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).

linejnoe i faznoe napryazhenie 2 Фазное и линейное напряжение в трехфазных цепях Фото

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.

linejnoe i faznoe napryazhenie 3 Фазное и линейное напряжение в трехфазных цепях Фото

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:

linejnoe i faznoe napryazhenie 4 Фазное и линейное напряжение в трехфазных цепях Фото

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.

linejnoe i faznoe napryazhenie 5 Фазное и линейное напряжение в трехфазных цепях Фото

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:

linejnoe i faznoe napryazhenie 6 Фазное и линейное напряжение в трехфазных цепях Фото

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:

linejnoe i faznoe napryazhenie 7 Фазное и линейное напряжение в трехфазных цепях Фото

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.

linejnoe i faznoe napryazhenie 8 Фазное и линейное напряжение в трехфазных цепях Фото

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:

linejnoe i faznoe napryazhenie 9 Фазное и линейное напряжение в трехфазных цепях Фото

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:

linejnoe i faznoe napryazhenie 10 Фазное и линейное напряжение в трехфазных цепях Фото

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.


C уважением, Источник: http://samelectrik.ru