне источника через две системы, которые не обязательно должны иметь одинаковый номинальный уровень напряжения.

См. Рисунок 1 ниже.

Parallel systems Parallel systems Рисунок 1 - Параллельные системы

Без каких-либо дополнительных мер токи I 1 и I 2 будут распределяться пропорционально отношению сопротивлений систем,

I 1 = I × X 2 / (X 1 + X 2 )
I 2 = I × X 1 / (X 1 + X 2 )

, и нет никаких сомнений в том, что система 2 будет принимать только небольшую часть нагрузки из-за дополнительных сопротивлений двух трансформаторов в этой ветви.

Если поток мощности в системе 2 должен быть увеличен, необходимо добавить дополнительного напряжения ΔV , чтобы компенсировать увеличение падения напряжения в системе 2.

Предполагая, что активная мощность должна подаваться на сторону нагрузки, и учитывая индуктивный характер систем, это напряжение должно иметь фазовый сдвиг на 90 ° относительно напряжений линии к земле системы (V L ) .

В принципе, источник ΔV может быть установлен в каждой из двух систем.На рисунке 2 показаны диаграммы напряжения обоих вариантов. Рисунок 2a соответствует рисунку 1 с PST, установленным в системе 2, системе с более высоким импедансом. Дополнительное напряжение снижает падение напряжения в системе 2 до падения в системе 1.

Напряжение на выходе или стороне нагрузки PST В L * опережает напряжение на стороне входа или источника VS. По определению, это называется расширенным фазовым углом. Если бы PST были установлены в системе 1 (рисунок 2b), дополнительное напряжение увеличило бы падение напряжения до уровня системы 2.

В этом случае напряжение на стороне нагрузки V L * отстает от напряжения на стороне источника V S , и это определяется как фазовый угол запаздывания. Как видно из диаграмм, расширенный фазовый угол минимизирует общий угол между источником и стороной нагрузки.

No-load voltage diagram of parallel systems No-load voltage diagram of parallel systems Рисунок 2 - Диаграмма напряжения без нагрузки параллельных систем

Вторым важным приложением является использование PST для управления потоком энергии между двумя большими независимыми сетками (рисунок 3). Расширенный фазовый угол необходим для достижения потока активной мощности от системы 1 к системе 2.

Connection of two systems Connection of two systems Рисунок 3 - Соединение двух систем

Типы фазосдвигающих трансформаторов

Общие аспекты

Общий принцип получения фазового сдвига основан на соединении сегмента одной фазы с другой фазой. Для получения дополнительного напряжения 90º ΔV использование обмотки с присоединением треугольника предлагает самое простое решение.

Рисунок 4 показывает возможное расположение и используется для введения нескольких основных определений. Вторичная обмотка фазы V 2 - V 3 разделена на две половины и соединена последовательно с фазой V 1 .Сконструировав эту обмотку в качестве регулирующей обмотки и используя устройства РПН (OLTC), можно изменить ΔV и угол сдвига фаз под нагрузкой.

Диаграмма вектора построена для условий холостого хода, то есть без учета падения напряжения в устройстве. Также следует отметить, что токи в двух половинах последовательной обмотки не находятся в фазе.

Это отличается от обычных силовых трансформаторов и имеет последствия в отношении внутреннего рассеянного поля.

Single core symmetrical PST - Phase-Shifting Transformer Single core symmetrical PST - Phase-Shifting Transformer Рисунок 4 - Одножильный симметричный PST - Фазосдвигающий трансформатор

V S1 = V 10 + (ΔV 1 /2)

V L1 = V 10 - (ΔV 1 /2)

ΔV 1 = V S1 −V L1

Из векторной диаграммы (рис. 4б) следует (V S1 = V L1 = V):

V 0 = V × cos (α / 2)

ΔV = V × 2 × sin (α / 2)

V Δ = V × cos (α / 2) × √3

и при I S = I L = I часть тока, которая передается на возбуждающую обмотку, становится:

I Δ = (ΔV / V Δ ) × I × cos (α / 2) = I × (2 / √3) × sin (α / 2)

Пропускная способность может быть рассчитана из

P SYS = 3 × V × I

, а номинальная расчетная мощность, которая определяет размер PST, становится

P T = 3 × ΔV × I = P SYS × 2 × sin (α / 2)

Третий вид мощности (P Δ ) - это мощность, которая передается во вторичную цепь. Эта мощность отличается от PT, потому что часть первичного тока компенсируется между двумя частями самой последовательной обмотки.

В двухжильных конструкциях (уравнение ΔV 1 = V S1 -V L1 ) эта мощность также определяет необходимую отключающую способность OLTC.

P Δ = V Δ × I Δ = 1/3 × P SYS × sin (α)

Помимо передаваемой мощности, также важен угол сдвига фаз.

Угол сдвига фаз 20 ° означает, что PST должен быть рассчитан на 34,8% от пропускной способности , а для угла 40 ° потребуется 68,4%. В связи с этим необходимо учитывать, что эффективный угол сдвига фаз под нагрузкой меньше угла сдвига фаз холостого хода.

В оптимальном случае, когда коэффициент мощности нагрузки близок к 1, импеданс PST на 15% уменьшит угол сдвига фазы нагрузки на 8,58.

На практике возможны различные решения для разработки PST.Основные факторы, влияющие на выбор:

  1. Потребляемая мощность и угол сдвига фаз
  2. Номинальное напряжение
  3. Возможность короткого замыкания подключенных систем
  4. Ограничения доставки
  5. Технические характеристики устройства РПН

Кроме того, предпочтения производителя могут также относиться к типу трансформатора (сердечника или оболочки) или типу обмоток и другим конструктивным характеристикам.

В зависимости от рейтинга используются одно- или двухжильные конструкции. Для двухжильных конструкций может потребоваться конструкция с одним или двумя резервуарами.


Одноядерный дизайн

Симметричные условия получены с дизайном, изложенным на рисунке 4а. На рисунках 5а и 5b показаны общие схемы подключения с более подробной информацией о схеме регулирования .

Преимущество одноядерной конструкции - простота и экономичность. Но есть и ряд недостатков.

Недостатки

- OLTC подключены к системе, и напрямую подвержен всем перенапряжениям и неисправностям .Напряжение на шаг OLTC и ток определяются спецификацией и не всегда обеспечивают оптимальный экономичный выбор OLTC. Сопротивление короткого замыкания PST варьируется от максимума до нуля.

Следовательно, нельзя планировать, что PST будет способствовать ограничению токов повреждения в системе.

Преимущество симметричной конструкции (рис. 5а) состоит в том, что угол сдвига фазы является единственным параметром, который влияет на поток мощности. Конструкция требует двух однофазных OLTC (для низких рейтингов, вместо этого можно использовать один двухфазный OLTC) на фазу или два трехфазных OLTC.

(a) Single-core symmetrical PST (b) Single-core unsymmetrical PST (a) Single-core symmetrical PST (b) Single-core unsymmetrical PST Рисунок 5 - (a) Одножильный симметричный PST (b) Одножильный несимметричный PST

На рисунке 5б показано несимметричное решение. Используется только половина регулирующих обмоток. Количество необходимых OLTC уменьшается, но соотношение между напряжением источника и напряжением нагрузки изменяется с углом сдвига фазы и дополнительно влияет на поток мощности.

Решение, которое часто используется для трансформаторов , соединяющих две системы , показано на рисунке 6.

Отводная обмотка регулирующего трансформатора может быть подключена к другой фазе, вызывая сдвиг напряжения между регулируемой обмоткой и другими обмотками блока.

Regulating transformer with PST effect Regulating transformer with PST effect Рисунок 6 - Регулирующий трансформатор с эффектом PST

Регулируемая обмотка обычно подключается к стороне источника, но также возможно косвенное регулирование на стороне нагрузки. Переход от нормального состояния регулирующего трансформатора к фазосдвигающему состоянию возможен в среднем положении OLTC без необходимости выключения устройства.

Другое решение симметричного PST, дельта-гексагонального фазосдвигающего трансформатора, показано на рисунке 7.

Delta-hexagonal PST Delta-hexagonal PST Рисунок 7 - Дельта-шестиугольный PST

Двухъядерный дизайн

Наиболее часто используемая схема для двухжильной конструкции показана на рисунке 8 ниже.Эта конфигурация состоит из последовательного блока и основного блока. Для меньших номинальных значений и более низких напряжений двухъядерные PST могут быть встроены в один резервуар, в то время как для больших номинальных характеристик и более высокого напряжения PST требуется конструкция с двумя резервуарами.

Преимуществом двухжильной конструкции является - гибкость в выборе напряжения ступени и тока регулирующей обмотки . Они могут быть оптимизированы в соответствии с номинальным напряжением и током OLTC.

Поскольку OLTC имеют ограниченные номинальные значения тока и ступенчатого напряжения на фазу, а также ограниченную коммутационную способность, они являются основными ограничивающими характеристиками для максимально возможного номинального значения PST.Для очень больших рейтингов, возможно, придется использовать более одного OLTC на фазу.

Two-core PST Two-core PST Рисунок 8 - Двухжильный PST

До определенного уровня могут использоваться трехполюсные OLTC. Для более высоких оценок необходимы три однополюсных OLTC. Уровень изоляции OLTC не зависит от напряжения системы и может поддерживаться на низком уровне. Сопротивление короткого замыкания представляет собой сумму сопротивлений главного и последовательного трансформаторов.

Поскольку импеданс последовательного блока постоянен и не зависит от фазового угла, блок может быть спроектирован так, чтобы быть самозащитным, а изменение импеданса с углом фазового сдвига может быть небольшим, когда импеданс основного единица держится на низком уровне.


Quadrature Booster Transformers

Квадратурные повышающие трансформаторы

представляют собой комбинацию регулирующего силового или автотрансформатора с фазосдвигающим трансформатором. PST, который может быть одно- или двухжильным, поставляется с регулируемой стороны силового трансформатора (рисунок 9).

Quadrature booster—simplified connection diagram Quadrature booster—simplified connection diagram Рисунок 10. Квадратурный усилитель - упрощенная схема подключения

С помощью этого метода выходное напряжение можно регулировать в четырех квадранте (величина и фаза).

Справочник // Справочник по электроэнергетике Леонарда Л. Григсби (Покупка печатной копии у Amazon)

,

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о