3 фазное электричество. Разбираемся в разнице между фазным и линейным напряжениями. Каково основное отличие этих напряжений

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.

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.

Трехфазная система переменного тока широко распространена и применяется во всем мире. При помощи трехфазной системы обеспечиваются оптимальные условия для передачи по проводам электроэнергии на большие расстояния, возможность для создания простых по устройству и удобных в эксплуатации электродвигателей.

Трехфазная система переменного тока

Называется система, состоящая из трех цепей с действующими электродвижущими силами (ЭДС) одинаковой частоты. Эти ЭДС сдвинуты относительно друг друга по фазе на одну треть. Каждая отдельная цепь в системе называется фазой. Вся система трех переменных токов, сдвинутых по фазе, и называется трехфазным током.

Практически все генераторы, которые установлены на электростанциях - это генераторы трехфазного тока. В конструкции соединены в одном агрегате три . Электродвижущие силы, индуцированные в них, как сказано ранее, сдвинуты на одну треть периода относительно друг друга.

Как же осуществляется работа генератора

В генераторе трехфазного тока есть три отдельных якоря, располагающихся на статоре устройства. Они имеют смещение на 1200 между собой. В центре устройства вращается индуктор, общий для трех якорей. Переменная ЭДС одинаковой частоты индуцируется в каждой катушке. Однако, моменты прохождения этих электродвижущих сил через нуль в каждой из этих катушек оказываются сдвинуты на 1/3 периода, так как индуктор проходит возле каждой катушки на 1/3 времени позднее, чем предыдущей.

Все обмотки являются самостоятельными генераторами тока и источниками электроэнергии. Если присоединить провода к концам каждой обмотки, то получаются три независимые цепи. В данном случае, чтобы передать всю электроэнергию потребуется шесть проводов. Однако при других соединениях обмоток между собой вполне можно обойтись 3-4 проводами, что дает большую экономию провода.

Соединение - звездой

Концы всех обмоток соединяются в одной точке генератора, так называемой нулевой точке. Затем производится соединение с потребителями, используя четыре провода: три - линейные провода, которые идут от начала обмоток 1, 2, 3, один - нулевой (нейтральный) провод, идущий от нулевой точки генератора. Такую систему называют еще четырехпроводной.

Соединение треугольником

В этом случае конец предыдущей обмотки соединяется с началом последующей, образуя, тем самым треугольник. Линейные провода соединяются с вершинами треугольника - точками 1, 2, 3. При таком подключении совпадают. В сравнении с подключением звездой, подключение треугольником снижает линейное напряжение примерно в 1,73 раза. Оно допускается лишь при условии одинаковой нагрузки фаз, иначе в обмотках может увеличиться, что представляет опасность для генератора.

Отдельные потребители (нагрузки), которые питаются от раздельных пар проводов, точно так же могут соединяться или звездой или треугольником. В итоге получается ситуация, аналогичная генератору: при соединении треугольником - нагрузки находятся под линейным напряжением, при соединении звездой - напряжение в 1,73 раза меньше.

• " onclick="window.open(this.href," win2 return false >Печать
• E-mail

Подробности Категория: Электротехника

Трехфазная система переменного тока

Электростанции вырабатывают трехфазный переменный ток . Генератор трехфазного тока представляет собой как бы три объединенных вместе генератора переменного тока, работающих так, чтобы сила тока (и напряжение) изменялась у них не одновременно, а с отставанием на 1/3 периода. Это осуществляется за счет смещения катушек генераторов на 120° одна относительно другой (рис. справа).

Каждая часть обмотки генератора называется фазой . Поэтому генераторы, которые имеют обмотку, состоящую из трех частей, называют трехфазными .

Следует отметить, что термин «фаза » в электротехнике имеет два значения: 1) как величина, которая совместно с амплитудой определяет состояние колебательного процесса в данный момент времени; 2) в смысле наименования части электрической цепи переменного тока (например, часть обмотки электрической машины).

Некоторое наглядное представление о возникновении трехфазного тока дает установка, изображенная на рис. слева.
Три катушки от школьного разборного трансформатора с сердечниками размещаются по окружности под углом 120° по отношению друг к другу. Каждая катушка соединена с демонстрационным гальванометром . В центре окружности на оси укрепляется прямой магнит. Если вращать магнит, то в каждой из трех цепей «катушка - гальванометр» возникает переменный ток. При медленном вращении магнита можно заметить, что наибольшее и наименьшее значения токов и их направления будут в каждый момент во всех трех цепях различными.

Таким образом, трехфазный ток представляет совместное действие трех переменных токов одинаковой частоты, но сдвинутых по фазе на 1/3 периода относительно друг друга.
Каждая обмотка генератора может соединяться со своим потребителем, образуя несвязанную трехфазную систему. Выигрыша от такого соединения нет никакого по отношению к трем отдельным генераторам переменного тока, так как передача электрической энергии осуществляется с помощью шести проводов (рис. справа).

На практике получили два других способа соединения обмоток трехфазного генератора. Первый способ соединения получил название звезды (рис. слева, а), а второй - треугольника (рис. б).

При соединении звездой концы (или начала) всех трех фаз соединяются в один общий узел, а от начал (или концов) идут провода к потребителям. Эти провода называются линейными проводами . Общую точку, в которой соединяются концы фаз генератора (или потребителя), называют нулевой точкой , или нейтралью . Провод, соединяющий нулевые точки генератора и потребителя, называют нулевым проводом . Нулевой провод применяется в том случае, если в сети создается неравномерная нагрузка на фазы. Он позволяет уравнять напряжения в фазах потребителя.

Нулевой провод , как правило, применяется в осветительных сетях. Даже при наличии одинакового количества ламп равной мощности во всех трех фазах равномерная нагрузка не сохраняется, так как лампы могут включаться, выключаться не одновременно во всех фазах, могут перегорать, и тогда равномерность нагрузки фаз будет нарушена. Поэтому для осветительной сети применяется соединение в звезду, которая имеет четыре провода (рис. справа) вместо шести при несвязанной трехфазной системе.

При соединении в звезду различают два вида напряжения: фазное и линейное . Напряжение между каждым линейным и нулевым проводом равно напряжению между зажимами соответствующей фазы генератора и называется фазным (U ф ), а напряжение между двумя линейными проводами - линейным напряжением (U л ).

Между фазными и линейными напряжениями можно установить соотношение:

U л = √3 . U ф ≈ 1,73 . U ф ,

если рассмотреть треугольник напряжения (рис. слева).

Действительно,

Ил= ^ч-Т^-г-Т^-сойШ^ Сф-л/2 + 2-со5б0° = л/3 -Ц,

На практике широкое распространение получили трехфазные цепи с нейтральными проводами при напряжениях U Л = 380 В; U Ф = 220 В.

Поскольку в нулевом проводе при симметричной нагрузке сила тока равна нулю, то ток в линейном проводе равен току в фазе.
При неравномерной нагрузке фаз по нулевому проводу проходит уравнительный ток относительно малой величины. Поэтому сечение этого провода должно быть значительно меньше, чем у линейного провода. В этом можно убедиться, если включить четыре амперметра в линейные и нулевой провода. В качестве нагрузки удобно использовать обычные электрические лампочки (рис. справа).

При одинаковой нагрузке в фазах ток в нулевом проводе равен нулю и надобность в этом проводе отпадает (например, равномерную нагрузку создают электродвигатели). В этом случае производят соединение в «треугольник», которое представляет собой последовательное соединение друг с другом начал и концов катушек генератора. Нулевой провод в этом случае отсутствует.
При соединении обмоток генератора и потребителей «треугольником » фазные и линейные напряжения равны между собой,
т.е. U Л = U Ф , а линейный ток в √3 раз больше фазного тока I Л = √3 . I Ф

Соединение треугольником применяется как при осветительной, так и при силовой нагрузке. Например, в школьной мастерской станки можно включать в звезду или треугольник. Выбор того или иного способа соединения определяется величиной напряжения сети и номинальным напряжением приемников электрической энергии.
Принципиально можно соединять треугольником и фазы генератора, но обычно этого не делают. Дело в том, что для создания заданного линейного напряжения каждая фаза генератора при соединении треугольником должна быть рассчитана на напряжение, в раз большее, чем в случае соединения звездой. Более высокое напряжение в фазе генератора требует увеличения числа витков и усиленной изоляции для обмоточного провода, что увеличивает размеры и стоимость машин. Поэтому фазы трехфазных генераторов почти всегда соединяют звездой. Двигатели же иногда в момент пуска включают звездой, а затем переключают на треугольник.

Под термином “фаза” в энергетике принято понимать отдельную часть электрической цепи многофазной системы или-же, момент времени в синусоидальном выражении векторов тока или напряжения.

Основная особенность многофазных (n) систем состоит в объединении отдельных схем с одинаковыми электрическими параметрами ЭДС, напряжения и тока, которые разнесены по времени на одинаковые интервалы периода ∆t=T/n выражаемые, также в угловых величинах фазы ∆ωt=360/n (в градусах) либо ∆ωt=2π/n (в радианах).

Трехфазные цепи . В энергетике применяются три объединенных электрических схемы (фазы), n=3 . Соответственно все цепи разнесены на 120 угловых градусов. Для их обозначения в соответствии с ГОСТ-ом используются:

Заглавные латинские буквы А, В, С в качестве основного обозначения;
- арабские цифры 1, 2, 3 для дополнительной маркировки;
- заглавные латинские буквы R, S, T в международном формате.

В процессе эксплуатации головная организация произвольно выбирает первую фазу “А” , а остальные нумерует в последовательности прохождения векторами напряжения (u) и тока (i) северного направления координат.

В трехфазной системе принято под прямой последовательностью понимать в нормальном режиме работы вращение векторов А>В>С>А против часовой стрелки. При этом, вектора в цепи В запаздывают от цепи А и обгоняют цепь С на 120°.

Противоположное вращение векторов по часовой стрелке считается обратной последовательностью.

Созданные в системе фазы могут объединяться в единую схему или работать изолированно, без взаимных связей. В не связанной системе величины мгновенных ЭДС в фазах разнесены по углу на 120° и чередуются по схеме А>В>С>А . Их значения описываются формулами:

e А =Е m sinωt, E А =Еe j0° ;
e В =Е m sin(ωt-120°), E В =Еe -j120° ;
e С =Е m sin(ωt-240°)=Е m sin(ωt+120°), E С =Еe j120° .

Диаграммы графиков функций и векторные выражения поясняются соответствующими рисунками.

В независимой симметричной 3-х фазной схеме всегда действует правило: любые переменные величины е, u, i в каждый момент времени при суммировании равны нулю. Иначе говоря: u А +u В +u С =0 .

Для примера демонстрируем вычисления сумм ЭДС при трех значениях углов:

При равной нагрузке для каждой фазы, когда Z A =Z B =Z C =Ze jφ , формируются одинаковые по длине, но сдвинутые по углу от напряжений (ЭДС) вектора фазных токов. Они разнесены между собой на 120° и тоже создают 3-х фазную симметричную систему, в которой действуют законы:

i A +i B +i C =0;
I A +I B +I C =0.

Из трех не связанных систем формируется единая связанная путем подключения (объединения) обратных (возвратных) проводов в единую магистраль. При этом способе в обобщенном проводе общий ток от трех фаз сложится и станет равным нулю. Процесс описывает 1-й закон Кирхгофа :

i N =i A +i B +i C =0 .

Практический вывод очевиден: отсутствие необходимости обратного провода, что ведет к значительной экономии материальных средств для транспортировки электроэнергии от 3-х фазного генератора к 3-х фазному электроприемнику.

Преимущества 3-х фазных систем:

1. Транспортировка электрических мощностей 3-х фазной схемой к потребителям от источников экономически эффективнее, чем для другого количества фаз. При снижении количества магистралей с 6 до 3 не только экономятся средства на провода, но и снижаются энергетические потери в них;

2. Для создания 3-х фазной системы не требуется создавать сложных технических конструкций. Круговое вращательное движение давно используется для работы различных генераторов и двигателей;

3. Технология изготовления 3-х фазных генераторов, трансформаторов и двигателей проста и отлажена, а все устройства отличаются надежностью, долговечностью, дешевизной и уменьшенными габаритами;

4. 3-х фазная схема позволяет одновременно применять электрические приемники с разными номиналами напряжений, отличающимися на величину √3 , которая определяется наличием 2-х уровней напряжений (фазного и линейного). Uл=√3xUф.

Эти очевидные преимущества систем широко используются в энергетике для выработки электрической энергии и передачи/распределения ее к электроприемникам с 1989 года.

Основоположником и разработчиком их является инженер Михаил Осипович Доливо-Добровольский, работавший в немецкой фирме AEG (Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft).

Часто можно слышать, как называют электрические сети трёхфазными, двухфазными, реже - однофазными, но иногда подразумевается под этими понятиями не одно и то же. Чтобы не запутаться, давайте разберёмся с тем, чем отличаются эти сети и что имеют в виду, когда говорят, например, про отличия трехфазного от однофазного тока .

Однофазные сети	Двухфазные сети	Трёхфазные сети
Прохождение тока возможно при замкнутой цепи. Поэтому ток нужно сначала подвести к нагрузке, а затем вернуть назад. При переменном токе провод, подводящий ток - это фаза. Её схемное обозначение L1 (А). Второй называют нулевым. Обозначение - N. Значит, для передачи однофазного тока нужно использовать два провода. Называются они фазным и нулевым соответственно. Между этими проводами напряжение 220 В.	Идёт передача двух переменных токов. Напряжение этих токов сдвинуто по фазе на 90 градусов. Передают токи двумя проводами: двумя фазными и двумя нулевыми. Это дорого. Поэтому теперь на электростанциях его не генерируют и по линиям электропередач (ЛЭП) не передают.	Передаётся три переменных тока. По фазе их напряжения сдвигаются на 120 градусов. Казалось бы, для передачи тока нужно было задействовать шесть проводов, но, используя соединение источников по схеме «звезда», обходятся тремя (вид схемы похож на латинскую букву Y). Три провода являются фазными, один - нулевой. Экономична. Ток без труда передаётся на далёкие расстояния. Любая пара фазных проводов имеет напряжение 380 В. Пара фазный провод и нуль - напряжение 220 В.

Таким образом, электропитание наших домов и квартир может быть однофазным или трёхфазным.

Однофазное электропитание

Однофазноый ток подключают двумя методами : 2-проводным и 3-проводным.

• При первом (двухпроводном) используют два провода. По одному течёт фазный ток, другой предназначен для нулевого провода. Подобным образом электропитание подведено почти во все, построенные в бывшем СССР, старые дома.
• При втором - добавляют ещё один провод. Называется он заземление (РЕ). Его предназначение спасать жизнь человека, а приборы от поломки.

Трёхфазное электропитание

Распределение трёхфазного питания по дому выполняется двумя способами : 4-проводным и 5-проводным.

• Четырёхпроводное подключение выполняется тремя фазными и одним нулевым проводом. После электрощитка для питания розеток и выключателей используют два провода - одну из фаз и нуль. Напряжение между этими проводами 220В.
• Пятипроводное подключение - добавляется защитный, заземляющий провод (РЕ).

В трёхфазной сети фазы должны нагружаться максимально равномерно. Иначе произойдёт перекос фаз. Результат этого явления весьма плачевен и непредсказуем для человеческой жизни и техники.

От того, какая электропроводка в доме зависит и то, какое электрооборудование можно в неё включать.

Например, заземление, а значит и розетки с заземляющим контактом обязательны, когда в сеть включаются:

• приборы с большой мощностью - холодильники, печи, обогреватели,
• электронные бытовые приборы - компьютеры, телевизоры (оно необходимо для отвода статического электричества),
• устройства, связанные с водой - джакузи, душевые кабины (вода проводник тока).

А для электропитания двигателей (актуальных для частного дома) нужен трёхфазный ток.

Сколько стоит подключение однофазного и трехфазного электричества?

Затраты на расходные материалы и монтаж оборудования планируются также, исходя из наиболее предпочтительного подключения. И если предсказать стоимость розеток, выключателей, светильников трудно (всё зависит от причуд вашей и дизайнерской фантазии), то цены на монтажные работы приблизительно одинаковы . В среднем это:

• сборка электрощитка, в который устанавливаются автоматы защиты (12 групп) и счетчик стоит от 80$
• монтаж выключателей и розеток 2-6$
• установка точечных светильников 1,5-5$ за единицу.

Лично я также задумался про солнечные батареи - на http://220volt.com.ua поизучал немного, теперь пробую структурировать мысли, как и что делать с их подключением...