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.
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:
Уравнение которой гласит, что каждой из частей электрической цепи, сила тока равна нулю – k=1.
И закон Ома:
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:
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 – линейное, Uф – фазовое. Формула справедлива, только если – IL = IF.
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:
Идентичная структура формулы активной мощности:
Примеры расчета:
Источник: https://househill.ru/kommunikacii/electrika/zazemlenie/v-chem-glavnye-otlichiya-linejnogo-i-faznogo-napryazheniya.html
При соединении генератора в звезду линейное напряжение
Снабжение электричеством городов, предприятий и жилищ ведется с помощью сети из трёх фаз. Так сложилось исторически, что трёхфазные машины переменного тока используются для генерирования электроэнергии и её потребления (в электроустановках).
Такое количество было выбрано для минимальных затрат на создание вращающегося магнитного поля или использования этой энергии в целях генерации электричества. Встречаются и специфичные 6-тифазные генераторы, в автомобилях например, но там они нужны для других целей.
В этой статье мы будем вести речь о том, что собой представляют фазное и линейное напряжение в трёхфазных цепях, чем они связаны и в чем различие.
Переменное напряжение и его величины
Напряжение различают по роду тока: переменное и постоянное. Переменное может быть разной формы, основная суть в том, что с течением времени изменяется его знак и величина. У постоянного знак всегда одной полярности, а величина может быть стабилизированной или нестабилизированной.
В наших розетках напряжение переменное синусоидальной формы. Выделяют разные его значения, чаще всего используются понятия мгновенное, амплитудное и действующее.
Как понятно из названия, мгновенное напряжение — это количество вольт в конкретный момент времени.
Амплитудное – это размах синусоиды относительно нуля в вольтах, действующее — это интеграл от функции напряжения по времени, соотношение между ними такое: действующее в √2 или 1,41 раз меньше амплитудного. Вот как это выглядит на графике:
Напряжение в трехфазных цепях
В трёхфазных цепях выделяют два вида напряжения – линейное и фазное. Чтобы разобрать их отличия нужно взглянуть на векторную диаграмму и график. Ниже вы видите три вектора Ua, Ub, Uc – это вектора напряжений или фаз. Угол между ними 120°, иногда говорят 120 электрических градусов. Этот угол соответствует таковому в простейших электрических машинах между обмотками (полюсами).
Если отразить вектор Ub так, чтобы сохранился его угол наклона, но начало и конец поменялись местами, его знак изменится на противоположный. Тогда установим начала вектора –Ub в конец вектора Ua, расстояние между началом Ua и концом –Ub будет соответствовать вектору линейного напряжения Uл.
Простыми словами мы видим, что величина линейного напряжения больше чем фазного. Давайте разберем график напряжений в трёхфазной сети.
Красной вертикальной линией выделено линейное напряжение межу фазой 1 и фазой 2, а желтой линией выделено фазное амплитудное фазы 2.
КРАТКО: Линейное напряжение измеряется между фазой и фазой, а фазное между фазой и нулём.
С точки зрения расчетов, разница между напряжениями обуславливается решением этой формулы:
Линейное напряжение больше фазного в √3 или в 1,73 раза.
Нагрузка к трёхфазной сети может быть подключена по трём или четырем проводам. Четвертый проводник – нулевой (нейтральный). В зависимости от типа сеть может быть с изолированной нейтралью и глухозаземленной. Вообще при равномерной нагрузке три фазы можно подать и без нулевого провода.
Он нужен для того, чтобы напряжения и токи распределялись равномерно и не было перекоса фаз, а также в качестве защитного.
В глухозаземленных сетях, при пробое на корпус выбьет автоматический разъединитель или перегорит предохранитель в щите, так вы избежите опасности поражения электрическим током.
Отлично то, что в такой сети у нас одновременно есть два напряжения, которые можно использовать исходя из требований нагрузки.
Для примера: обратите внимание на электрический щиток в подъезде вашего дома. К вам приходит три фазы, а в квартиру заведена одна из них и ноль. Таким образом, вы получаете в розетках 220В (фазное), а между фазами в подъезде 380В (линейное).
Схемы подключения потребителей к трём фазам
Все двигателя, мощные нагреватели и прочая трёхфазная нагрузка может быть подключена по схеме звезды или треугольника. При этом большинство электродвигателей в борно имеют набор перемычек, которые в зависимости от их положения формируют звезду или треугольник из обмоток, но об этом позже. Что такое соединение звездой?
Соединение звездой предполагает соединение обмоток генератора таким образом, когда концы обмоток соединяются в одну точку, а к началам обмоток подключается нагрузка. Звездой же соединяются и обмотки двигателя и мощных нагревателей, только вместо обмоток в них выступают ТЭНы.
Давайте рассуждать на примере электродвигателя. При соединении его обмоток звездой линейное напряжение 380 В приложено к двум обмоткам, и так с каждой парой фаз.
На рисунке A, B, C – начала обмоток, а X, Y, Z – концы, соединенные в одну точку и эта точка заземлена. Здесь вы видите сеть с глухозаземленной нейтралью (провод N). На практике это выглядит так, как на фото борно электродвигателя:
Красным квадратом выделены концы обмоток, они соединены между собой перемычками, такое расположение перемычек (в линию) говорит о том, что они соединены по звезде. Синим цветом – питающие три фазы.
На этом фото промаркированы начала (W1, V1, U1) и концы (W2, V2, U2), обратите внимание на то, что они сдвинуты относительно начал, это нужно для удобного соединения в треугольник:
При соединении в треугольник к каждой обмотке приложено линейное напряжение, это приводит к тому, что протекают большие токи. Обмотка должна быть рассчитана на такое подключение.
У каждого из способов включения есть свои достоинства и недостатки, некоторые двигателя вообще в процессе пуска переключаются со звезды на треугольник.
Нюансы
В продолжение разговора о двигателях нельзя оставить без внимания вопрос выбора схемы включения. Дело в том, что обычно двигателя на своем шильдике содержат маркировку:
В первой строке вы видите условные обозначения треугольника и звезды, обратите внимание, треугольник идет первым. Далее 220/380В – это напряжение на треугольнике и звезде, значит, что при соединении треугольником нужно, чтобы линейное напряжение было равно 220В. Если в вашей сети напряжение равно 380 – значит нужно подключать двигатель в звезду. В то время как фазное всегда на 1,73 меньше, не зависимо от величины линейного.
Отличным примером является следующий двигатель:
Здесь номинальные напряжения уже 380/660, это значит, что его для линейного 380 нужно подключать треугольником, а звезда предназначена для питания от трёх фаз 660В.
Наверняка вы не знаете:
Источник: https://1000eletric.com/pri-soedinenii-generatora-v-zvezdu-lineynoe-napryazhenie/
Линейное напряжение: формула, соотношение фазного и линейного напряжения
Электрические цепи характеризуются наличием различных типов напряжения. Линейное напряжение (ЛН) возникает между фазовыми проводами трёхфазной цепи. У всех частей (фаз) многофазной цепи характеристика тока идентична.
Название цепей (шести-, трёх- или 2-фазные) обуславливаются числом фаз. Наибольшее распространение получили трёхфазные электроцепи, так как являются наиболее экономичными в сравнении с многофазными или 2-фазными.
А также позволяют на одном агрегате получить ЛН и фазное напряжение (ФН).
Какое напряжение называется линейным, а какое фазным
Линейным называется напряженье между 2-мя фазами линии или когда определяется величина между 2-мя проводами различных фаз.
Напряжение между любой фазой и нулём — фазное. Оно меряется между начальной и конечной стадией фазы. Практически ФН от ЛН отличается на 58-60 процентов. То есть, величины ЛН в 1,73 раза больше величин ФН.
Трёхфазный ток
Трёхфазные цепи имеют 380В ЛН, что позволяет получить 220В фазного.
Соотношения фазного и линейного напряжения
Соотношение между напряжением линейным и фазным составляет 1,73. То есть при ста процентах мощности ЛН, напряжение фазы будет 58%. То есть, ЛН превышает ФН в 1,73 раза и при этом стабильно.
ФН и ЛН, отличие и соотношение
Напряжение в трёхфазной цепи оценивается по параметрам линейной составляющей. Обычно оно 380 вольт и тождественно 220 вольтам фазной компоненты сети трёхфазного электротока. В электрических сетях, где имеется четыре провода, напряжение 3-фазного тока обозначается 380/220В. Это позволяет подключить к подобной сети оборудование с 1-фазным потреблением электричества 220В и мощных приборов, которые могут работать от 380В.
Универсальной и приемлемой в большинстве случаев является трёхфазная цепь 380/220В 0-вым проводом. Электроприборы, которые функционируют от однофазного напряженья 220В, могут при подсоединении к паре проводов ФН питаться от ЛН.
Электрооборудование, которое запитывается от трёхфазной сети может работать, только если имеется подсоединение одновременно к 3-м выводам различных фаз. Тогда заземление не обязательно, но если изоляционный материал провода будет повреждён, то отсутствие 0-ого значительно увеличивает опасность удара электрическим током.
Важно! При понижении ЛН меняются величины ФН. При уже выясненном значении междуфазного напряжения определить величину ФН труда не составит.
Чему равно линейное напряжение
В большей части стран мира стандартное ЛН составляет примерно 380В.
Вам это будет интересно Как узнать амперы и ватты
В трёхфазных цепях фазное и линейное напряжение находятся в соотношении 220В/380В соответственно.
В чем измеряется
Согласно ГОСТ 13109 норма напряжения в электрической сети варьирует в диапазоне от 198В до 242В (то есть 220В плюс или минус 10 процентов). При частой поломке бытовой техники, ламп или их мигании потребуется измерение напряжения в электрической проводке. Подобная проверка делается мультиметром или вольтметром. Ночью, когда электроприборы используются по минимуму, полученные значения будут максимальными.
Мультиметром измеряется напряжение в трёхфазной сети так:
- Между рабочим 0 и каждой из фаз: А-N, В-N, С-N.
- Линейные напряжения: А-В, А-С, В-С.
Всего должно получиться шесть измерений. Иногда делается ещё один замер — между заземляющим и нулевым рабочим проводником: N-PE.
Как измерить
Измерить подобную систему можно мультиметром или применив физические формулы.
Измерение подключения к сети
ЛН рассчитывается по формуле Кирхгофа: ∑ Ik = 0. Здесь сила тока равняется нулю во всех частях электроцепи, то есть к=1. Используется также закон Ома: I=U/R. Применив обе формулы можно высчитать параметры клейма или электросети.
В системе из несколько линий, потребуется найти напряжение между 0 и фазой IL = IF. Значения IL и IF непостоянные и меняются при разных вариациях подключения. Потому линейные параметры точно такие же, как и фазные.
Фазное
Для того чтобы получить показания подключения фазного вида, потребуется специальное оборудование, например, мультиметр, вольтметр. Для того чтобы измерить токи и напряжения в трёхфазных цепях обычно достаточно знать данные одного линейного тока и одного ЛН.
Перекос фаз
ФН измеряется при проседании (падении) линейного. Из линейных величин извлекается Квадратный корень из трёх. Полученный показатель и есть параметры ФН.
Линейное
Для расчёта соотношения линейного проводника и фазы применяется формула: Uл=Uф∙√3, Uф — фазовое, Uл — линейное.
Важно! Формула справедлива, только если IL = IF. Когда в цепь добавлены другие отводящие элементы, то для них потребуется сделать персональный расчёт фазового напряжения. Тогда Uф нужно заменить цифровыми величинами самостоятельного клейма.
Реактивная трёхфазная мощность рассчитывается по формуле: Q = Qа + Qb + Qс. Значение активной мощности можно найти, используя аналогичную формулу: P = Pа + Pb + Pс. Необходимость в подобных расчётах возникает, если к электрической сети подключается промышленная система.
Вам это будет интересно Особенности мощности постоянного тока
Распространённость сетей с линейным током объясняется их относительной безопасностью и несложностью разведения электропроводки. Электрооборудование присоединено исключительно к одному фазному проводу (по нему проходит ток) и только он может быть опасен, второй — это заземление. ЛН возникает в трёхфазной цепи и даёт увеличение приблизительно на 73%.
Источник: https://rusenergetics.ru/polezno-znat/lineynoe-napryazhenie
Линейный ток в трехфазных цепях, фазное и линейное напряжение, цепи переменного тока
Трехфазная система электроснабжения принята в качестве стандарта в большинстве стран мира, Россия не исключение. Каждый дом в стране подключен именно к такой сети, но в отдельную квартиру заходит, как правило, один фазный провод.
При желании можно провести и еще две фазы, что часто делается на участках, предназначенных для ИЖС. Они нужны для работы оборудования, содержащего электродвигатель.
При подключении к трехфазной цепи часто возникают вопросы, связанные с такими понятиями, как фазный и линейный ток, а также с соответствующими показателями напряжений.
Как известно, электроснабжение в России осуществляется с помощью цепей переменного тока с частотой 50 Гц. За одну секунду совершается 50 циклов. Полный цикл представляет собой круг, угловой размер которого можно измерить в градусах и радианах — 360 градусов радиан или 2π радиан. Соответственно, половина этого цикла будет 180 или π радиан, треть — 120 или 2 π/3 и т. д. Конкретный момент этого цикла и называется фазой. Цепи в стране синхронизированы в единую систему.
Сдвиг по фазе в цепи
Это выражение не имеет ничего общего со здоровьем головного мозга. Таким термином объясняют несовпадение графиков тока и напряжения, что бывает на участках с катушками или конденсаторами, а также сравнение фаз в разных проводах. При трехфазной системе электроснабжения сдвиг составляет 120 градусов или 2 π/ 3 радиан.
Вот так выглядит наложение графиков напряжений в трех проводах, идущих от трансформаторной будки. Слева даже наглядно показано, как такое можно получить от простой турбины.
Возможно, некоторые помнят подобное упражнение при составление графика функции y=sin (x), когда рисовали ее от круга.
Действующие показатели тока и напряжения
Максимальная амплитуда напряжения в цепи, идущей от трансформаторной подстанции во дворе, составляет 310 В. За 1 с она бывает 100 раз — внизу и вверху графика. Мгновенные значения этого параметра зависят от фазы, в которой находится график. Естественно, для потребителей такое представление крайне неудобно, поэтому в обиходе используется понятие действующего напряжения.
Его формула была выведена экспериментально на основе закона Джоуля-Ленца. Суть вывода этой формулы заключается в том, что действующее значение переменного тока эквивалентно значению постоянного при одинаковом выделении теплоты. Коэффициент, который используется при вычислении, равен √2. Зная это, можно воспользоваться правилом:
I=I m/ √2, U=Um/√2,
где I m и Um — амплитуда. Если подставить во вторую формулу значение амплитуды, то получается, что действующее напряжение фазного провода относительно земли в квартире составит 230 В. Оно еще называется фазным. Ну, а величина тока будет зависеть от нагрузки, согласно закону Ома:
I=U/R.
Ток в фазном проводе тоже будет называться фазным.
Соединения звезда и треугольник
В домашней розетке помимо фазы обязательно присутствует ноль. Правильное его название — нейтраль. Некоторые путают его с заземлением, но на самом деле у него иная функция. Чтобы ее лучше понять, нужно ознакомиться с таким понятиями, как «звезда» и «треугольник».
Роль нейтрали в цепи
На подстанции, откуда в квартиру идет питающий провод, все три фазы одним концом соединены. Второй конец одной из фаз идет в одну квартиру, другой — в другую, третий — в третью. Если в каждой квартире в качестве второго провода использовать заземление, может возникнуть неприятная ситуация.
Но равновесие в этой системе возможно лишь тогда, когда все три потребителя одновременно включают одинаковую нагрузку — она называется симметричной. В реальности же один может включить телевизор, а другой — электрическую духовку.
Итогом этого станет перекос фаз, когда у владельца телевизора в розетке будет 380, а у обладателя духовки 30 с небольшим. Чтобы такого не случилось, с места соединения концов фазных проводов выводят нейтраль, которая и идет в каждую квартиру.
Для пущей осторожности ее тоже заземляют.
Нейтраль (нулевой провод) является компенсатором несимметричности нагрузки в такой цепи, которую назвали «звездой». В таком соединении между одной из фаз и нейтралью напряжение приблизительно равно 220 В, а между двумя фазами — 380. Это самое межфазное напряжение и называется линейным.
Его значение вычисляется исходя из действующего фазного и значения угла сдвига между ними. Вспомнив уроки геометрии в школе можно вывести:
AB=2x230x√3/2=230х√3=400.
Учитывая, что в цепь постоянно что-то включено, и в чистом виде ЭДС дома не измерить, получим:
220х√3=380.
Таким образом, фазные и линейные напряжения и токи при соединении звездой подчиняются следующим закономерностям:
U (l)=√3U (f), I (l)=I (f) — линейный ток равен фазному.
Соединение звездой с нейтралью очень удобно для распределения проводки по разным потребителям. Его преимущества можно перечислить:
- устойчивость режима работы электроприборов в условиях разных нагрузок;
- двигатели, обмотки которых подключены таким методом, не перегреваются;
- из-за невозможности увеличить ток — пуск двигателя осуществляется плавно;
- возможность использования как линейного, так и фазного напряжения.
Схема треугольник и максимум мощности
Такая необходимость возникает при желании по максимуму использовать КПД электродвигателя. Это можно достигнуть путем соединения фазных проводов в треугольник. Фазное и линейное напряжение в трехфазных цепях такого типа будут совпадать и равняться 380 В.
А вот линейный ток, протекающий в подведенных к двигателю фазах, будет отличаться от того, что протекает через обмотки. Фазный ток можно вычислить, зная сопротивление и напряжение в обмотках, это величины известные.
А вот линейный ток вычисляется по такой же диаграмме, как и напряжение в схеме «звезда»:
I (l)=I (f)x√3, U (f)=U (l).
Стоит ли делать такое переключение — отдельный вопрос. Для этого нужно учесть ряд важных моментов:
- Мощность, конечно, увеличится в 1,5 раза. Возможность перегрева — тоже.
- Если у двигателя тяжелый ротор, то при раскрутке ток будет раз в 7 выше, чем при устойчивой работе.
- То же самое будет наблюдаться при попытке дать физическую нагрузку на вращающуюся часть, например, при пилке чего-то жесткого, при подъеме тяжести (если двигатель используется в качестве лебедки).
Поэтому перед проведением экспериментов стоит хорошо ознакомиться с паспортом двигателя и возможностями вашей сети.
Вполне возможно, что лучше будет приобрести электродвигатель с реостатной регулировкой пускового тока.
Источник: https://220v.guru/fizicheskie-ponyatiya-i-pribory/napryazhenie/lineynye-i-faznye-toki-i-napryazheniya-v-trehfaznyh-cepyah.html
Электрическое соединение звезда и треугольник
Обмотки генераторов, трансформаторов, электродвигателей и других электрических приемников при их подключении к трехфазной сети соединяются двумя способами: звездой или треугольником. Эти схемы подключения сильно отличаются друг от друга и несут на себе разные токовые нагрузки. Поэтому есть необходимость разобраться в вопросе, как производится подключение звезда и треугольник – в чем разница?
Что собой представляют схемы
Подключение обмоток звездой – это их соединение в одной точке, которая носит название нулевая точка или нейтральная. Она обозначается буквой «О».
Схема подключения треугольником – это последовательное соединение концов рабочих обмоток, в которых начало одной обмотки соединяется с концом другой.
Разница очевидна. Но какую цель преследуют эти виды соединения, почему звезда треугольник применяются в разных электрических установках, в чем эффективность той и другой. Вопросов по данной теме возникает немало, с ними и надо разобраться.
Начнем с того, что при запуске того же электродвигателя ток, который называется пусковым, обладает высоким значением, который превышает номинальную его величину раз в шесть или восемь.
Если это маломощный агрегат, то защита такую силу тока может выдержать, а если это электродвигатель большой мощности, то никакие защитные блоки не выдержат. И это вызовет обязательно «проседание» напряжения и выход из строя предохранителей или автоматических выключателей.
Сам же двигатель начнет вращаться с небольшой скоростью, отличающуюся от паспортной. То есть, проблем с пусковым током немало.
Поэтому его надо просто снизить. Есть несколько для этого способов:
- установить в систему подключения электрического двигателя один из перечисленных приборов: трансформатор, дроссель, реостат;
- изменяется схема подключения обмоток ротора.
Именно второй вариант используется на производстве, как самый простой и эффективный. Просто производится преобразование схемы звезда в треугольник. То есть, во время пуска двигателя его обмотки соединяются по схеме звезда, затем как только мотор наберет обороты, переключается на треугольник. Процесс переключения звезды на треугольник производится автоматически.
Рекомендуется в электродвигателях, где используются одновременно два варианта соединения – звезда-треугольник, к соединению обмоток по схеме звезда, то есть, к их общей точке подключения, подсоединить нейтраль от сети питания.
Для чего это необходимо делать? Все дело в том, что во время работы по данному варианту подсоединения появляется высокая вероятность асимметрии амплитуд разных фаз.
Именно нейтраль будет компенсировать данную асимметрию, которая обычно появляется за счет того, что обмотки статора могут иметь разное индуктивное сопротивление.
Преимущества двух схем
У схемы звезда достаточно серьезные достоинства:
- плавный запуск электрического двигателя;
- номинальная его мощность будет соответствовать паспортным данным;
- двигатель будет работать нормально и при кратковременных высоких нагрузках, и при долгосрочных небольших перегрузов;
- в процессе работы корпус мотора не будет перегреваться.
Что касается схемы треугольник, то основное ее преимущество – это достижение электрическим двигателем в процессе его работы максимальной мощности. Но при этом рекомендуется строго придерживаться эксплуатационных режимов, которые расписаны в паспорте мотора. Тестирование электродвигателей, соединенных по схеме треугольник, показало, что его мощность в три раза больше, чем соединенных по схеме звезда.
Если говорить о генераторах, которые выдают ток в питающую сеть, то схемы соединения звезда и треугольник по своим техническим параметрам точно такие же. То есть, выдаваемое напряжение треугольником будет больше, правда, не в три раза, но не менее 1,73 раза.
По сути, получается, что напряжение генератора при звезде, равное 220 вольт, преобразуется в 380 вольт, если провести переключение с одного варианта на другой.
Но необходимо отметить, что мощность самого агрегата при этом остается неизменной, потому что все подчиняется закону Ома, в котором напряжение и сила тока находятся в обратной пропорциональности. То есть, увеличение напряжения в 1,73 раза, снижает ток точно на такую же величину.
Отсюда вывод: если в клеммной коробке генератора располагаются все шесть концов обмоток, то можно будет получить напряжение двух номиналов, отличающихся друг от друга коэффициентом 1,73.
Делаем выводы
Почему соединения треугольником и звездой сегодня присутствуют во всех современных мощных электродвигателях? Из всего вышесказанного становится понятным, что основное требование ситуации – это снизить токовую нагрузку, которая возникает в процессе пуска самого агрегата.
Если расписать формулы такого подключения, то они будут выглядеть вот так:
Uф=Uл/1,73=380/1,73=220, где Uф – напряжение на фазах, Uл – на питающей линии. Это соединение звездой.
После того, как электрический агрегат разгонится, то есть, скорость его вращения станет соответствовать паспортным данным, произойдет переход на треугольник со звезды. Отсюда фазное напряжение станет равным линейному.
Источник: https://instrument16.ru/instrument/elektricheskoe-soedinenie-zvezda-i-treugolnik.html
Соединение обмоток генератора
Для уменьшения количества проводов между генератором и потребителем фазные обмотки должны быть соединены между собой определённым образом, как в генераторе, так и у потребителя. Обмотки генератора обозначаются: U
1 – U2,
V1 – V2, W1 – W2 (фазы A, B, C). Индексом 1 обозначается начало обмотки, индексом 2 – конец.
В практике используют 2 различные соединения: соединение звездой и треугольником.
Соединение звездой
Условимся, что положительно направленный ток выходит из обмотки генератора через её начало и входит в неё через её конец. Если все концы обмоток генератора соединить в одной точке О, а к их началам подсоединить провода, идущие к приёмникам электрической энергии, у которых концы также соединены в одной точке О´, то получим соединение звездой.
Рис.5.3.
По общему обратному проводу будет протекать ток:
IN = I1 + I2 + I3 . Общий провод называется нейтральным (или нулевым) проводом.
Если все три фазы имеют одинаковые нагрузки, то фазные токи будут равны по модулю, отличаясь друг от друга по фазе на 120˚:
i1 = I1∙sinωt,
i2 = I2∙sin(ωt – 120˚),
i3 = I3∙sin(ωt + 120˚).
Сложим токи с помощью векторной диаграммы.
Суммарный ток, т.е. ток в общем проводе равен нулю, поэтому провод ОО´ называется нулевым. Провода, соединяющие начала обмоток генератора с приёмником электроэнергии, называются линейными. Система трёхфазного тока с нулевым проводом (или нейтралью) называется четырёхпроводной.
В цепях трёхфазного тока различают два типа напряжений: линейные и фазные. То же относится и к токам. Напряжение между двумя линейными проводами называется линейным, а между линейным проводом и нейтралью – фазным. Соответственно, токи, протекающие в линейных проводах, называются линейными, а в фазных – фазными.
Линейные напряжения обозначаем двойными индексами, а фазные – одинарными. При соединении звездой линейный ток совпадает с фазным. Построим диаграмму линейных и фазных напряжений при соединении звездой.
Из рис.5.5 видим, что
U12 = U1 – U2
U23 = U2 – U3
U31 = U3 – U1
Рис.5.6.
Мы видим, что линейные напряжения также образуют трёхлучевую звезду, повёрнутую относительно звезды фазных напряжений на угол 30˚ против часовой стрелки. Рассмотрим соотношение между модулями линейных и фазных напряжений. Из треугольника U12U1N получим U12/2 = U1∙ cos30˚ = U1∙√3/2,
U12 = √3∙U1, т.е. в трёхфазной системе при соединении звездой Uл = √3Uф (5.5). Если линейное напряжение 220В, то фазное – 220/√3 = 127В.
Если фазное напряжение равно 220В, то линейное – 380В. Если нагрузка становится неравномерной, то можно считать, что соотношение (5.5) соблюдается, только в этом случае в нейтральном проводе течёт ток.
Соединение звездой без нулевого провода применяется при подключении трёхфазных двигателей (здесь нагрузка симметричная), а соединение с нулевым проводом – при электрификации жилых домов. К дому подводят три фазы и нейтральный провод, а внутри дома стремятся равномерно нагрузить каждую из фаз, чтобы общая нагрузка была симметричной.
Различные примеры соединения потребителя звездой
Найти токи потребителей и в нейтральном проводе, если Uл = 400В.
Решение.
U1 = U2 = U3 =Uл/√3 = 400/√3 = 230В.
Токи потребителей:
I1 = U1/R1 = 2,3А;
I2 = U2/R2 = 230/230 = 1А;
I3 = U3/R3 = 230/57,3 = 4А.
Для получения геометрической суммы токов используем векторную диаграмму.
Масштаб возьмём
I1 + I2 + I3 = IN
Из векторной диаграммы определяем, что IN = 2,5А.
Рассмотрим особый случай, когда несимметричность получается в результате повреждения одной из фаз (например, сгорел предохранитель).
Если нейтральный проводник целый, то повреждённая фаза останется без питания. В остальных фазах нормальная работа продолжится. I2 = U2/R2 и I3 = U3/R3.
Ток в нейтральном проводе будет равен геометрической сумме I2 + I3.
В нейтральный провод нельзя ставить предохранители, выключатели и другие устройства, которые могут привести к его размыканию. В случае обрыва нейтрали фазовое напряжение может превысить обусловленное значение.
Если в системе нет нейтрального провода, то обрыв фазы приведёт к положению, как в однофазной сети.
Потребители во второй и третьей фазах будут соединены последовательно и
I2 = I3 = U23/(R2 +R3).
Ещё раз о соединении обмоток генератора или трансформатора. Важно учитывать, чтобы обмотки трансформатора или генератора были соединены правильно. Это значит, что начала обмоток соединяются с линейным проводом, а концы между собой.
Если одна из обмоток подсоединена неправильно, то возникает несимметричная линейная система, что показано на рисунке, где мы видим, что представляют собой линейные и фазные напряжения, если обмотка V1 – V2 соединена неправильно.
U12, U23 и U31 теперь не равны и образуют несимметричную систему.
Соединение треугольником
При соединении треугольником соединяют конец первой фазовой обмотки U2 с началом второй фазовой обмотки V1, её конец соединяют с началом третьей обмотки W1, а конец третьей обмотки соединяют с началом первой обмотки U1.
Три обмотки генератора образуют теперь замкнутую цепь с очень маленьким сопротивлением. Но короткого замыкания там не получится, т.к. сумма ЭДС будет равна нулю.
Линейные напряжения в случае соединения треугольником равны фазовым напряжениям: U1 = U12, U2 = U23, U3 = U31 соответственно, т.е.Uф =Uл.
Главное, что надо иметь в виду, чтобы обмотки генератора или трансформатора были соединены правильно. Если одна из фазовых обмоток соединена наоборот, тогда сумма ЭДС в цепи не будет равна нулю, а сравняется с двукратным фазным напряжением.
7.4. Соединение потребителя треугольником
Потребители соединяются треугольником, если их рабочее напряжение равно линейному напряжению. Существуют два вида изображений на схемах: потребители расположены под углом 120˚ или параллельно друг другу.
При соединении в треугольник линейные напряжения равны фазному напряжению Uл = Uф. Токи в фазах: I12 = U12/R12, I23 = U23/R23, I31 = U31/R31.
Векторные диаграммы при соединении треугольником можно тоже рисовать по-разному. Можно рисовать векторы, исходящими из одной начальной точки, а можно векторы напряжений изобразить треугольником (рис.130). При симметричной нагрузке векторы фазовых токов равны, и векторная диаграмма симметрична. Если нагрузка не симметрична, то этого не будет.
Пример.
В трёхфазной сети с напряжением 400В объединены в треугольник потребители с разным сопротивлением нагрузки.
Найдём фазовые и линейные токи в этой цепи.
Фазовые токи:
I12 = U12/R12 = 4A;
I23 = U23/R23 = 8A;
I31 = U31/R31 = 2A.
Линейные токи можно найти из векторной диаграммы, учитывая следующие соотношения: I1 +I31 = I12, I2 + I12 = I23, I3 + I23 = I31. Здесь в масштабе построены вычисленные фазовые токи и геометрическим сложением определены линейные токи.
Особый случай несимметричной нагрузки получается при обрыве одного из проводов. Посмотрим, что получится при обрыве L1.
Схема в этом случае приобретёт следующий вид:
R23 будет работать в нормальном режиме: I23 = U23/R23. Потребители R12 и R31 будут подсоединены неправильно и их ток: I12 = I31 = U23/(R12 + R31). Линейный ток I2 будет равен геометрической сумме токов I23 и I12.
Источник: http://konspektiruem.ru/articles/electrical_engineering/soedinenie_obmotok_generatora/
