Что такое линейное и фазное напряжение, каково их соотношение?

Переменное напряжение и его величины

Напряжения различают в зависимости от вида тока: переменного и постоянного тока. AC может принимать разные формы, главное, что его знак и величина меняются со временем. В случае постоянного тока знак всегда имеет одинаковую полярность, а величина может быть стабилизированной или нестабильной.

Напряжение в наших розетках синусоидальное. Существуют разные значения, самые распространенные — мгновенное, амплитудное и эффективное. Как следует из названия, мгновенное напряжение — это количество вольт в любой данный момент времени. Амплитуда — это форма синусоидальной волны относительно нуля в вольтах, а среднеквадратичное значение является неотъемлемой частью функции зависимости напряжения от времени. Связь между ними следующая: действующее значение √2 или в 1,41 раза меньше амплитуды. Вот как выглядит график:

Напряжение в трехфазных цепях

В трехфазных цепях бывает два типа напряжения — линейное и фазное. Чтобы понять их различия, посмотрите на векторную диаграмму и диаграмму. Ниже вы видите три вектора Ua, Ub, Uc — это векторы напряжений или фаз. Угол между ними составляет 120 °, иногда говорят 120 электрических градусов. Этот угол соответствует углу между обмотками (полюсами) простейших электрических машин.

Если мы отразим вектор Ub, чтобы сохранить его угол наклона, но поменять местами начало и конец, его знак будет инвертирован. Затем установите начало вектора -Ub в конец вектора Ua, расстояние между началом Ua и концом -Ub будет соответствовать линейному вектору напряжения Ul.

Проще говоря, мы видим, что величина линейного напряжения больше, чем фазное напряжение. Давайте посмотрим на схему напряжений в трехфазной сети.

Красная вертикальная линия представляет линейное напряжение между фазой 1 и фазой 2, а желтая амплитуда фазы 2.

КРАТКОЕ: напряжение в сети измеряется между фазами, а фазное напряжение — между фазой и нейтралью.

Что касается расчетов, разница между напряжениями получается в результате решения этой формулы:

Напряжение сети в √3 или 1,73 раза больше межфазного напряжения.

Нагрузка в трехфазной системе может быть подключена с помощью трех или четырех проводов. Четвертый проводник — нейтральный. В зависимости от типа сеть может быть либо с нейтралью, либо с глухозаземленной нейтралью. Как правило, три фазы могут подаваться без нейтрального проводника, если нагрузка распределена равномерно. Это необходимо для обеспечения равномерного распределения напряжений и токов и предотвращения дисбаланса фаз, а также в качестве защитного проводника. В незаземленной сети повреждение рамы приведет к выходу из строя автоматического выключателя или предохранителя в панели, что позволит избежать риска поражения электрическим током.

Замечательно то, что в такой сети у нас одновременно есть два напряжения, которые можно использовать в соответствии с требованиями нагрузки.

Позвольте мне просто привести вам пример: рассмотрите электрическую панель на входе в ваш дом. У вас есть три фазы, и у вас есть одна фаза и нулевая фаза в квартире. Таким образом мы получаем 220В (фаза) в розетках, а между фазами на входе 380В (линия).

Схемы подключения потребителей к трём фазам

Все двигатели, нагреватели высокой мощности и другие трехфазные нагрузки могут быть подключены по схеме звезды или треугольника. Большинство двигателей оснащено набором перемычек, которые, в зависимости от положения, образуют соединение обмоток по схеме звезды или треугольника, но об этом позже. Какие отношения со звездой?

Соединение звездой означает соединение обмоток генератора таким образом, чтобы концы обмоток были соединены в одной точке, а нагрузка была подключена к началу обмоток. Обмотки мощных двигателей и нагревателей также соединены звездой, но вместо обмоток в качестве обмоток выступают нагревательные элементы.

Возьмем, к примеру, электродвигатель. При соединении его обмоток звездой сетевое напряжение 380 В подается на две обмотки, т.е. на каждую пару фаз.

На схеме A, B, C — начало обмоток, а X, Y, Z — концы, подключенные к одной точке, и эта точка заземлена. Здесь вы видите сетку с глухой нейтральной точкой(провод N). На практике это выглядит как изображение борного двигателя:

Красный квадрат показывает концы витков, они соединены перемычками, такое расположение перемычек (в линию) указывает на то, что они соединены звездочками. Синим цветом выделены три фазы питания.

На этом фото отмечены пускатели (W1, V1, U1) и выводы (W2, V2, U2), обратите внимание на то, что они сдвинуты относительно стартеров, это необходимо для комфортного подключения в треугольник:

При соединении треугольником на каждую обмотку подается линейное напряжение, что вызывает протекание больших токов. Обмотка должна быть рассчитана на это соединение.

У каждого способа есть свои достоинства и недостатки, некоторые моторы при запуске переключаются со звездочки на треугольник.

Нюансы

Говоря о моторах дальше, нельзя обойти вниманием подбор схемы включения. Дело в том, что моторы обычно маркируются на паспортных табличках:

В первой строке вы видите символы дельты и звезды, обратите внимание, сначала дельта. Тогда 220/380 В — это треугольник и напряжение звезды, а это значит, что если мы соединим треугольник, линейное напряжение должно быть 220 В. Если напряжение в сети 380, то двигатель необходимо подключать по схеме звезды. Между тем, межфазное напряжение всегда на 1,73 В ниже, независимо от напряжения в сети.

Следующий движок — отличный пример:

В этом случае номинальное напряжение уже составляет 380/660, что означает, что он должен быть соединен треугольником для линейного 380, в то время как звезда рассчитана на трехфазное питание 660 В.

В то время как нагрузки высокой мощности с большей вероятностью будут работать со значениями фазного напряжения, цепи освещения используют фазное напряжение (фаза-нейтраль) в 99% случаев. Исключение составляют электрические краны и тому подобное, где можно использовать трансформатор с вторичной обмоткой на напряжение 220 В. Но это, скорее, тонкости и специфика отдельных устройств. Новичкам легче запомнить: фазное напряжение такое, что в розетке между фазой и нейтралью, линейное напряжение такое, что в линии.