Фазное и линейное напряжение в трехфазных цепях
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.
- Переменное напряжение и его величины
- Напряжение в трехфазных цепях
- Схемы подключения потребителей к трём фазам
- Нюансы
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:
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).
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.
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:
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.
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:
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:
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.
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:
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:
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
Что такое фазное и линейное напряжение
На заметку
shishkin 0 Комментариев
Самой популярной электрической цепью считается трехфазная линия, имеющая существенные преимущества перед другими видами подключения. По сравнению с многофазными цепями трехфазная линия более экономична в плане расхода материалов, а относительно однофазных линий – способна передавать большее напряжение.
Кроме этого, такое подключение применяется для включения в цепь электродвигателей: с его помощью легко образуется магнитное поле, что активно применяется для запуска электродвигателей и генераторов. Еще одно преимущество трехфазной системы – возможность получать различное рабочее напряжение. В зависимости от способа подключения нагрузки различают линейное и фазное напряжение, получаемое от питающей линии.
Основные определения
Прежде всего, давайте вспомним некоторые определения.
Трехфазная система
Трехфазной системой является совокупность трех электрических цепей, которые генерируются одним источником, но при этом относительно друг друга сдвинуты по фазе.
Фаза
При этом фазой называется каждая электрическая цепь многофазной системы. Началом фазы считается зажим или конец проводника, через который электроток поступает в данную цепь. При этом концы фаз можно соединить вместе. В этом случае, в электрической цепи начинает действовать суммарная ЭДС, а система называется связанной. Это получило широкое применение для запитывания электродвигателей.
Способы соединения
Трехфазное подключение широко применяется для включения обмоток электродвигателей и генераторов. При этом используется два варианта соединения обмоток с токоведущими жилами.
- При соединении звездой с шести до четырех уменьшается число соединительных проводов, что положительно влияет на долговечность соединений. К началу обмотки подключаются питающие жилы, а концы при этом объединяются в узел, называемый точкой N или нейтралью генератора. Такой вариант подключения позволяет перейти на трехпроводное подключение, но только в том случае, если подключаемый приемник трехфазной нагрузки симметричен;
- При перекрестном соединении обмоток треугольником, они создают замкнутый контур, который имеет относительно небольшое сопротивление.
Такое соединение используется при подключении симметричной системы из трех ЭДС: в этом случае при отсутствии нагрузки в контуре не возникает ток.
Такое соединение используется при подключении симметричной системы из трех ЭДС: в этом случае при отсутствии нагрузки в контуре не возникает ток.[ads-pc-1][ads-mob-1]
Соединение звездой чаще используется для включения усилителей и различных стабилизаторов в сеть 220 вольт и мягкого старта электродвигателей при питании от 380В. Подключение треугольником позволяет двигателям набирать полную мощность, поэтому его чаще применяют в производственных целях, где требуется высокая производительность оборудования.
Фазные и линейные напряжения
В самом начале статьи мы отмечали, что трехфазное подключение позволяет получать два различных напряжения: линейное и фазное. Давайте разберемся более подробно, что это такое.
- Фазное напряжение возникает при подключении к нулевой жиле и одной из трех фаз цепи;
- Линейное напряжение образуется при подключении к любым двум фазам. Электрики его называют межфазным, что ближе по методу измерения.
Теперь давайте разберемся, в чем заключается отличие этих двух определений.
В нормальных условиях показатели линейного напряжения одинаковы между любыми фазами и при этом в 1,73 раза превышают показатели фазного. Говоря по-простому, в соответствии с отечественными стандартами линейное напряжение равняется 380 вольт, а фазное – 220В. Такие особенности трехфазных линий нашли свое применение в обеспечении бесперебойным электроснабжением как промышленных, так и бытовых потребителей.
Стоит отметить, что данные особенности имеет только трехфазная четырехпроводная цепь, номинальное напряжение которой маркируется как 380/220В. Из этого обозначения становится понятным, что к данной линии существует возможность подключить широкий спектр потребителей, рассчитанных на номинальный ток как 380В, так и 220 вольт.
Обратите внимание! Важно знать, что при проседании (падении) линейного напряжения, изменяется и фазное. Причем показатель фазного напряжения легко высчитывается, если известны линейные значения. Для этого из линейных показателей нужно извлечь квадратный корень из трех.
Полученные данные будут равняться фазному напряжению.
Благодаря вышеописанным особенностям и разнообразию возможных подключений, именно четырехпроводниковая трехфазная цепь получила широкое распространение. Сфера применения такой схемы подачи электроэнергии универсальна. Поэтому применяется для питания больших объектов с мощными потребителями, жилых, офисных и административных зданий и других сооружений.
При этом совсем необязательно подключать оба вида потребителей на 380В и 220В. Например, в жилых домах чаще всего используются только бытовые приборы, рассчитанные на 220 вольт. В этом случае, важно обеспечить равномерную нагрузку на все три фазы, правильно распределив мощность подключения каждой отдельной линии. В многоквартирных домах это обеспечивается шахматным порядком подключения квартир к фазным жилам. В частном же доме (при наличии ввода на 380В) распределять нагрузку по выделенным линиям придется самостоятельно.
Теперь вы знаете, какие виды напряжений можно получить из трехфазной цепи, какие способы подключения к четырехжильному кабелю для этого используются.
Эти знания будут полезны как электрикам, так и рядовым потребителям.
3-фазное напряжение: определение, типы и функции
3-фазное питание является распространенным методом производства, передачи и распределения электроэнергии переменного тока. Это тип многофазной системы, который является наиболее распространенным методом, используемым электрическими сетями во всем мире для передачи электроэнергии. Он также используется для питания больших двигателей и других тяжелых нагрузок. 3-проводная 3-фазная цепь обычно более экономична, чем эквивалентная 2-проводная.
Как работает 3-фазная электростанция
Электростанции общего назначения вырабатывают 3-фазную электроэнергию, используя пар высокого давления и пар низкого давления для вращения больших турбин, называемых генераторами. Трансформаторы, соединенные треугольником, повышают напряжение, а затем распределяются в виде высоковольтной трехфазной мощности, которая затем выходит из электростанции в энергосистему.
Высоковольтные линии электропередач распределяют 3-х фазную мощность потребителям, останавливаясь на коммутационных станциях. Это централизованные распределительные устройства в точке использования с целью преобразования 3-фазной передачи высокого напряжения в 3-фазную передачу среднего напряжения. Среднее напряжение является подходящим напряжением для промышленных установок, хотя для жилых и коммерческих зданий требуется преобразование в более низкое напряжение.
Электротехническому персоналу важно понимать взаимосвязь между трансформатором, подключенным по схеме «треугольник» и «звезда». Трансформаторы предназначены для изоляции и повышения напряжения (или понижения напряжения в зависимости от применения). Обычно они конфигурируются как треугольник или звезда.
3-фазное распределение питания — конфигурация «треугольник» или «звезда»
Альтернативная схема трансформатора, применяемая в США, называется «треугольник». Он получил свое название, потому что похож на греческий символ Дельта, который похож на треугольник.
Delta обычно используется для трехфазной передачи и промышленных предприятий. Звезда обычно используется для трехфазного электроснабжения коммерческих бытовых услуг и однофазного (1 фаза из 3) питания для входов в жилые дома.
В отличие от конфигурации «звезда», которая отходит от общей нейтрали, все три фазы соединяются «голова к ноге». Дельта обычно не заземлена и не имеет нейтрали. Описанное как фаза к фазе, номинальное напряжение обычно составляет 240 вольт.
Добавленная конфигурация с центральным отводом означает, что одна из фаз и нейтраль образуют две ветви с напряжением 120 В. Третья доступная ветвь с напряжением 208 вольт называется «высокая ветвь» и обозначается (обычно) оранжевым цветом.
3-фазное питание, схема треугольника: четырехпроводная
Межфазное напряжение составляет 240, 208 и 120 вольт. Это может быть желательно для некоторых коммерческих и промышленных зданий. В то время как широкий спектр офисного оборудования и инструментов работает от 120 вольт, более мощные приборы, такие как промышленные осветительные приборы, требуют 240 вольт и 208 вольт.
Электрик должен хорошо разбираться в практической теории и национальных электротехнических нормах, чтобы выполнять установку и техническое обслуживание трансформаторов. Часто от него/нее требуется настроить подключение трансформатора к треугольнику/звезде или треугольнику/треугольнику, звезде/звезде или звезде/треугольнику.
3-фазное питание, звезда Конфигурация: четырехпроводная
Соединение звездой напоминает букву Y, также известную как звезда. Обычное напряжение питания составляет 120 В/208 В, 3-фазная конфигурация «звезда». 120 вольт измеряется от каждой фазы до нейтрали (нейтраль отводится от центра) и 208 вольт измеряется между фазами.
Конфигурация «звезда» обычно используется для питания 3-фазных 4-проводных служебных входов, таких как коммерческие здания. Однофазные служебные входы в жилые помещения являются производными от одной из трех фаз, сконфигурированных звездой.
3-фазное номинальное низкое напряжение 120 В/208 В и 277 В/480 В обычно используется для коммерческих и небольших промышленных зданий.
277 вольт используется в основном для освещения коммерческих офисов, а 480 вольт используется для питания больших систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.
3-фазное питание потребителей по схеме «звезда»
3-фазное питание по схеме «звезда» может быть преобразовано в более низкое напряжение. Как правило, основной источник питания для коммерческих зданий способствует экономии затрат за счет конфигурирования звездой 120/208 вольт, распределяемых от щита к фидерам и ответвленным цепям.
Звезда универсальна с точки зрения доступного напряжения в зависимости от электрооборудования и требований к электропитанию. Все 3 фазы могут питать двигательную нагрузку 208 В, промышленный водонагреватель на 208 В и 1 фазу на 120 В на нейтраль для стандартных розеток, приборов и офисного оборудования.
3-фазное питание и однофазное питание
3-фазное питание является основным видом электроэнергии на наших предприятиях и фабриках. Вот заметные различия между 3-фазным питанием и однофазным питанием:
- По сравнению с однофазным питанием, 3-фазное питание имеет более высокий коэффициент мощности, большую эффективность и требует меньшего тока для той же мощности. Он также требует меньших проводов, поэтому он дешевле.
Он также требует меньших проводов, поэтому он дешевле.- 3 фазы более эффективны для передачи при одинаковом пиковом напряжении между проводниками и одинаковом токе в каждом проводнике.
- 3 фазы обеспечивают в три раза большую мощность, в полтора раза больше меди. Три провода вместо двух удваивают полезность каждого фунта меди или алюминия на больших расстояниях, что обеспечивает значительную экономию средств.
- 3-х фазное питание трансформируется в однофазное на вершине столба, трансформаторы и трансформаторы для подземных потребителей обслуживают ближайшие подъезды к нашим домам.
Электрики, работающие над новым строительством, реконструкцией, техническим обслуживанием и ремонтом, должны иметь квалификацию (QP), как указано в OSHA и NFPA 70E. Кроме того, они должны соответствовать местным и государственным лицензионным требованиям. Для рабочей среды типично классифицировать выполняемую работу, и требуется анализ рисков на основе NFPA 70E.
Независимо от того, ищите ли вы карьеру электрика в жилом или коммерческом секторе, 3-фазное питание является частью теории электричества и связано с практическим опытом, жизненно важным для фундамента вашей общей базы знаний. Курсы Interplay Learning SkillMill с разработанными видео для инструкторов от экспертов, проверками знаний и моделированием по основным темам — отличное место для начала.
Чад Суси
Interplay Learning Electric Expert
Чад — эксперт Interplay по электрике и является мастером-электриком. Чад развивался как профессионал в области электротехники на протяжении всей своей карьеры, начав с ремонта/электропроводки от домов до установок обеспечения качества/ввода в эксплуатацию, оттачивая свои навыки во всех аспектах торговли электрооборудованием на этом пути. Он сменил свою карьеру на жилых, коммерческих и промышленных объектах, а в 2012 году еще больше расширил свою миссию по обучению на протяжении всей жизни, став инструктором по электротехнике.
Для специалистов по обслуживанию HVAC: Принципы измерения трехфазного напряжения
В последней статье HVAC HotMail Док описал шаги, необходимые для измерения однофазного напряжения . Многие из вас просили написать аналогичную статью о том, как измерить трехфазное напряжение. Итак, давайте рассмотрим шаги, необходимые для измерения трехфазного напряжения в этой статье.
Безопасность превыше всего Если вы пропустили статью об измерении однофазного напряжения, Нажмите здесь , чтобы просмотреть это и узнать о важных предупреждениях о безопасности и необходимых контрольно-измерительных приборах, необходимых для завершения этого тестирования. Если вы не прошли обучение по электробезопасности, не пытайтесь проводить это тестирование до тех пор, пока вы не пройдете надлежащее обучение и не ознакомитесь с требованиями безопасности.
Показания трехфазного напряжения обычно снимаются со стороны входящей линии (как правило, сверху) разъединителя или на клемме линии, которая подает питание на распределительный блок агрегата, контактор, реле или пускатель двигателя. Обычно это самое безопасное место для измерения напряжения.
Измерение трехфазного напряженияПри измерении напряжения на трехфазном оборудовании измеряется напряжение между каждой ветвью, а затем усредняется. Вот шаги этого теста:
- Установите электрический мультиметр True RMS на чтение «AC» или на V с волнистой линией. Выберите приблизительное напряжение, которое вы собираетесь тестировать. При измерении оборудования HVAC приблизительное напряжение можно найти в технических данных, опубликованных производителем.
- Вставьте черный щуп в общий (COM) порт измерителя, а красный щуп в тестовый порт (обычно справа от общего порта).
- При тестировании следите за тем, чтобы ваши руки не соприкасались с электрической цепью под напряжением или металлическим концом пробника. Прикасайтесь только к пластмассовым или изолированным ручкам зонда.
- Когда у вас и у других все в порядке, включите оборудование.
- Поместите черный щуп на оголенный провод заземления или клемму.
- Поместите красный щуп на левую горячую ногу (первая фаза). Считайте и запишите напряжение на первой фазе.
- Удерживая черный щуп на земле, поместите красный щуп на вторую горячую ногу. Считайте и запишите напряжение на второй фазе.
- Затем, когда ваш черный щуп все еще находится на земле, поместите красный щуп на третью горячую ногу. Считайте и запишите напряжение на третьей фазе.
Используйте эту иллюстрацию, чтобы помочь вам проверить трехфазное напряжение.
Обратите внимание, что каждая фаза или ветвь трехфазного питания помечена буквой L 9.0125 1 , L 2 и L 3 . Следуйте схеме, указанной при тестировании:
- Поместите черный щуп на фазу 1, а красный щуп на фазу 2. Считайте и запишите межфазное напряжение между фазами 1 и 2.
- Затем оставьте черный щуп на фазе 1 и переместите красный щуп на фазу 3. Считайте и запишите межфазное напряжение между фазами 1 и 3.
- Наконец, поместите черный щуп на фазу 2, а красный щуп на фазу 3. Считайте и запишите межфазное напряжение между фазами 2 и 3.
- Усредните все три ветви, добавив общее суммарное напряжение всех трех ветвей и разделив на три, чтобы найти рабочее напряжение. Запишите межфазное напряжение.
- Убедитесь, что все трехфазные напряжения находятся в пределах 3% от одного и того же напряжения.
Измерение напряжения является одним из основных тестов, который тысячи раз ежедневно проводится по всей стране специалистами по ОВКВ.