Фазное и линейное напряжение
Одним из вариантов систем многофазных электрических цепей является трехфазная цепь. В многофазных электрических цепях происходит действие синусоидальных электродвижущих сил с одинаковой частотой. Они отличаются друг от друга по фазе и создаются от общего источника энергии. В трехфазных цепях важными параметрами являются фазное и линейное напряжение, отличающиеся своими электрическими характеристиками.
Содержание
Что такое фаза
Каждая часть многофазной системы, имеющая одинаковую характеристику тока, называется фазой. Поэтому определение фазы имеет двоякое значение в электротехнике. Во-первых, как величина, изменяющаяся синусоидально, а во-вторых, как отдельная часть в системе многофазных электрических цепей. Количество фаз определяет наименование цепей: двухфазные, трехфазные, шестифазные и т.д.
Самыми распространенными цепями в современной энергетике являются трехфазные. Они имеют ряд преимуществ перед другими видами цепей, как однофазными, так и многофазными.
Они более экономичны при производстве и передаче электроэнергии. Трехфазное напряжение возникает в результате вращения магнита внутри катушки. С его помощью достаточно просто образуется вращающееся круговое магнитное поле, обеспечивающее работу асинхронных двигателей. Данное явление известно, как ЭДС или по-другому, электродвижущая сила индукции.
Вращающийся магнит называется ротором, а катушки, расположенные вокруг него, образуют статор. Переменное напряжение получается путем преобразования постоянного напряжения, когда прямая линия принимает синусоидальную конфигурацию с изменяющимися положительными и отрицательными значениями.
Изменение магнитного потока происходит за счет вращения ротора, что и приводит к образованию переменного напряжения. В статоре имеется три катушки, в каждой из которых присутствует собственная отдельная электрическая цепь. Каждая катушка сдвинута относительно друг друга на 120 градусов по окружности. Под действием вращающегося магнита во всех катушках возникает одинаковое переменное напряжение между фазами в трехфазной сети.
Трехфазные цепи дают возможность получать два эксплуатационных напряжения на одной установке – фазное и линейное.
Фазное и линейное напряжение в трехфазных цепях
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 — определяется как межфазное или между фазное – возникающее между двумя проводами или одинаковыми выводами разных фаз.
Рассматривая фазные и линейные напряжения и токи, следует отметить, что 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. То есть, если линейное напряжение 380, чему равно фазное можно определить с помощью этого коэффициента.
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. В трехфазных четырех проводных сетях номинальное напряжение указывается с обозначением обеих величин – 380/220 В. Это означает, что в такую сеть подключаются как приборы с 380 вольт, так и однофазные – на 220 вольт.
Наибольшее распространение получила трехфазная система 380/220 вольт с заземленным нулевым проводом. Однофазные электроприборы на 220 вольт подключаются к линейному напряжению между любой парой фазных проводов. Трехфазные электроприборы подключаются к трем различным проводам фаз. В последнем случае не требуется использование нулевого провода, при этом отсутствие заземления повышает риск поражения током, когда нарушена изоляция.
Отличие линейного напряжения от фазного
Прежде чем рассматривать практическое значение этих параметров, необходимо точно знать, чем различаются между собой линейное и фазное напряжения. Определенное межфазное напряжение в трехфазной цепи может возникнуть либо между двумя фазами, либо между одной из фаз и нулевым проводом.
Подобное взаимодействие становится возможным из-за использования в схеме четырехпроводной трехфазной цепи. Ее основными характеристиками являются напряжение и частота.
Напряжение, возникающее между двумя фазными проводниками, считается линейным, а между фазным и нулевым возникает фазное. Линейное напряжение используется для расчета токов и других параметров трехфазной цепи. К таким схемам возможно подключение не только трехфазных контактов, но и однофазных, например, различных бытовых приборов. Номинальное значение линейного напряжения составляет 380 В. Иногда оно изменяется под действием различных факторов, появляющихся в локальной сети. Таким образом, все основные различия между обоими видами напряжений заключаются в способах соединения обмоток.
Наибольшее распространение получило линейное напряжение, из-за безопасного использования и удобного распределения сетей. Для его замеров достаточно мультиметра, тогда как определение характеристик фазного напряжения требует использования вольтметров, датчиков тока и других специальных приборов.
Контроль и выравнивание данного параметра осуществляется с помощью линейного стабилизатора напряжения. Этот прибор обеспечивает поддержание этого показателя на нормативном уровне, в том числе он нормализует и повышенное напряжение.
Использование линейного и фазного напряжения
Классическим примером использования линейного и фазного напряжения считаются соединения, используемые при запуске трехфазного генератора. В его конструкцию входят первичные и вторичные обмотки, которые могут соединяться звездой или треугольником.
Схема «треугольник» предполагает соединение конца первой фазы с началом второй. Кроме того, каждый фазный проводник соединяется с линейными проводами источника тока. В результате, происходит выравнивание токов, а фазное напряжение становится равным линейному. По такой же схеме подключаются электродвигатели и трансформаторы.
Другим вариантом является схема «звезда». В этом случае начала всех обмоток подключаются к одной сети при помощи перемычек.
Таким образом, в обмотки будет поступать ток с характеристиками этой сети, а межфазное напряжение вступит во взаимодействие со всеми активными контактами.
Что такое фазное и линейное напряжение
На заметку
shishkin 0 Комментариев
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.
[ads-pc-1][ads-mob-1]
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.
Изолированная цепь Цифровая индикация сетевого напряжения 120/220 В
| Скачать эту статью в формате .PDF Этот тип файла включает в себя графику и схемы с высоким разрешением, когда это применимо.  |
Для таких приложений, как управление двигателем или источник питания, часто необходимо знать, на какое напряжение подается сеть переменного тока: 120 В или 220 В, чтобы отрегулировать работу. Схема, показанная на рисунке , контролирует линию переменного тока и обеспечивает базовый выходной сигнал, указывающий, находится ли она в 120 В или 220 В, с выходом на коллекторе транзистора, который становится низким для 120 В и высоким для входов 220 В.
Принцип схемы заключается в том, чтобы сделать выходной сигнал светодиодов оптопары достаточно высоким при 220 В, чтобы внутренний фототранзистор отключил транзистор Q1 (стандартный 2N2222) для получения высокого выходного сигнала, но достаточно низкого при 120 В. V, чтобы фототранзистор включил Q1 и дал низкий выходной сигнал. Оптопара U1 была выбрана потому, что она рассчитана и сертифицирована для приложений с линейным напряжением.
Вход переменного напряжения проходит через резисторы R1 и R2 и управляет встречно-параллельными (встречно-параллельными) светодиодами внутри U1.
Ток светодиода, около 1 мА при 120 В и 2 мА при 220 В, устанавливается низким, чтобы свести к минимуму ухудшение коэффициента передачи тока (CTR) с течением времени, что характерно для оптронов
После RC-фильтрации с постоянной времени 0,7 с среднего напряжения недостаточно для включения Q1; таким образом, выход высокий. Поскольку тока при 120 В недостаточно для полного управления фототранзистором, его выход подтягивается R3 (после фильтрации C1/R4) и переводит Q1 в состояние насыщения. По сути, Q1 работает как компаратор с низким коэффициентом усиления, который медленно переключается между высоким и низким состояниями при линейном напряжении от 150 до 170 В, 50/60 Гц.
Когда напряжение в линии составляет 120 В, при включении питания наступает короткий период продолжительностью около одной секунды, когда на выходе появляется высокий уровень, а затем низкий уровень, в то время как конденсатор заряжается. Это временное состояние, возможно, придется игнорировать, в зависимости от схемы мониторинга. Если вход 120 В всегда будет на частоте 60 Гц или 220 В всегда будет на частоте 50 Гц, и если схема контроля имеет некоторую возможность измерения времени, C1 можно удалить. В результате получается прямоугольная волна, которую можно использовать для измерения полупериода входного переменного тока (8,33 мс для 120 В и 10 мс для 220 В). Наконец, если выход соединен с нагрузкой с низким импедансом, хорошей идеей будет буферизация выхода транзисторным каскадом с эмиттерным повторителем, чтобы уменьшить нагрузку.
Эдвард К. Мигель в настоящее время является независимым подрядчиком в ДеКалбе, штат Иллинойс, который проработал 40 лет в области проектирования и управления, специализируясь на управлении частотой.
Каталожные номера:
Расчет надежного срока службы светодиодов в оптронах», Avago Technologies/Broadcom
«Как смоделировать коэффициенты передачи тока (CTR) и долгосрочное ухудшение CTR в транзисторных оптронах», California Eastern Laboratories
«Изучение и моделирование старения оптопар», Journal of Automation & Systems Engineering
4 вопроса к вам Должен быть в состоянии ответить
В наши дни каждый дом или квартира будет иметь электрическую систему того или иного типа. Понимание основ этих систем поможет вам оценить дома и со знанием дела ответить на вопросы потенциальных покупателей.
Электроэнергия обычно вырабатывается на электростанции и поступает на трансформаторы, которые снижают напряжение до уровня, с которым могут справиться местные распределительные системы.
Оттуда электричество по местным распределительным системам поступает в отдельные дома.
Одна проблема в этом способе доставки заключается в том, что в процессе пути от завода до конечного пункта теряется довольно много электроэнергии. Альтернативой является выработка электроэнергии на месте с помощью солнечных электрических систем, ветряных турбин или генераторов.
Итак, что еще нужно знать об электрических системах? Хотя лучше оставить большие вопросы электрикам, вот некоторые основы, которые вы должны знать.
1. Есть ли в доме напряжение 220 вольт?
Если дом был недавно построен, ответ почти всегда положительный. Сегодня в большинстве домов есть два провода на 110 вольт и один нулевой провод, идущие в дом от местной распределительной системы. Эти провода могут проходить под землей или над землей. Если к дому подходят два провода на 110 вольт, то в доме есть 220 вольт и бытовая техника, такая как сушилки и кондиционеры.
Старые дома обычно строились с напряжением 110 вольт; если электрическая система не была модернизирована, некоторые модели техники использовать будет невозможно (хотя альтернативы можно найти).
Можно модернизировать дом со 110-вольтовой сети на 220-вольтовую. Сколько стоит обновление, будет зависеть от конкретного дома и местоположения. Если покупатель заинтересован в модернизации, электрик может дать оценку того, что повлечет за собой работа.
2. В чем разница между предохранителем и автоматическим выключателем?
Предохранители и автоматические выключатели находятся на электрической панели (или вспомогательной панели) дома. Оба они служат для отключения потока электричества, когда цепь перегружена — потенциально опасная ситуация. Автоматические выключатели можно найти в большинстве домов, построенных после 1960-х годов, или в старых зданиях, в которых были модернизированы электрические системы.
Предохранители представляют собой тонкую полоску металла, которая буквально взрывается, когда через нее проходит слишком много электричества. В этом случае предохранитель необходимо вынуть и заменить.
С 1960-х годов вместо предохранителей используются автоматические выключатели.
Они более удобны, так как их просто нужно включить обратно, если они споткнулись. В отличие от предохранителя, их не нужно заменять.
Как автоматические выключатели, так и предохранители оцениваются в зависимости от того, сколько электричества может пройти через них, прежде чем они сработают и отключат цепь. Предохранитель на 15 или 20 ампер типичен для обычных светильников и тому подобного. Если не используется правильный предохранитель или автоматический выключатель, это может привести к опасной ситуации. Ясно, что если предохранитель или автоматический выключатель становятся проблематичными, следует вызвать электрика, чтобы он их проверил.
3. Где находится «главная панель»?
Отсюда берут начало все цепи в доме, и обычно это место, где электричество входит в здание. Он будет заполнен автоматическими выключателями (или предохранителями в старом здании). Главный щит имеет номинал, который определяет общую величину тока, который может протекать по цепям за один раз, прежде чем главный автоматический выключатель отключит всю систему.
В большинстве старых домов среднего размера есть ток 100 ампер, хотя в доме меньшего размера может быть только ток 60 ампер. Большие новые дома часто строятся с питанием 200 ампер, чтобы вместить всю электронику, используемую в наши дни. Если покупатель думает о пристройке дома или просто о модернизации старого дома, одним из соображений будет вопрос о том, достаточно ли велика электрическая система, чтобы справиться с дополнительными электрическими требованиями. Можно модернизировать главную панель для обработки большего количества усилителей. Опять же, электрик может дать покупателю представление о том, сколько это будет работы в конкретном доме.
4. Розетки заземлены?
В наши дни большинство электрических розеток, которые вы видите, принимают вилки с тремя контактами. Это почти всегда означает, что розетка заземлена. Заземляющий провод, подсоединяемый к третьему круглому отверстию, защищает от утечки электрического тока из цепи и поражения электрическим током.
