Фазное и межфазное 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.

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.

В электрических цепях бывают разные типы напряжения. Линейное напряжение можно наблюдать в трехфазной сети, где оно возникает между двумя фазовыми проводами. В большинстве случаев его уровень достигает 380 Вольт.

Отличие линейного от фазного напряжения

Если представить трехфазную цепь, то четко понятно, что в ней есть определенное напряжение между фазными контактами и фазным и нулевым проводом. Это происходит из-за того, что в этой схеме используется четырёхпроводная трехфазная цепь. Главные её характеристики – напряжение и частота. Напряжение, возникающее в цепи между двумя фазными проводами – это линейное, а то, что появляется между фазным и нулевым – фазным.

4-проводная сеть

Примечательной особенностью линейного напряжения является то, что именно по нему рассчитываются токи и другие параметры трехфазной цепи. Кроме того, к такой схеме можно подключать не только стандартные трехфазные контакты, но и однофазные (это различные бытовые приборы, приемники). Номинальное равняется 380 вольт, при этом оно может изменяться в зависимости от скачков или других перемен в локальной сети.

Существует несколько вариантов такого соединения, скажем, система с нейтралью под заземлением является самой популярной. Она характеризуется тем, что подключение к ней производится по особой схеме:

1. Однофазные отводы подключаются к фазным проводам;
2. Трехфазные – к трехфазным, соответственно.

Линейное напряжение имеет очень широкое использование благодаря своей безопасности и удобства разветвления сети. Электрические приборы подключаются только к одному- фазному проводу, опасность представляет он один. Расчет системы очень прост, в нем руководствуются стандартными формулами из физики. При этом, чтобы измерить этот параметр сети, достаточно воспользоваться простым мультиметром, для того, чтобы замерить характеристики фазового подключения потребуется несколько специальных устройств (датчики тока, вольтметры и прочие).

Некоторые особенности сети:

1. При разводке такой проводки не требуется использовать профессиональные приборы- все измерения проводятся отвертками с индикаторами;
2. При соединении проводников нет необходимости подключать нулевой провод, т. к. благодаря свободной нейтрали, риск поражения током крайне мал;
3. Электротехника использует такую схему подключения для различных электродвигателей и других устройств, требующих высокую мощность для работы. Дело в том, что используя этот тип напряжения есть возможность повысить КПД на треть, что является весьма полезным свойством, в особенности, для асинхронного двигателя;
4. Схема используется как для переменного тока, так и для постоянного;
5. Нужно помнить, что однофазное соединение можно подключить к трехфазной сети, но не наоборот;
6. Но, у такой цепи есть и определенные недостатки. В линейном соединении проводников очень сложно обнаружить повреждения. Это способствует повышенной пожарной опасности.

Соответственно, основная разница между фазовым и линейным напряжением заключается в разности подсоединяемых проводов обмоток.

Для контроля и выравнивания этого параметра часто используется специальный прибор — линейный стабилизатор напряжения. Он позволяет поддерживать показатель на определённом уровне, при этом нормализуя повышенное. Еще одно его определение – импульсный стабилизатор. Устройство может подключаться к розетке, контактам электрических приборов и т. д.

Расчет

Соединение

Линейное и фазное напряжение часто используется для запуска генератора. Рассмотрим, какие бывают соединения проводов на примере трехфазного генератора. Он состоит из первичных и вторичных обмоток. Их можно соединить звездой или треугольником.

Схема звезда и треугольник

Соединяя проводники в «треугольник» начало второй фазы соединяется с концом первой. Помимо этого, к каждому фазному проводнику подключаются линейные провода источника. Это выравнивает токи, исходя из чего, фазовое напряжение становится равным линейному. Аналогичная схема и для подключения трансформатора и двигателя.

Такое соединение также позволяет обеспечить нулевую электрическую движущую силу и постоянную частоту. Токи обмоток сдвигаются на 120 градусов, благодаря чему в общей схеме это соединение имеет вид трех отдельных токов, которые относительно друг друга сдвинуты на 2/3 периода. Это соотношение может изменяться в зависимости от типа подключаемого устройства и характеристик сети.

Формулы для расчета двигателей

Аналогично можно подсоединить трехфазный асинхронный двигатель, стабилизатор или усилитель в сеть 220 вольт «звездой». Эта схема подразумевает подключение начала обмоток к сети. Тогда от входа начнет двигаться ток с характеристиками сети. Контакты выхода (концы обмоток), соединятся с началом при помощи специальных перемычек. Таким образом, межфазное напряжение будет протекать через все активные контакты.

В изолированной сети используются различные пусковые конденсаторы для запуска системы. Аналогично соединяются клеммы на обмотках. Это подключение часто используется для понижающих трансформаторов и различных двигателей, предусмотренных для работы в однофазной сети.

Стабилизатор напряжения с защитой от перегрузок

Расчет

Для того чтобы рассчитать линейное напряжение используется формула Киргофа:

∑ Ik = 0;, которая говорит о том, что в любом узле цепи сила тока равна нулю.

И закон Ома:

I = U / R . Зная эти законы можно без проблем рассчитать любую характеристику определенного контакта или сети.

При разветвлении системы может понадобиться вычислить напряжение между фазовым проводом и нейтральным:

I_L = I_F – эти параметры могут изменяться в зависимости от подключения. Отсюда следует, что линейные параметры равняются фазовым.

Но, в определенных ситуациях, необходимо рассчитать, чем равно соотношение напряжения между фазовым и линейным проводниками.

Для этого используется формула: Uл=Uф∙√3, где:

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

При включении в сеть дополнительных отводов, нужно отдельно вычислять фазовое напряжение каждого из подключений. Тогда вместо Uф подставляются данные этого конкретного отвода.

При работе с промышленными установками может потребоваться расчет реактивной трехфазной мощности. Он производится по формуле:

Трехфазная цепь электрического питания зданий и промышленных объектов популярна в РФ, так как имеет преимущества — экономичность (по использованию материалов) и способность передачи большего количества электроэнергии по сравнению с однофазной цепью электроснабжения.

Трехфазное подключение дает возможность включения в работу генераторов и электродвигателей повышенной мощности, а также возможность работы с разными параметрами напряжения, это зависит от вида включения нагрузки в электрическую цепь. Для работы в трехфазной сети надо понимать соотношение ее элементов.

Элементы трехфазной сети

Основные элементы трехфазной сети — это генератор, линия передачи электрической энергии, нагрузка (потребитель). Для рассмотрения вопроса, что такое линейное и фазное напряжение в цепи, дадим определение, что такое фаза.

Фаза — это электрическая цепь в системе многофазных электрических цепей. Началом фазы является зажим или конец проводника электричества, по которому электроток поступает в него. Экспертами всегда отличались по количеству фаз электрические цепи: однофазная, двухфазная, трехфазная и многофазная.

Виды электрических цепей, их классификация:

Наиболее часто применяется трехфазное включение объектов, которое имеет существенное преимущество, как перед многофазными цепями, так и перед однофазной цепью. Различия в следующем:

• меньшие затраты на транспортирование электрической энергии;
• способность создания ЭДС для работы асинхронных двигателей — это работа лифтов в многоэтажных домах, оборудования в офисе и на производстве;
• этот вид подключения дает возможность одновременно пользоваться и линейным, и фазным напряжением.

Что такое фазное и линейное напряжение?

Фазные и линейные напряжения в трехфазных цепях важны для манипуляций в щитах электрического питания, а также для работы оборудования, питающегося от 380 вольт, а именно:

1. Что такое фазное напряжение? Это напряжение, которое определяется между началом фазы и ее концом, на практике оно определяется между нулевым проводом и фазой.
2. Линейное напряжение — это когда измеряется величина между двумя фазами, между выводами разных фаз.

На практике напряжение фазное отлично от линейного на 60%, иными словами, параметры линейного напряжения в 1,73 раза больше фазного напряжения. Трехфазные цепи могут иметь линейного напряжения — 380 вольт, что дает возможность получения фазного напряжения в 220 В.

Распределение фазного и линейного напряжения в домах:

В чем отличие?

Для общества понятие «межфазное напряжение» встречается в многоквартирных, высотных домах, когда первые этажи предусматриваются под офисные помещения, а также в торговых центрах, когда объекты строения подключаются несколькими силовыми кабелями трехфазной сети, которые обеспечивают напряжение 380 Вольт. Такой вид подключения дома обеспечивает работу асинхронных двигателей подъемников, работу эскалатора, промышленного холодильного оборудования.

На практике делать разводку трехфазной цепи достаточно просто, учитывая, что в квартиру идет фаза и ноль, а на офисное помещение — все три фазы + нейтральный провод.

Схема подключения квартиры от трехфазной цепи:

Сложности линейной схемы подключения заключаются в трудности определения в процессе монтажа проводника, что может привести к аварии оборудования. Отличается схема в основном между фазными и линейными подключениями, соединениями обмоток нагрузки и источника электропитания.

Схемы подключения

Есть две схемы подключения источников напряжения (генераторов) в сеть:

Когда выполняется подключение «звездой», начало обмоток генератора соединены в одной точке. Оно не дает возможности увеличения мощности. А подключение по схеме «треугольник» — это когда обмотки соединяются последовательно, а именно, начало обмотки одной фазы соединяется с концом обмотки другой. Это дает способность в три раза увеличить напряжение.

Схемы подключения «звезда», «треугольник»:

Для лучшего понимания схем подключения специалисты дают определение, что такое фазные и линейные токи:

• линейный ток — это ток, который протекает в подводнике соединения источника электрической энергии и приемника (нагрузки);

Токи линейные и фазные:

Линейные и фазные токи имеют значение, когда есть несимметричная нагрузка на источник (генератор), это часто встречается в процессе подключения объектов к электроснабжению. Все параметры, относящиеся к линии, — это линейные напряжения и токи, а относящиеся к фазе, — параметры фазных величин.

Из соединения «звезда» видно, что линейные токи имеют такие же параметры, как и фазные. Когда система симметрична, необходимость в нейтральном проводе отпадает, на практике он поддерживает симметрию источника, когда нагрузка несимметрична.

Из-за несимметричности подключаемой нагрузки (а на практике это происходит с включением в цепь осветительных устройств) надо обеспечить независимую работу трем фазам цепи, это можно сделать и в трехпроводной линии, когда фазы приемника соединяются в треугольник.

Специалисты обращают внимание на тот факт, что когда понижается линейное напряжение, изменяются параметры фазного напряжения. Зная значение междуфазное напряжение, можно легко определить величину фазного напряжения.

Как сделать расчет линейного напряжения?

Специалисты для вычисления параметров линейного напряжения используют формулу Кирхгофа:

Когда выполняется разветвленная система снабжения объекта электроэнергией, иногда есть необходимость вычислить напряжение между двумя проводами «ноль» и «фаза»: IF=IL, что говорит о равности параметров фазных и линейных. Соотношение между фазными проводами и линейными можно найти, используя формулу:

Находящий элемент соотношений напряжений и оценки системы электроснабжения специалистами выполняется по линейным параметрам, когда известно их значение. В системах электроснабжения из четырех проводов выполняется маркировка 380/220 вольт.

Вывод

Используя возможности трехфазной цепи (четырехпроводниковая цепь), можно по-разному выполнять подключения, что дает возможность ее широкого применения. Специалисты считают трехфазное напряжение для подключения универсальным вариантом, так как оно дает возможность подключать нагрузку большой мощности, жилые помещения, офисные здания.

В многоквартирных домах основными потребителями являются бытовые приборы, рассчитанные на сеть 220 В, по этой причине важно сделать равномерное распределение нагрузки между фазами цепи, это достигается включением квартир в сеть по шахматному принципу. Отличается распределение нагрузки частных домов, в них она выполняется по величинам нагрузки на каждую фазу всего домашнего оборудования, токами в проводниках, проходящими в период максимального включения приборов.