Фазное напряжение в трехфазных системах: виды, соотношения и особенности — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое фазное напряжение в трехфазных электрических системах. Как оно соотносится с линейным напряжением. Какие существуют схемы соединения фаз генератора и нагрузки. Почему важно правильно рассчитывать и учитывать фазное напряжение при проектировании электрических сетей.

Содержание

Что такое фазное напряжение и как оно возникает

Фазное напряжение — это напряжение между началом и концом одной фазы трехфазного генератора или трансформатора. Оно возникает в результате вращения магнитного поля ротора относительно обмоток статора.

В трехфазном генераторе имеется три обмотки, смещенные в пространстве на 120 градусов. При вращении ротора в них наводятся синусоидальные ЭДС, сдвинутые по фазе на 120 электрических градусов.

Таким образом, в каждый момент времени в трех фазах действуют разные по величине и направлению ЭДС. Это и создает систему трехфазных напряжений.

Соотношение между фазным и линейным напряжением

Фазное напряжение связано с линейным напряжением определенным соотношением, которое зависит от схемы соединения обмоток:

При соединении звездой: U_л = √3 * U_ф
При соединении треугольником: U_л = U_ф

Где U_л — линейное напряжение, U_ф — фазное напряжение.

Это соотношение важно учитывать при расчетах и проектировании электрических сетей. Ошибки могут привести к неправильному выбору оборудования.

Схемы соединения трехфазных цепей

Существует два основных способа соединения фаз трехфазных генераторов и нагрузок:

Соединение звездой

При соединении звездой концы всех трех фаз объединяются в общую нейтральную точку. Начала фаз подключаются к линейным проводам. Фазное напряжение измеряется между линейным проводом и нейтралью.

Соединение треугольником

При соединении треугольником конец каждой фазы соединяется с началом следующей. К точкам соединения подключаются линейные провода. Фазное напряжение в этом случае равно линейному.

Выбор схемы соединения зависит от параметров генератора, нагрузки и требований к системе электроснабжения.

Особенности расчета фазных напряжений

При расчете фазных напряжений необходимо учитывать следующие факторы:

Схему соединения обмоток генератора
Схему соединения нагрузки
Симметричность или несимметричность нагрузки
Наличие нейтрального провода
Потери напряжения в линии

Для точного определения фазных напряжений в сложных сетях используют специальные методы расчета, например, метод симметричных составляющих.

Влияние несимметрии нагрузки на фазные напряжения

В реальных электрических сетях нагрузка по фазам часто бывает несимметричной. Это приводит к появлению несимметрии фазных напряжений, которая может вызвать ряд негативных последствий:

Перегрузку отдельных фаз
Повышенные потери в сети
Неравномерный нагрев и преждевременный выход из строя оборудования
Появление напряжения в нейтрали

Для уменьшения несимметрии применяют специальные устройства — симметрирующие трансформаторы и конденсаторные установки.

Измерение фазных напряжений

Для измерения фазных напряжений в трехфазных сетях используют специальные приборы:

Трехфазные вольтметры
Анализаторы качества электроэнергии
Цифровые осциллографы

При измерениях важно соблюдать правила техники безопасности, так как работа ведется с высоким напряжением. Измерения должны проводить только квалифицированные специалисты.

Нормирование фазных напряжений

Допустимые значения фазных напряжений и их отклонений регламентируются стандартами. Например, ГОСТ 32144-2013 устанавливает следующие нормы:

Номинальное фазное напряжение в сетях 0,4 кВ — 230 В

Предельно допустимые отклонения — ±10%
Нормально допустимые отклонения — ±5%

Соблюдение этих норм необходимо для обеспечения качественного электроснабжения потребителей.

Применение фазных напряжений в электротехнике

Знание фазных напряжений и умение с ними работать необходимо во многих областях электротехники:

Проектирование систем электроснабжения
Выбор и эксплуатация электрооборудования
Расчет потерь в электрических сетях
Настройка устройств релейной защиты
Диагностика неисправностей в трехфазных системах

Правильный учет фазных напряжений позволяет повысить эффективность и надежность работы электроустановок.

Заключение

Фазное напряжение является важнейшей характеристикой трехфазных электрических систем. Понимание его природы, особенностей и методов расчета необходимо для грамотной работы с трехфазным оборудованием. Надеемся, эта статья помогла разобраться в основных аспектах этой темы.

Линейное и фазное напряжение — соотношение и формулы, схема соединения звездой и треугольником

Одним из видов систем с множеством фаз, представлены цепи, состоящие из трех фаз. В них действуют электродвижущие силы синусоидального типа, возникающие с синхронной частотой, от единого генератора энергии, и имеют разницу в фазе.

Электрическое напряжение трехфазных сетей

Виды напряжения ↓
Отличия ↓
Соотношение ↓
Схема ↓
Расчет линейного и фазного напряжения ↓

Под фазой, понимаются самостоятельные блоки системы с множеством фаз, имеющие идентичные друг другу параметры тока. Поэтому, в электротехнической области, определение фазы имеет двойное толкование.

Во-первых, как значение, имеющее синусоидальное колебание, а во-вторых, как самостоятельный элемент в электросети с множеством фаз. В соответствии с их количеством и маркируется конкретная цепь: двухфазная, трехфазная, шестифазная и т.д.

Сегодня в электроэнергетике, наиболее популярными являются цепи с трехфазным током. Они обладают целым перечнем достоинств, выделяющих их среди своих однофазных и многофазных аналогов, так как, во-первых, более дешевы по технологии монтажа и транспортировки электроэнергии с наименьшими потерями и затратами.

Во-вторых, они имеют свойство легко образовывать движущееся по кругу магнитное поле, которое является движущей силой для асинхронных двигателей, которые используются не только на предприятиях, но и в быту, например, в подъемном механизме высотных лифтов и т.д.

Электрические цепи, имеющие три фазы, позволяют одновременно пользоваться двумя видами напряжения от одного источника электроэнергии – линейным и фазным.

Виды напряжения

Знание их особенностей и характеристик эксплуатации, крайне необходимо для манипуляций в электрощитах и при работе с устройствами, питаемыми от 380 вольт:

Линейное. Его обозначают как межфазный ток, то есть проходящий между парой контактов или идентичными клеймами разных фаз. Оно определяется разностью потенциалов пары фазных контактов.
Фазное. Оно появляется при замыкании начального и конечного выводов фазы. Также, его обозначают как ток, возникающий при замыкании одного из контактов фазы с нулевым выводом. Его величина определяется абсолютным значением разности выводов от фазы и Земли.

Отличия

В обычной квартире, или частном доме, как правило, существует только однофазный тип сети 220 вольт, поэтому, к их щиту электропитания, подведены в основном два провода – фаза и ноль, реже к ним добавляется третий – заземление.

К высотным многоквартирным зданиям с офисами, гостиницами или торговыми центрами, подводится сразу 4 или 5 кабелей электропитания, обеспечивающих три фазы сети 380 вольт.

Почему такое жесткое разделение? Дело в том, что трехфазное напряжение, во-первых, само отличается повышенной мощностью, а во-вторых, оно специфически подходит для питания особых сверхмощных электродвигателей трехфазного типа, которые используются на заводах, в электролебедках лифтов, эскалаторных подъемниках и т. д.

Такие двигатели при включении в трехфазную сеть вырабатывают в разы большее усилие, чем их однофазные аналоги тех же габаритов и веса.

Проводить разводку проводки такого типа можно без использования профессионального оборудования и приборов, достаточно обычных отверток с индикаторами.

Соединяя проводники не нужно монтировать нулевой контакт, ведь вероятность пробоя очень мала, благодаря не занятой нейтрали.

Но такая схема сети имеет и свое слабое место, так как в линейной схеме монтажа крайне сложно найти место повреждения проводника в случае аварии или поломки, что может повысить риск возникновения пожара.

Таким образом, главным отличием между фазным и линейным типами являются разные схемы подключения проводов обмоток источника и потребителя электроэнергии.

Соотношение

Значение напряжения фазы равняется около 58% от мощности линейного аналога. То есть, при обычных эксплуатационных параметрах, линейное значение стабильно и превосходит фазное в 1,73 раза.

Оценка напряжения в сети трехфазного электрического тока, в основном производится по показателям его линейной составляющей. Для линий тока этого типа, подающегося с подстанций, оно, как правило, равняется 380 вольтам, и идентично фазному аналогу в 220 В.

В электросетях с четырьмя проводами, напряжение трехфазного тока маркируется обоими значениями – 380/220 В. Это обеспечивает возможность питания от такой сети устройств, как с однофазным потреблением электроэнергии 220 вольт, так и более мощных агрегатов, рассчитанных на ток 380 В.

Самой доступной и универсальной стала система трехфазного типа 380/220 В, имеющая нулевой провод, так называемое заземление. Электрические агрегаты, работающие на одной фазе 220 В., могут быть запитаны от линейного напряжения при подключении к любой паре фазных выводов.

Электрические агрегаты трехфазного питания работают только при подключении сразу к трем выводам разных фаз.

В этом случае, применение нулевого вывода в качестве заземления, не является обязательным, хотя в случае повреждения изоляции проводов, его отсутствие серьезно повышает вероятность удара током.

Схема

Агрегаты трехфазного тока имеют две схемы подключения в сеть: первая – «звезда», вторая – «треугольником». В первом варианте, начальные контакты всех трех обмоток генератора замыкаются вместе по параллельной схеме, что, как и в случае с обычными щелочными батарейками не даст прироста мощности.

Вторая, последовательная схема подключения обмоток источника тока, где каждый начальный вывод подключается к конечному контакту предыдущей обмотки, дает трехкратный прирост напряжения за счет эффекта суммирования напряжений при последовательном подключении.

Кроме того, такие же схемы подключения имеют и нагрузку в виде электродвигателя, только устройство, подключенное в трехфазную сеть по схеме «звезда», при токе в 2,2 А будет выдавать мощность 2190Вт, а тот же агрегат, подключенный «треугольником», способен выдать в три раза большую мощность – 5570, за счет того, что благодаря последовательному подключению катушек и внутри двигателя, сила тока суммируется и доходит до 10 А.

Имея источник трехфазного напряжения и двигатели, имеющие аналогичную схему подключения, можно получить в разы больше мощности просто за счет эффективного подключения всех агрегатов.

Расчет линейного и фазного напряжения

Сети с линейным током нашли широкое применение за счет своих характеристик меньшей травмоопасности и легкости разведения такой электропроводки. Все электрические устройства в этом случае соединены только с одним фазным проводом, по которому и идет ток, и только он один и представляет опасность, а второй – это земля.

Рассчитать такую систему несложно, можно руководствоваться обычными формулами из школьного курса физики. Кроме того, для измерения этого параметра сети, достаточно использовать обычный мультиметр, в то время как для снятия показаний подключения фазного типа, придется задействовать целую систему оборудования.

Для подсчета напряжения линейного тока, применяют формулу Кирхгофа:

∑ Ik = 0;

Уравнение которой гласит, что каждой из частей электрической цепи, сила тока равна нулю – k=1.

И закон Ома:

I=U/R;

Используя их, можно без труда произвести расчеты каждой характеристики конкретного клейма или электросети.

В случае разделения системы на несколько линий, может появиться необходимость рассчитать напряжение между фазой и нулем:

I_L = I_F;

Эти значения являются переменными, и меняются при разных вариантах подключения. Поэтому, линейные характеристики идентичны фазовым.

Однако, в некоторых случаях, требуется вычислить чему равно соотношение фазы и линейного проводника.

Для этого, применяют формулу:

Uл=Uф∙√3, где:

Uл – линейное, Uф – фазовое. Формула справедлива, только если – I_L = I_F.

При добавлении в электросистему дополнительных отводящих элементов, необходимо и персонально для них рассчитывать фазовое напряжение. В этом случае, значение Uф заменяется на цифровые данные самостоятельного клейма.

При подключении промышленных систем к электросети, может появиться необходимость в расчете значения реактивной трехфазной мощности, которое вычисляется по следующей формуле:

Q = Qа + Qb + Qс;

Идентичная структура формулы активной мощности:

P = Pа + Pb + Pс;

Примеры расчета:

HydroMuseum – Фазное напряжение

Фазное напряжение

Фазное напряжение – элементы трехфазной цепи

Трехфазный генератор

В настоящее время электрическая энергия переменного тока вырабатывается, передается и распределяется между отдельными токоприемниками в системе трехфазных цепей.

Системой трехфазных цепей называют такую совокупность электрических цепей, в которой токоприемники получают питание от общего трехфазного генератора.

Рис. 1. Схема трёхфазного генератора

Трехфазным называется такой генератор, который имеет обмотку, состоящую из трех частей. Каждая часть этой обмотки называется фазой. Поэтому эти генераторы и получили название трехфазных.

Следует отметить, что термин «фаза» в электротехнике имеет два значения:

в смысле определенной стадии периодического колебательного процесса;
как наименование части электрической цепи переменного тока (например, часть обмотки электрической машины).

Для уяснения принципа действия трехфазного генератора обратимся к модели, схематически изображенной на рисунке 64. Модель состоит из статора, изготовленного в виде стального кольца, и ротора — постоянного магнита. На кольце статора расположена трехфазная обмотка с одинаковым числом витков в каждой фазе. Фазы обмотки смещены в пространстве одна относительно другой на угол 120°.

Представим себе, что ротор модели генератора приведен во вращение с постоянной скоростью против движения часовой стрелки. Тогда, вследствие непрерывного движения полюсов постоянного магнита относительно проводников обмотки статора, в каждой ее фазе будет наводиться ЭДС

Применяя правило правой руки, можно убедиться, что ЭДС, наводимая в фазе обмотки северным полюсом вращающегося магнита, будет действовать в одном направлении, а наводимая южным полюсом — в другом. Следовательно, ЭДС фазы генератора будет переменной.

Крайние точки (зажимы) каждой фазы генератора всегда размечают: одну крайнюю точку фазы называют началом, а другую — концом. Начала фаз обозначают латинскими буквами A, B, C, а концы их соответственно — X, Y, Z. Наименования «начало» и «конец» фазы дают, руководствуясь следующим правилом: положительная ЭДС генератора действует в направлении от конца фазы к ее началу.

ЭДС генератора условимся считать положительной, если она наведена северным полюсом вращающегося магнита. Тогда разметка зажимов генератора для случая вращения его ротора против движения часовой стрелки должна быть такой, как показано на рисунке 1.

При постоянной скорости вращения полюсов ротора амплитуда и частота ЭДС, создаваемых в фазах обмотки статора, сохраняются неизменными. Однако в каждое мгновение величина и направление действия ЭДС одной из фаз отличаются от величины и направления действия ЭДС двух других фаз. Это объясняется пространственным смещением фаз. Все явления во второй фазе повторяют явления в первой фазе, но с опозданием. Говорят, что ЭДС второй фазы отстает во времени от ЭДС первой фазы. Они, например, в разное время достигают своих амплитудных значений. Действительно, наибольшее значение ЭДС, – наведенной в какой-либо фазе, будет в тот момент, когда центр полюса ротора проходит середину этой фазы. В частности, для момента времени, соответствующего расположению ротора, показанному на рисунке 1, электродвижущая сила первой фазы генератора будет положительной и максимальной. Положительное максимальное значение ЭДС второй фазы наступит позже, когда ротор повернется на угол 120°. Поскольку за один оборот двухполюсного ротора генератора происходит полный цикл изменения ЭДС, то время T одного оборота является периодом изменения ЭДС Очевидно, что для поворота ротора на 120° необходимо время, равное одной трети периода (T/3).

Следовательно, все стадии изменения ЭДС второй фазы наступают позже соответствующих стадий изменения ЭДС первой фазы на одну треть периода. Такое же отставание в периодическом изменении ЭДС наблюдается в третьей фазе по отношению ко второй. Само собой разумеется, что по отношению к первой фазе периодические изменения ЭДС третьей фазы совершаются с опозданием на две трети периода (2/3 T).

Путем придания соответствующей формы полюсам магнитов можно добиться изменения ЭДС во времени по закону, близкому к синусоидальному.

Рис. 2. Кривые мгновенных значений трёхфазной системы ЭДС

Следовательно, если изменение ЭДС первой фазы генератора происходит по закону синуса

e₁ = E_мsinωt ,

то закон изменения ЭДС второй фазы может быть записан формулой

e₂ = E_м sinω (t − T/3) ,

а третьей — формулой

e₃ = E_м sinω (t − 2/3 T) ,

Сказанное иллюстрирует график рисунка 2.

Таким образом, можно сделать следующий вывод: при равномерном вращении полюсов ротора во всех трех фазах генератора наводятся переменные ЭДС одинаковой частоты и амплитуды, периодические изменения которых по отношению друг к другу совершаются с запаздыванием на 1/3 периода.

Трехфазные токоприемники

Трехфазный генератор служит источником питания как однофазных, так и трехфазных электрических устройств. Однофазные токоприемники, как известно, имеют два внешних зажима. К ним относятся, например, осветительные лампы, различные бытовые приборы, электросварочные аппараты, индукционные печи, электродвигатели с однофазной обмоткой.

Трехфазные устройства в общем случае имеют шесть внешних зажимов. Каждое такое устройство состоит из трех, обычно одинаковых, электрических цепей, которые называются фазами. Примерами трехфазных токоприемников могут служить электрические дуговые печи с тремя электродами или электродвигатели с трехфазной обмоткой.

Способы соединения фаз генератора и токоприемника

Несвязанная и связанная трехфазные цепи

Рис. 3. Схема несвязанной трёхфазной цепи

Трехфазную цепь называют несвязанной, если каждая фаза генератора независимо от других соединена двумя проводами со своим токоприемником (рис. 3). Основной недостаток несвязанной трехфазной цепи заключается в том, что для передачи энергии от генератора к приемникам нужно применять шесть проводов. Число проводов может быть уменьшено до четырех или даже до трех, если фазы генератора и токоприемников соединить между собой соответствующим способом. В этом случае трехфазную цепь называют связанной трехфазной цепью.

На практике почти всегда применяют связанные трехфазные цепи, как более совершенные и экономичные. Существует два основных способа соединения фаз генератора и фаз приемников: соединение звездой и соединение треугольником.

При соединении фаз генератора звездой (рис. 4, а) все «концы» фазных обмоток X, Y, Z соединяют в одну общую точку 0, называемую нейтральной или нулевой точкой генератора.

На рисунке 4, б схематически показаны три фазы генератора в виде катушек, оси которых смещены в пространстве одна относительно другой на угол 120°.

Напряжение между началом и концом каждой фазы генератора называют фазным напряжением, а между началами фаз — линейным.

Поскольку фазные напряжения изменяются во времени по синусоидальному закону, то линейные напряжения также будут изменяться по синусоидальному закону. Условимся за положительное направление действия линейных напряжений считать то направление, когда они действуют: от зажима A первой фазы к зажиму B второй фазы; от зажима B второй фазы к зажиму C третьей фазы; от зажима C третьей фазы к зажиму A первой фазы. Эти три условно положительных направления действия линейных напряжений на рисунке 4, б показаны стрелками.

Рис. 4. Трёхфазная обмотка, соединённая звездой: а – схема соединения; б – схема обмотки.

Расчеты и измерения показывают, что действующее значение линейного напряжения генератора, три фазы которого соединены в звезду, в √3 раз больше действующего значения фазного напряжения.

Соединение фаз токоприемников звездой

Для передачи энергии от генератора, соединенного звездой, к однофазным или трехфазным токоприемникам, в общем случае нужны четыре провода. Три провода присоединяют к началам фаз генератора (A, B, C). Эти провода называют линейными проводами. Четвертый провод соединяют с нейтральной точкой (0) генератора и называют нейтральным (нулевым) проводом.

Трехфазная цепь с нейтральным проводом дает возможность использовать два напряжения генератора. Приемники в такой цепи можно включать между линейными проводами на линейное напряжение или между линейными проводами и нейтральным проводом на фазное напряжение.

Рис. 5. Четырёхпроводная трёхфазная цепь

На рисунке 5 показана схема включения токоприемников, рассчитанных на фазное напряжение генератора. В этом случае фазы токоприемников будут иметь общую точку соединения — нейтральную точку 0′, а токи в линейных проводах (линейные токи) будут равны токам в соответствующих фазах нагрузки (фазным токам).

Каждая фаза нагрузки может быть образована как одним токоприемником, так и несколькими токоприемниками, включенными между собой параллельно (рис. 6).

Если фазные токи и углы сдвига фаз этих токов по отношению к фазным напряжениям одинаковы, то такая нагрузка называется симметричной. Если хотя бы одно из указанных условий не соблюдается, то нагрузка будет несимметричной.

Симметричная нагрузка может быть создана, например, лампами накаливания одинаковой мощности. Допустим, что каждая фаза нагрузки образована тремя одинаковыми лампами (рис. 7).

Рис. 6. Схема включения однофазных токоприёмников в четырёхпроводную сеть

Рис. 7. Схема соединения симметричной нагрузки звездой

Путем непосредственных измерений можно убедиться, что при включении нагрузки звездой с нейтральным проводом напряжение на каждой фазе нагрузки U_ф будет меньше линейного напряжения U_л в √3 раз, подобно тому, как это было при включении звездой фаз обмоток генератора

U_л = √3U_ф.

На практике широкое распространение получили трехфазные цепи с нейтральными проводами при напряжениях

U_л = 380 В; U_ф = 220 В

или

U_л = 220 В; U_ф = 127 В.

Из рисунка 70 видно, что ток в линейном проводе (I_л) равен току в фазе (I_ф)

I_л = I_ф.

Величина тока в нейтральном проводе при симметричной нагрузке равна нулю, в чем можно убедиться также путем непосредственного измерения.

Но если ток в нейтральном проводе отсутствует, то зачем же нужен этот провод?

Для выяснения роли нейтрального провода проделаем следующий опыт. Допустим, что в каждой фазе нагрузки имеется по три одинаковых лампы и одному вольтметру, а в нейтральный провод включен амперметр (см. рис. 7).

Рис. 8. Схема осветительной сети жилого дома при соединении фаз нагрузки звездой

Когда в каждой фазе включены по три лампы, то все они находятся под одним и тем же напряжением и горят с одинаковым накалом, а ток в нейтральном проводе равен нулю. Изменяя число включенных ламп в каждой фазе нагрузки, мы убедимся в том, что фазные напряжения не изменяются (все лампы будут гореть с прежним наклоном), но в нейтральном проводе появится ток.

Отключим нейтральный провод от нулевой точки приемников и повторим все изменения нагрузки в фазах. Теперь мы заметим, что большее напряжение будет приходиться на ту фазу, сопротивление которой больше других, то есть, где включено меньшее количество ламп. В этой фазе лампы будут гореть с наибольшим накалом и даже могут перегореть. Это объясняется тем, что в фазах нагрузки с большим сопротивлением происходит и большее падение напряжения.

Следовательно, нейтральный провод необходим для выравнивания фазных напряжений нагрузки, когда сопротивления этих фаз различны.

Благодаря нейтральному проводу, каждая фаза нагрузки оказывается включенной на фазное напряжение генератора, которое практически не зависит от величины тока нагрузки, так как внутреннее падение напряжения в фазе генератора незначительно. Поэтому напряжение на каждой фазе нагрузки будет практически неизменным при изменениях нагрузки.

Если сопротивления фаз нагрузки будут равными по величине и однородными, то нейтральный провод не нужен (рис. 7). Примером такой нагрузки являются симметричные трехфазные токоприемники.

Обычно осветительная нагрузка не бывает симметричной, поэтому без нейтрального провода ее не соединяют звездой (рис. 8). Иначе это привело бы к неравномерному распределению напряжений на фазах нагрузки: на одних лампах напряжение было бы выше нормального и они могли бы перегореть, а другие, наоборот, находились бы под пониженным напряжением и горели бы тускло.

По этой же причине никогда не ставят предохранитель в нейтральный провод, так как перегорание предохранителя может вызвать недопустимые перенапряжения на отдельных фазах нагрузки (см. рис. 8).

Рис. 9. Трёхпроводная трёхфазная цепь

Соединение фаз токоприемников треугольником

Если три фазы нагрузки включить непосредственно между линейными проводами, то мы получим такое соединение фаз токоприемников, которое называется соединением треугольником (рис. 9). Допустим, что первая фаза нагрузки R1 включена между первым и вторым линейными проводами; вторая R2 — между вторым и третьим проводами, а третья R3 — между третьим и первым проводами. Нетрудно видеть, что каждый линейный провод соединен с двумя различными фазами нагрузки.

Рис. 10. Схема осветительной сети жилого дома при соединении фаз нагрузки треугольником

Соединять треугольником можно любые нагрузки. На рисунке 9 дана более общая схема соединения фаз нагрузки треугольником. Соединение треугольником осветительной нагрузки жилого дома показано на рисунке 10. При соединении фаз нагрузки треугольником напряжение на каждой фазе нагрузки равно линейному напряжению

U_л = U_ф.

Это соотношение сохраняется и при неравномерной нагрузке.

Линейный ток при симметричной нагрузке фаз, как показывают измерения, будет больше фазного тока в √3 раз

I_л = √3·I_ф.

Однако следует иметь в виду, что при несимметричной нагрузке фаз это соотношение между токами нарушается.

Рис. 11. Схема включения однофазных токоприёмников в трёхпроводную сеть

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 √3 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 машины. Именно поэтому фазы трехфазных генераторов почти всегда соединяют звездой.

Приемники электрической энергии независимо от способа соединения обмоток генератора могут быть включены либо звездой, либо треугольником. Выбор того или иного способа соединения определяется величиной напряжения сети и номинальным напряжением приемников.

Журнал электрика-Трехфазные отношения

Введение

Если вы выполняете электромонтажные работы в коммерческих или промышленных условиях, чрезвычайно важно полностью понимать трехфазные отношения. В какой-то момент электрикам или инженерам-электрикам в этой области необходимо будет работать с системами и оборудованием, подключенным к 3-фазному питанию. Такие как: службы, фидеры, автоматические выключатели, ответвления, проводка, трансформаторы, центры нагрузки, щиты, распределительные щиты, двигатели, приводы, контакторы, системы HVAC, системы управления и длинный список машин. Если вы работаете в любой из этих областей, вам нужно несколько раз перечитать этот пост и запомнить основные принципы.

В какой-то момент вся трехфазная мощность поступает от вторичной обмотки трехфазного трансформатора. И этот трансформатор также имеет первичную обмотку для получения этой энергии от коммунального предприятия или какой-либо другой отдельной системы, такой как генератор или возобновляемый источник энергии. Показанные ниже конфигурации обмотки, называемые треугольником и звездой (или звездой ), являются наиболее распространенными конфигурациями обмотки, которые вы увидите в трехфазных системах. Обратите внимание, обмотка треугольник имеет форму греческой буквы «D» и 9Обмотка 0009 звезда имеет форму английской буквы «Y» (также иногда называемую звездой ).

Хотя наиболее распространенной конфигурацией обмотки трансформатора является треугольник-звезда, на самом деле возможны 4 основных типа конфигураций трансформатора:

Звезда-звезда

Поскольку тема этого поста посвящена только 3-фазным отношениям, а не трансформаторам, мы обсудим только , где 3-фазная электроэнергия поступает от… трансформатора вторичной обмотки . Мы также обсудим напряжения в каждом типе электрической системы и то, как они получены.

ПРИМЕЧАНИЕ : Все системы имеют частоту 60 Гц, если не указано иное.

Вторичное соединение треугольником

В показанном выше соединении треугольником каждый конец 3 фаз соединен вместе, образуя 3 угла. Затем эти уголки подключаются к проводникам, питающим электрическую систему.

Хотя соединения треугольником очень полезны для сбалансированных нагрузок, приложений с двигателями и устранения 3-й гармоники, если для нагрузки требуется действительно сбалансированная нейтраль, ее нельзя подключать. Однако дельта-системы часто понимают неправильно. Ниже приведены три распространенных варианта использования обмотки треугольником на вторичной обмотке трансформатора:

Плавающая обмотка : Три угла треугольника соединены с линейными проводниками. Затем эти линейные проводники питают систему вместе с заземляющим проводом системы, который идет от заземления шасси трансформатора, а заземляющий электрод подключается к заземлению шасси трансформатора через соединительную перемычку (см. ниже). Последним пучком проводов, подводимых к электрической системе, являются 3 фазных провода и 1 провод заземления системы. Это электрическая система 3P4W (3-полюсная, 4-проводная).
High-Leg (также называемый wild-leg ) : Три угла треугольника соединены с линейными проводниками. Затем нейтральный проводник подключается к заземленному центральному отводу в фазной обмотке прямо напротив обычного соединения линии B-фазы (высокая ветвь). Этот заземленный центральный ответвитель также соединен с заземляющим электродом. Наконец, также добавляется заземляющий провод системы, как обсуждалось ранее. ПРИМЕЧАНИЕ : Высокий фазный проводник должен иметь постоянную маркировку и маркировку во всех точках соединения, используя либо несколько витков оранжевой изоленты, либо оранжевую изоляцию проводника, либо оранжевую термоусадку. Последний пучок проводников, подаваемых в электрическую систему, состоит из 3 фазных проводников (один из которых является высоковольтным), 1 нулевого проводника и 1 проводника заземления системы. Это электрическая система 4P5W (4-полюсная, 5-проводная).
Угол-Земля : Три угла треугольника подключаются к линейным проводникам. Затем любой угол треугольника заземляется (обычно используется угол B), чтобы создать нейтраль в обмотке (помечены и окрашены обычно в серый и белый цвета как нейтраль). Наконец, добавляется заземляющий проводник оборудования, как обсуждалось ранее (см. ниже). Последний пучок проводов, подаваемых в электрическую систему, состоит из 2 фаз, 1 нейтрали с заземлением по углу (которая также соединена с заземляющим электродом) и 1 проводника заземления системы. Это электрическая система 3P4W (3-полюсная, 4-проводная).

Вторичное соединение по схеме «звезда»

Соединение по схеме «звезда» (показано выше) имеет один конец каждой обмотки, оставленный открытым, а другой конец каждой обмотки, соединенный вместе, образуя нейтраль. Эта нейтраль заземлена и соединена с заземляющим электродом системы. Звездообразная система НИКОГДА не должна быть плавающей! Нейтраль ВСЕГДА должна быть заземлена и соединена. Без заземления и соединения в звездообразной системе смещение нагрузки и дрейф всегда будут проблемой. Даже если от коммунальной компании будет поступать лишь небольшой дисбаланс, стабилизировать систему и защитить ее от переходных скачков напряжения на отдельных фазах будет невозможно. Существует только ОДИН способ соединения звездой, но он по-прежнему очень универсален, поскольку его нейтраль не зависит от фаз. Он может подавать два независимых напряжения на 3 разные фазы и не требует дополнительных трансформаторов для питания нейтрали. Это делает звездообразную систему самым простым, экономичным и универсальным вариантом, что объясняет, почему она является наиболее распространенной.

Производные и расчеты напряжения

для 480VAC, 3-фаза, 60 Гц плавающей дельта:

3-фазный напряжение = 480VAC

ВСЕ ЛИНИЯ В ЛИНИИ В напряжении = 480VAC, однофазе

66. Напряжение = 480 В переменного тока (при правильном заземлении на землю или одну точку). -Фаза

Напряжение между фазой A и нейтралью = 120 В переменного тока, однофазное

240 В переменного тока / 2 = 120 В переменного тока

Напряжение между фазой B (высокая ветвь) и нейтралью = 208 В переменного тока, однофазное

(240 В переменного тока2) / 1,7 = 120 В 208 В перем. тока

Напряжение между фазой C и нейтралью = 120 В перем. тока, однофазное

240 В перем. тока / 2 = 120 В перем. Высокое напряжение) к напряжению земли = 208 В переменного тока (если нейтраль правильно соединена с землей).

Для 480 В перем. тока, 3 фазы, 60 Гц треугольник, фаза B Угловое заземление:

3 фазы, напряжение = 480 В перем. Phase to Ground Voltage = 0VAC

For 480Y/277VAC, 3-Phase, 60HZ Wye:

3-Phase Voltage = 480VAC

Any Phase to Neutral Voltage = 277VAC

480VAC / 1.732 = 277VAC

Any Phase к напряжению земли = 277 В переменного тока (если нейтраль правильно соединена с землей).

для 208Y / 120VAC, 3Pase, 60 Гц WYE :

3-фазный напряжение = 208VAC

Любая фаза до нейтрального напряжения = 120VAC

208VAC / 1.732 = 120VAC

. Если нейтраль правильно соединена с землей.)

Высокое колено треугольника, 240/120/208 В переменного тока, 60 Гц

Высокое колено треугольника, 480/240/415 В переменного тока, 60 Гц

Delta Corner-Ground с сервисной панелью

Вторичное соединение по схеме «звезда»

Wye System: 480y/277VAC, 60 Гц

Система WYE: 208y/120Vac, 60 Гц

Выработки напряжения для 480VAC, 3-1-10HZ-Sploite Ploate Ploate Ploitti — Фазное напряжение = 480 В переменного тока
Все линейные напряжения = 480 В переменного тока, однофазное
Любое линейное напряжение = 480 В переменного тока (при правильном заземлении на землю или одну точку). Высокая нога :
3-фазное напряжение = 240 В переменного тока
Все линейные напряжения = 240 В переменного тока, однофазное
Напряжение между фазами и нейтралью = 120 В переменного тока, однофазное Напряжение верхней ветви) к нейтрали = 208 В переменного тока, однофазное
(240 В переменного тока * 1,732) / 2 = 208 В переменного тока
Напряжение фазы C к нейтрали = 120 В переменного тока, однофазное
240 В переменного тока / 2 = 120 В переменного тока
67 A или C
7 -Напряжение между фазой и землей = 120 В переменного тока (если нейтраль правильно соединена с землей).
Напряжение фазы B (высокая ветвь) к земле = 208 В перем. тока (если нейтраль правильно соединена с землей).
Для 480Y/277 В перем.
Напряжение между любой фазой и нейтралью = 277 В перем. тока
480 В перем. тока / 1,732 = 277 В перем.
3-фазное напряжение = 208 В переменного тока
Напряжение любой фазы к нейтрали = 120 В переменного тока
208 В переменного тока / 1,732 = 120 В переменного тока
Напряжение любой фазы относительно земли = 120 В переменного тока (если нейтраль правильно соединена с землей). обмотка равна линейному току I.
Напряжение на каждой обмотке равно линейному напряжению E, деленному на 1,73.
Напряжение на обмотках не совпадает по фазе на 120 градусов.
Токи в обмотках сдвинуты по фазе на 120 градусов.
Соединение треугольником:
Ток в каждой обмотке равен линейному току I, деленному на 1,73.
Напряжение на каждой обмотке равно линейному напряжению E.
Напряжение на обмотках сдвинуто по фазе на 120 градусов.
Ток в обмотках не совпадает по фазе на 120 градусов.
Заключение
Важно отметить, что 3-фазные отношения применимы к любой нагрузке, подключенной по 3-фазному соединению. Сюда входят обмотки (индуктивные), нагревательные элементы (резистивные) и емкостные нагрузки (конденсаторные батареи, большие фильтрующие конденсаторы, пусковые конденсаторы двигателей и т. д.). Исключение: если цепь является чисто резистивной (нереактивной), коэффициент мощности = 1. Поэтому PF не отображается в трехфазных формулах для резистивных нагрузок. Вот почему резистивные нагрузки всегда измеряются в кВт, а не в кВА… потому что в резистивных нагрузках нет реактивной составляющей. Кроме того, при резистивных нагрузках ток и напряжение будут равны в фазе , но три незаземленные линии по-прежнему будут на 120 градусов не по фазе . Для получения дополнительной информации о трехфазных системах см. другие наши сообщения о трехфазных трансформаторах, трехфазных асинхронных двигателях, коэффициенте мощности, щитах и распределительных щитах здесь, в журнале электрика. Наслаждаться!
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 ознакомиться с ней и узнать о важных предупреждениях по технике безопасности и необходимых контрольно-измерительных приборах, необходимых для выполнения этого испытания. 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. От этого обучения может зависеть ваша жизнь.
Где тестировать
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 напряжения
При 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.
Далее, измерьте и рассчитайте среднее напряжение
Используйте этот рисунок, чтобы помочь вам проверить трехфазное напряжение. Обратите внимание, что каждая фаза или ветвь трехфазного питания имеет маркировку L ₁, L ₂ и L ₃. Следуйте схеме, указанной при тестировании:
Иллюстрация блока трехфазных предохранителей
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. Возможность точного тестирования и интерпретации показаний является основным ключом к успеху каждого техника или установщика. Будьте в безопасности там.
Роб «Док» Фальке служит в отрасли в качестве президента Национального института комфорта, обучающей компании, основанной на HVAC, и членской организации. Если вы являетесь подрядчиком или специалистом по системам ОВиК и заинтересованы в бесплатной процедуре измерения напряжения в полевых условиях, свяжитесь с Доком по адресу robf@ncihvac.