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 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:
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:
Чем фазное напряжение отличается от линейного?
Прежде чем браться за ответ на вопрос выше потребуется проделать целую экскурсию в историю и обустройство силовых электрических сетей переменного тока. Также важно понимать, что рассматриваемые термины имеют чётко определённый смысл лишь в описываемом ниже контексте.
С чего всё началось
Первую коммерческую попытку передачи электроэнергии потребителям предпринял
Т.Эдисон
Тогда же свою альтернативную систему, базирующуюся на синусоидальном переменном токе, начал продвигать Д.Вестингауз (синусоидальная форма вызвана не тем, что кому-то она «особенно понравилась» — просто ток/напряжение именно этой формы получались в типовом генераторе в силу естественных физических причин). Очевидный плюс использования переменного тока выражался в том, что его можно легко и эффективно ( КПД до ~99%) преобразовывать по напряжению с помощью простого электромагнитного устройства — трансформатора (в нём есть как минимум две обычно электрически разделённых обмотки/катушки, при этом находящихся на общем магнитопроводе, обеспечивающем сильную индуктивную связь между ними).
Д.Вестингауз
Многофазные электрические сети
Для усовершенствования оборудования сетей переменного тока Д.Вестингауз пригласил Н.Тесла, который изобрёл и теоретически обосновал работу многофазных электрических сетей и машин, положив начало использования в США двухфазной сети переменного тока и попутно предложив трёхфазную систему, использующую для передачи электроэнергии шесть проводов. В свою очередь М.Доливо-
Добровольский предложил существенное усовершенствование трёхфазной системы Н.Тесла, в которой для передачи электроэнергии достаточно всего четырёх или даже вообще трёх проводов — чем положил начало силовым трёхфазным сетям практически в том виде, в каком нам они сейчас известны.
Соединение обмоток звезда-звезда
Как это устроено и работает
Простую однофазную систему можно представить как два провода, в одном из которых присутствует меняющееся синусоидальному закону напряжение, а второй провод служит «землёй», куда это напряжение может стекать при подключении потребителя (нагрузки).
Поскольку напряжение фазы меняется по закону синуса, легко представить два других провода под напряжением, в которых запаздывает или опережает по фазе электрических колебаний рассмотренное в первой линии на 120 градусов — тогда получится полностью взаимно-симметричная система (ведь в окружности ровно 360 градусов!), где любая из выбранных фаз опережает либо отстаёт от соседней точно на 120 градусов — и в такой системе может быть выделена одна-единственная «земля» и три разных фазных провода (именно эту схему в итоге и предложил М.Доливо-Добровольский).
Очевидно, что электрическую нагрузку в такой системе можно подключать двояко: либо между любой выбранной фазой и «землёй» (нейтралью), либо между фазными проводами (попутно отметим, что «истинно трёхфазные», симметричные потребители электроэнергии вроде асинхронных электродвигателей могут работать в подобной системе вовсе без нейтрали).
Важно то, что при этом действующее на нагрузку напряжение будет существенно различаться (~в 3 раз): если между отдельной фазой и нейтралью переменное напряжение составляет ~220 вольт, то между фазными проводами будет ~380 вольт. Напряжение синусоидальной формы между любой из фаз и выделенной нейтралью здесь называется «фазным», а между любыми двумя фазами — «линейным».
Сходства/отличия
Итак, резюмируем:
- Как фазное, так и линейное напряжения являются синусоидальными и сосуществуют рядом в вышеописанной промышленной трёхфазной системе с выделенной нейтралью.
- Фазное напряжение замеряется между фазой и нейтралью (в штатно функционирующей, без перекоса фаз трёхфазной системе фазные напряжения разных фаз практически идентичны по величине).
- Линейное напряжение замеряется между соседними фазами (и также в случае отсутствия перекоса фаз практически идентично в любой из выбранных пар).
- Порядковая величина различия между фазным/линейным напряжением в существующей трёхфазной системе весьма существенна — линейное больше фазного в √3 раз.
Напряжение фаз нагрузки отличны от значения ЭДС генератора из-за падения напряжения на линии от генератора к потребителю. Длина этих линий может составлять несколько метров, а может и пару сотен метров, также возможна длина и в тысячи километров. Вопросы о падении напряжений на линиях электрических передач ЛЭП, снабжающих потребителей энергией электрической от электрических станций будут рассматриваться чуть позже, в последующих статьях. Для упрощения расчетов указанным значением падений напряжений можно пренебречь.
Соединение звездой
При принятых допущениях для соединенных источников звездой:
применив второй закон Кирхгофа получим:
Из выражения (1) можно сделать вывод, что при симметричной системе ЭДС генератора его фазные напряжения также симметричны, и, соответственно, их векторная диаграмма:
не будет отличатся от векторной диаграммы ЭДС:
Исходя из уравнений, составленных по второму закону Кирхгофа для контуров (схема соединения в звезда указана выше):
Исходя из этих уравнений можно составить следующие уравнения, которые связывают линейные и фазные напряжения:
Использовав выражение (2) при наличии векторов фазных напряжений можно построить векторы линейных напряжений Uab, Ubc, Uca.
Исследовав векторную диаграмму при соединении звездой можно сделать вывод, что линейные напряжения будут равны и, как и фазные, сдвинуты друг относительно друга на угол 1200 или 2π/3. Векторы линейных напряжений чаще всего показывают как соединенные фазные направления:
Из этого следует:
Соответственно такие же соотношение и между остальными фазными и линейными значениями:
Соединение треугольником
Выражения (1) будут правильны и при соединении в треугольник источника. Из формул (2) следует равенство фазных и линейных напряжений при соединении треугольником, и это можно представить в таком виде:
Или можно записать как Uл = Uф.
Векторная диаграмма при соединении треугольником для линейных и фазных напряжений:
Номинальные напряжения
Из выше перечисленного можно сделать такие выводы как – трехфазная сеть имеет два напряжения, а именно фазные и линейные. При соединении звездой линейные напряжения 
больше фазных, а при соединении треугольником равны. Этот фактор необходимо учитывать при подключении нагрузки, чтоб не произошло аварийных ситуаций и выхода оборудования из строя.
Линейные напряжения тоже сдвинуты друг относительно друга на угол 1200 или 2π/3.
Номинальные напряжения – напряжения, на которые рассчитываются потребители электроэнергии, и которые соответствуют их нормальной работе.
Наиболее распространенными напряжениями в сетях до 1000 В являются 380В, 220В, 127В. 380 В и 220 В наиболее распространены в промышленности, а 220 В и 127 В в бытовых электросетях. Также при четырехпроводной электросети (соединения звезда с нулевым проводом) существует возможность получения фазного напряжения, которые при линейном 380 В будут равны 
, а при линейном 220 В будут равны 
. Такое соединение дает плюс в виде возможности при наличии четырехпроводной сети производить подключение как трехфазных потребителей 380 В, так и однофазных с номиналом в 220 В.
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 — 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 вольт.
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.
При соединении ветвей схемы треугольником конец одной обмотки подключается к началу другой, т.е. получается замкнутый контур. Для каждого узла схемы выполняется баланс – сумма входящих токов равна сумме исходящих. При таком подключении и симметричной нагрузке выполняется соотношение:
Iл = v3 Iф.
При соединении ветвей элементов схемы звездой все окончания обмоток фаз подключают в один узел 0. Ввиду того, что фазы генератора соединяются последовательно с фазами электроприемников (нагрузки), то линейные токи по величине равны фазным:
Iф = Iл.
Соединение потребителей трехфазного тока по схеме «звезда». Симметричный и несимметричный режимы.
При соединение фаз обмотки генератора (или трансформатора) звездой их концы X, Y и Z соединяют в одну общую точку N, называемую нейтральной точкой (или нейтралью) (рис. 3.6). Концы фаз приемников (Za, Zb, Zc) также соединяют в одну точку n. Такое соединение называется соединение звезда.
Провода A−a, B−b и C−c, соединяющие начала фаз генератора и приемника, называются линейными, провод N−n, соединяющий точкуN генератора с точкой n приемника, – нейтральным.
Трехфазная цепь с нейтральным проводом будет четырехпроводной, без нейтрального провода – трехпроводной.
Разница между током и напряжением
Основная разница между напряжением и током
Ток и напряжение — это два разных электрических элемента, но они связаны друг с другом. Важно знать основы напряжения и тока для электротехники и электроники, а также все, что связано с электричеством.
Это наиболее часто задаваемый вопрос новичкам даже на собеседованиях по основным профессиям. Мы обсудим следующие две основные величины с подробным сравнением.
- Ток: — скорость потока заряда (электронов) между двумя точками, вызванными напряжением.
- Напряжение: — это сила разности потенциалов между двумя точками в электрическом поле, которая вызывает ток в цепи.
Похожие сообщения:
Что такое ток?
Ток — это скорость потока заряда (электронов), проходящего через точку в цепи, вызванную напряжением. Он представлен символом «Я».Единицей тока СИ является ампера, который обозначается буквой «А». Если один кулоновский заряд проходит через проводящую точку за одну секунду, величина тока называется одним ампером. 1 Ампер (1А) тока является носителем заряда 6,24 × 10 18 электронов.
Существуют в основном два типа токов, то есть переменный и постоянный ток (переменный ток и постоянный ток).
Переменный ток: Переменный ток (переменный ток) постоянно меняет свое направление и величину в течение всего времени.
DC Ток: A DC (постоянный ток) имеет постоянную величину, которая не меняет свою полярность или направление в течение времени.
Электронный ток течет от отрицательного к положительному из-за огромного количества отрицательных носителей заряда (электронная инженерия), в то время как в обычном токе течет от положительного к отрицательному (электротехника). Это допускается только для направления тока при решении и анализе электрической цепи, хотя величина тока одинакова в обоих случаях.
Формулы электрического тока:
Основная формула электрического тока приведена ниже.
I = Q / t … (в амперах)
Где:
- I = ток в амперах
- Q = заряд в кулонах
- t = время в секундах
ток в цепях постоянного тока
ток в однофазных цепях переменного тока
- I = P / (V x Cosθ)
- I = (V / Z)
Ток в трехфазных цепях переменного тока
Где:
- I = Ток в амперах (A)
- В = напряжение в вольтах (В)
- P = мощность в ваттах (Вт)
- R = сопротивление в омах (Ом)
- Z = полное сопротивление = сопротивление цепей переменного тока
- Cosθ = Коэффициент мощности
Похожие сообщения: Разница между микропроцессором и микроконтроллером
Что такое напряжение?
Необходимое количество энергии для перемещения единицы заряда из одной точки в другую называется напряжением.Другими словами, напряжение — это сила разности потенциалов между двумя точками в электрическом поле, которая заставляет ток течь в цепи, то есть напряжение является основной причиной, а ток — следствием .
Напряжение является эффектом электродвижущей силы (ЭДС) и обозначается символом V. Единицей напряжения СИ является «вольт», который также обозначается символом «V». Вольт — это разность потенциалов, которая перемещает одну джоуль энергии на заряд кулона между двумя точками.
Один вольт — это разность электрического положения, равная одному амперу тока, рассеивает один ватт мощности между двумя проводящими точками.
Существует два основных типа напряжений: переменное напряжение и постоянное напряжение
переменное напряжение: Напряжение переменного тока постоянно меняет свое направление и величину постоянно. Переменные напряжения могут генерироваться генераторами.
Прямое напряжение: DC Напряжение имеет постоянную величину, которая не меняет свою полярность в течение времени. Постоянное напряжение может генерироваться электрохимическими элементами и батареями.
Формулы напряжения:
Основная формула для напряжения приведена ниже.
В = J / C = Вт / А … (в вольтах)
Где:
- В = Напряжение в вольтах
- J = Энергия в Джоулях
- C = Заряд в Колумбусе
- Вт = Проделанная работа в джоулях
- A = ток в амперах
Напряжение в цепях постоянного тока
- В = I x R
- В = P / I
- В = √ (P x R)
Ток в однофазных цепях переменного тока
- В = P / (I x Cosθ)
- В = I / Z
Ток в трехфазных цепях переменного тока
Где:
- I = ток в амперах (A)
- В = напряжение в вольтах (В)
- В L = линейное напряжение
- В PH = фазное напряжение
- P = мощность в ваттах (Вт)
- R = сопротивление в омах (Ω)
- Z = полное сопротивление = сопротивление цепей переменного тока
- Cosθ = коэффициент мощности
Post: Разница между соединениями звезда и треугольник — Сравнение Y / Δ
Сравнение тока и напряжения
| Характеристики | Ток | Напряжение |
| Определение | Определение скорость потока заряда между двумя точками, вызванная напряжением.Или скорость потока электронов называется током. | Напряжение — это разность потенциалов между двумя точками в электрическом поле, которое вызывает ток в цепи. |
| Символ | Ток представлен «I» | Напряжение представлено «V» |
| Единица | Ампер — также известен как Amps, Amperage или просто «A». | Вольт — также известный как напряжение или просто «V». |
| Заряд блока | 1 кулон / секунда = 1 ампер | 1 джоул / кулон = 1 вольт |
| формула | I = Q / t ток = зарядка / время | В = W Напряжение = Выполненная работа / Зарядка |
| Причина и следствие | Ток — это эффект, вызванный напряжением. | Напряжение является причиной тока (является следствием). |
| Измерительный прибор | Амперметр (Амперметр) используется для измерения значения тока путем последовательного подключения. | Вольтметр используется для измерения значения напряжения путем его параллельного подключения. |
| Типы | Переменный ток (AC) и постоянный ток (DC) | Переменное напряжение и постоянное напряжение. (Напряжение постоянного и переменного тока) |
| Произведено в полевых условиях | Электрическое поле (электростатическое) | Магнитное поле |
| Произведено | Напряжение и ЭДС | Генератор, Генератор переменного тока и аккумуляторы | Ток одинаков в каждой точке последовательного соединения i.е. I T = I 1 = I 2 = I 3 … = I n | Напряжение отличается и аддитивно в последовательной цепи, т. Е. V T = V 1 + V 2 + V 3 … + V n |
| Значение в параллельном соединении | Ток другой и аддитивный в параллельной цепи, т.е. I T = I 1 + I 2 + I 3 … + I n | Напряжение одинаково в каждой точке параллельного соединения i.е. V T = V 1 = V 2 = V 3 … = V n |
| Падение и потеря | из-за пассивных элементов | из-за полного сопротивления (сопротивление переменному току) 902 |
| Изменения полярности | AC = переменный ток меняет свою полярность, в то время как он не может в постоянном токе = постоянный ток. | Переменное напряжение изменяет свою полярность и величину, пока оно остается постоянным в постоянном токе. |
| Существование | Ток не существует без напряжения, поскольку напряжение является основной причиной протекания тока, кроме теоретического сверхпроводника. | Напряжение может существовать без тока, так как оно является причиной протекающего заряда. |
Похожие сообщения:
.Основы электротехники
Есть много основ электротехники, которые вы действительно должны знать в любое время, даже среди ночи! Основы, которые мы обсудим здесь, это существующие системы и уровни напряжения в системах передачи и распределения.
Токовые системы (AC / DC) и основы уровней напряжения, которые вы никогда не должны забыватьСодержание:
Текущие системы
Электрические токи трех классов:
- прямой (д.в.)
- Чередование (а.с.) и
- Пульсирующий
Распределительные и передающие электрические рабочие в основном занимаются переменным током. Пульсирующие токи не будут обсуждаться в этой статье.
Постоянные токи (пост.)
Система постоянного тока (d.c.) — это система , в которой ток течет в одном направлении в проводниках этой системы. Примером повседневной жизни является автомобильный аккумулятор, который имеет два контакта: один положительный (+), а другой отрицательный (-).
Принято соглашение, что ток течет от положительной клеммы к внешней цепи и возвращается к отрицательной клемме .
За последние годы была разработана высоковольтная передача электроэнергии постоянным током. В целом, однако, d.c. распространение ограничено для использования в:
- Трамвайные и тяговые системы с напряжением обычно 600 В;
- Железнодорожный переезд тяговые системы с напряжением 1.5 кВ между рельсом и проводом верхнего коллектора;
- Лифты, печатные машины и различные машины, где желательно плавное регулирование скорости;
- гальванических; и
- Зарядка аккумулятора.
Обычно д.с. Системы бывают двухпроводными или трехпроводными. В двухпроводной системе один провод положительный, а другой отрицательный. Разница в потенциале для трамваев составляет 500 В с рельсовым минусом и в д.с. В железнодорожной сети разница в потенциале составляет 1,5 кВ, опять же, с рельсом отрицательным.
В трехпроводной системе стандартные напряжения 460 и 230 В . Есть три провода, один с напряжением 230 В (или потенциалом + 230 В), второй с отрицательным напряжением 230 В (или потенциалом — 230 В), третий называется «общим» или нейтральным с нулевым потенциалом (см. Рисунок 1). ).
Напряжение питания 230 В берется из «внешнего» (или положительного) и общего проводников, или из «внутреннего» (или отрицательного) и общего проводников.
Рисунок 1 — Потенциал в 3-проводной системеЭнергия для двигателей на 480 В берется из внешнего и внутреннего проводников.
Вернуться к содержанию ↑
Переменный ток (а.с.)
Переменный ток (a.c.) течет в электрической цепи, которая находится под напряжением переменного напряжения. Это напряжение является тем, которое регулярно меняет свое направление, и это вызвано способом, которым оно генерируется.
Проще говоря, генератор представляет собой медную катушку, которая установлена на валу между противоположными полюсами магнита. Когда вал вращается, медь обрезает магнитное поле, и на концах катушки появляется напряжение.
Генератор (или генератор) показан на рисунке 2 (слева).
Рисунок 2 (слева) — простой генератор; Рисунок 3 (справа) — a.c. форма волны напряженияКогда катушка вращается на один оборот, напряжение следует за изменением, показанным на рисунке 3 (справа). Когда катушка находится под прямым углом к магнитному полю, она не срезает поле, а напряжение равно нулю. Максимальная скорость резки возникает, когда катушка находится в соответствии с магнитным полем и существует максимальное выходное напряжение.
От нуля до максимума и выше максимума возврат к нулю происходит за половину оборота, и напряжение возрастает и падает. В следующей половине оборота генерируемое напряжение противоположно первой половине. Один полный оборот катушки производит один «цикл» изменения.
Число циклов напряжения за одну секунду называется частотой источника питания , и ему присваивается имя Гц (Гц) . Стандартная частота в Австралии и большинстве стран составляет 50 Гц.
Вернуться к содержанию ↑
Преимущество а.с. для раздачи
Переменный ток имеет важное преимущество перед постоянным током в том, что трансформаторы могут изменять напряжение до высокого значения для передачи на большие расстояния, а затем снижать в точке питания клиента до более низкого уровня, подходящего для работы светильников, двигателей и других приборов. ,
Так как мощность = вольт × ампер , для того же уровня мощности, что и передаваемый сигнал, может использоваться высокое напряжение, так что ток может поддерживаться на низком уровне, тем самым сводя к минимуму падение напряжения.
Поэтому для передачи высоких уровней мощности требуется:
- Сопротивление линии передачи должно быть как можно меньше
- Ток линии передачи должен быть как можно ниже
Первое условие не всегда может быть выполнено, так как для него нужны проводники большой площади поперечного сечения. Большие проводники дороги, а их большой вес потребует прочных и дорогостоящих опор.
С другой стороны, второе условие может быть удовлетворено путем повышения напряжения линии передачи, так что высокие уровни мощности могут передаваться с относительно малыми токами .В свою очередь, малые токи требуют относительно небольшой площади поперечного сечения, легких проводников с соответственно более легкими опорами.
Поэтому, когда речь идет о высоких уровнях мощности, обычно используют высокие напряжения передачи и относительно небольшие токи с соответственно небольшими падениями напряжения.
Это условие гораздо более эффективно, чем если бы передавался эквивалентный уровень мощности при низком напряжении и высоком токе с относительно большим падением напряжения.
Трансформаторы используются для обеспечения высокого напряжения, необходимого для передачи высоких уровней мощности на большие расстояния. В соответствии со значением используемого напряжения линии передачи необходимо изолировать проводники от утечки на землю.
Вернуться к содержанию ↑
Значения напряжения
В дальнейшем «напряжение» означает напряжение между проводниками. Используются стандартные значения напряжения:
- Сверхнизкое напряжение (ELV) — означает любое напряжение, не превышающее 50 В a.с. или 120В без пульсаций.
- Низкое напряжение — означает любое напряжение, превышающее 50 В. или 120В без пульсаций. но не более 1 кВ или 1,5 кВ д.с.
Таким образом, нормальные напряжения 240 В и 415 В, подаваемые большинству потребителей, являются «низкими напряжениями».
- Высоковольтное (ВН) — среднее значение и напряжение более 1 кВ a.c. или 1,5 кВ д.с.
- Сверхвысокое напряжение (EHV) означает любое напряжение, превышающее 220 кВ.
Вернуться к содержанию ↑
Стандартные линейные напряжения
Стандартные используемые линейные напряжения:
| Напряжение в линии | Использование |
| 240/415 В (3 фазы) | Используется для снабжения клиентов установками |
| 240/480 В (1 фаза) | |
| 6.6 кВ | Используется для городского и сельского распределения ВН |
| 11 кВ | |
| 22 кВ | |
| 12,7 кВ (SWER) | |
| 22 кВ | |
| 33 кВ | Используется для суб-передачи больших уровней мощности при распределении на средние расстояния. |
| 66 кВ | |
| 110 кВ | Используется для передачи больших уровней мощности на большие расстояния. |
| 220 В | |
| 330 кВ | |
| 500 кВ |
Вернуться к содержанию ↑
Напряжение между проводниками под напряжением и напряжением на нейтрали
Напряжение между любыми двумя проводниками под напряжением часто называют «линейным напряжением» .Напряжение на нейтрали, часто называемое «фазовое напряжение» , представляет собой напряжение между любым проводом под напряжением и нейтральной точкой или землей системы.
Рисунок 4 — Трехфазная система с заземленной нейтральюНа рисунке 4 показаны линейные и фазные напряжения в трехфазной системе. Нейтральная точка обычно заземляется на стороне источника питания (в целях защиты и безопасности), и каждый провод под напряжением находится под определенным потенциалом на землю.
Например, в трехфазной системе 11 кВ, напряжение между любыми двумя проводниками под напряжением дает линейное напряжение 11 кВ, в то время как напряжение между любым проводом под напряжением и нейтралью (или землей) дает фазное напряжение 6.35 кВ .
Вернуться к содержанию ↑
Системы напряжения
Воздушные системы высокого напряжения
Две системы, наиболее часто используемые для передачи и распределения:
- однофазный
- Трехфазный
Вернуться к содержанию ↑
Однофазная система высокого напряжения
Эта система обычно связана с распределением низких уровней мощности на относительно короткие расстояния.Однофазные системы обычно питаются от трехфазной линии.
Однофазная линия состоит из двух проводников, ни один из которых не заземлен напрямую на общую массу земли. В этой системе нет нейтрального проводника (см. Рисунок 5).
Обычно трехфазную систему заземляют (в нейтральной точке трансформатора или генератора, питающего систему) либо полностью, либо через некоторое сопротивление ограничивающего тока (в целях безопасности и защиты). Поскольку однофазная система ВН является частью трехфазной системы ВН, каждая фаза однофазной системы имеет определенное напряжение на землю.
Только по соображениям безопасности важно помнить , что каждая фаза жива на землю и что существует определенное напряжение между каждой фазой и оборудованием, подключенным к земле .
Рисунок 5 — Трехфазная система высокого напряжения с однофазным ответвлениемВернуться к содержанию ↑
Трехфазная система высокого напряжения
Эта система широко используется для передачи высоких уровней мощности, а также является стандартной системой, используемой для распределения и ретикуляции.
Он состоит из трех проводников, каждый из которых называется «фаза» . Для стандартизации идентификации фаз они известны как фазы A, B и C или красные, белые и синие фазы соответственно.
Напряжение в каждой фазе изменяется аналогично переменному напряжению, показанному на рисунке 3, но одно следует за другим в обычном порядке (см. Рисунок 6).
Рисунок 6 — Представление трех синусоид в трехфазной системеКратко, фаза A сначала достигает своего максимального положительного значения, затем следует фаза B, затем фаза C и так далее.Порядок, в котором фазы достигают своего пика, называется фазовой последовательностью.
Вернуться к содержанию ↑
Фазовая последовательность
Важно, чтобы был известен порядок фазовых последовательностей и идентичность A, B и C . В только что приведенном случае порядок чередования фаз был от A до B до C, потому что напряжение в фазе B достигло своего максимального значения после этого в фазе A, а напряжение в фазе C достигло своего максимального значения после этого в фазе B.
Последовательность фазимеет важное значение для направления вращения трехфазного тока г. двигатели , которые зависят от последовательности фаз и относительного положения трех фаз, подключенных к клеммам двигателя.
Изменение порядка последовательности фаз (например, путем замены любых двух из трех проводов, подключенных к его основным клеммам) приведет к вращению двигателя в обратном направлении вращения.
Только по этой причине, , важно, чтобы электрики знали, что происходит, если происходит непреднамеренное изменение положения фаз , поставляющих завод, на котором установлены двигатели.
Вернуться к содержанию ↑
Однофазная двухпроводная воздушная система низкого напряжения
В этой системе есть два проводника, один из которых, как правило, прочно заземлен на трансформаторе и известен как «нейтраль », а другой известен как «активный», «активный» или «фазовый» проводник .
Напряжение между фазой и нейтралью номинально составляет 240 В, и поэтому напряжение между фазой или активным проводником и землей также составляет 240 В (см. Рисунок 7).
Рисунок 7 — Однофазная 2-проводная системаВернуться к содержанию ↑
Однофазная трехпроводная система низкого напряжения
В некоторых сельских районах зачастую более экономично устанавливать однофазную линию высокого напряжения, , экономя затраты на третью фазу высокого напряжения , и подавать нагрузку путем снижения через трансформатор до 3-проводной системы. Один проводник заземлен и известен как нейтраль, в то время как другие проводники оба являются «активными».(см. рисунок 8).
Рисунок 8 — Однофазная 3-проводная системаНапряжение между любым из активных и нейтральных составляет 240 В, в то время как напряжение между двумя активными проводниками составляет 480 В. Это а.с. эквивалент трехпроводного д.с. система. Это облегчает подачу больших нагрузок или нагрузок на большие расстояния от трансформатора, чем однофазная 2-проводная система.
Половина бытовой нагрузки 240 В подключена между одним активным и нейтральным, а другая половина между другим активным и нейтральным. Это уравновешивает нагрузку на каждой фазе и уменьшает, если не устраняет, остаточный ток в нейтрали.
Вернуться к содержанию ↑
Трехфазная 4-проводная система низкого напряжения
Эта система использует четыре проводника и широко используется во всех областях, где считается экономичным поставлять большое количество энергии для промышленных и бытовых целей.
Система показана на рисунке 9 — a, b и c — активные проводники, а n — нейтраль, которая подключена к «точке звезды» трансформатора .Обычно «звездная точка» заземляется, как показано на рисунке.
Рисунок 9 — Трехфазная система с заземленной нейтральюСтандартное напряжение между активами составляет 415 В, в то время как напряжение между любым из активных элементов (a, b и c соответственно) и нейтралью составляет 240 В.
На НН существует такое же фазовое соотношение «чередование фаз», как и на стороне ВН трансформатора, , поэтому необходимо соблюдать осторожность при замене сети, чтобы избежать нарушения чередования фаз при питании нагрузок двигателя .
Вернуться к содержанию ↑
Высоковольтная однопроводная система заземления (SWER)
В системе питания, известной как система SWER, используется только один проводник высокого напряжения, а в качестве обратного провода используется земля (см. Рисунок 10).
Эта система была впервые разработана в Новой Зеландии и в настоящее время используется в Австралии, Южной Африке и многих других странах. Это может иметь большие экономические преимущества в холмистых районах, где нагрузка относительно мала, где задействованы большие расстояния и где линия может быть натянута от вершины хребта до вершины хребта.
Из-за обычно более низкого импеданса линии заземления, обычно имеет лучшее регулирование напряжения, чем обычная однофазная двухпроводная схема .
Чтобы ограничить шумовые помехи в телекоммуникационных системах, величина тока заземления, допустимого в цепи обратного заземления, ограничена. Кроме того, должно быть минимальное расстояние между линиями SWER и любыми линиями связи.Специальный трансформатор используется для изоляции линии SWER от главной распределительной линии.Напряжение линии SWER составляет 12,7 кВ на землю. Распределительные трансформаторы, подключенные к линии SWER, могут быть либо однофазным 2-проводным источником питания 240 В, либо однофазным 3-проводным источником питания 240/480 В.
Особое внимание следует уделить надежному заземлению трансформаторов на однопроводной линии и защите этих заземляющих проводов от физического повреждения .
Рисунок 10 — Однопроводная система возврата заземленияВернуться к содержанию ↑
Справочник // Справочник полевого работника VESI
,СоединениеВ соединении звезда аналогичные концы (либо начало, либо конец) трех обмоток соединены с общей точкой, называемой звездой или нейтральной точкой. Трехпроводные проводники проходят от остальных трех свободных клемм, называемых линейных проводников .
Провода передаются во внешнюю цепь, давая трехфазные, трехпроводные системы, соединенные звездой. Однако иногда четвертый провод переносится от точки звезды к внешней цепи, называемой , нейтральный провод , образуя трехфазные четырехпроводные системы, соединенные звездой.
Содержание:
Звездообразное соединение показано на диаграмме ниже:
Учитывая приведенный выше рисунок, финишные клеммы a 2 , b 2 и c 2 из трех обмоток соединены в звезду или нейтральную точку. Три проводника, обозначенные как R, Y и B, проходят от оставшихся трех свободных клемм, как показано на рисунке выше.
Ток, протекающий через каждую фазу, называется Фазовый ток I ph , а ток, протекающий через каждый линейный провод, называется Линейный ток I L .Аналогично, напряжение на каждой фазе называется фазным напряжением E ph , а напряжение на двух линейных проводниках называется линейным напряжением E L .
Соотношение между фазным напряжением и линейным напряжением в соединении звезды
Звездное соединение показано на рисунке ниже:
Поскольку система сбалансирована, сбалансированная система означает, что во всех трех фазах, то есть R, Y и B, через них протекает одинаковое количество тока.Следовательно, три напряжения E NR , E NY и E NB равны по величине, но смещены относительно друг друга на 120 °.
Диаграмма Phasor соединения звезды показана ниже:
Стрелки на ЭДС и токе указывают направление, а не их фактическое направление в любой момент.
Сейчас
Между любыми двумя линиями имеется двухфазное напряжение.
Трассировка петли NRYN
Чтобы найти векторную сумму ENY и –ENR, мы должны обратить вектор ENR и добавить его с помощью ENY, как показано на векторной диаграмме выше.
Следовательно,
Аналогично,
Следовательно, в соединительной линии звездное напряжение в корне в 3 раза больше фазового напряжения.
Соотношение между фазным током и линейным током в соединении звезды
Ток такой же силы течет через фазовую обмотку, а также через линейный провод, поскольку он соединен последовательно с фазовой обмоткой.
Где фазовый ток будет:
Ток линии будет:
Следовательно, в 3-фазной системе звездных соединений ток в линии равен фазному току.
,СоединениеВ соединении Delta (Δ) или Mesh готовая клемма одной обмотки соединяется с клеммой запуска другой фазы и, таким образом, дает замкнутую цепь. Проводники с тремя линиями запускаются из трех соединений сетки, называемых Line Conductors .
Соединение в форме треугольника показано на рисунке ниже:
Содержание:
Для получения дельта-соединений , 2 соединен с b 1 , b 2 соединен с c 1 , а c 2 соединен с 1 , как показано на рисунке выше. ,Три проводника R, Y и B работают от трех соединений, известных как линейных проводников .
Ток, протекающий через каждую фазу, называется Phase Current (Iph) , а ток, протекающий через каждый линейный провод, называется Line Current (I L ).
Напряжение на каждой фазе называется Фазовое напряжение (E ph ) , а напряжение на двух линейных проводниках называется Линейное напряжение (E L ).
Соотношение между фазным напряжением и линейным напряжением в соединении треугольником
Чтобы понять взаимосвязь между фазным напряжением и линейным напряжением в треугольнике, рассмотрите рисунок A, показанный ниже:
Из рисунка видно, что напряжение на клеммах 1 и 2 такое же, как на клеммах R и Y. Следовательно,
Аналогично,
: фазные напряжения
Напряжения линии:
Следовательно, в треугольнике напряжение линии связи равно фазному напряжению.
Соотношение между фазным током и линейным током в соединении треугольником
Как и в сбалансированной системе, трехфазный ток I 12 , I 23 и I 31 равны по величине, но смещены относительно друг друга на 120 °.
Диаграмма показана ниже:
Следовательно,
Если мы посмотрим на рисунок A, то увидим, что ток делится на каждом соединении 1, 2 и 3.
Применение закона Кирхгофа на развязке 1,
Входящие токи равны исходящим токам.
И их разность векторов будет иметь вид:
Вектор I 12 инвертируется и добавляется в вектор I 31 , чтобы получить векторную сумму I 31 и –I 12 , как показано выше на векторной диаграмме. Следовательно,
Как мы знаем, I R = I L , следовательно,
Аналогично,
Следовательно, в треугольнике соединительной линии ток в три раза короче фазного тока.
Это все о Delta Connection в трехфазной системе.