Что такое фаза, как определить фазу и ноль в электричестве

Фазное и линейное напряжение

В том случае, если обмотки генератора трехфазного тока соединить между собой специальным образом («звездой» или треугольником), то у такого тока возникают свойства, которые удобны в применении.

Векторная диаграмма напряжений для соединения «звезда»

Схема соединения звездой (рис.1(а)) и соответствующая векторная диаграмма напряжений на обмотках (рис.1(в)) изображены на рис.1. Здесь имеется точка $О$, которая называется точкой одинакового потенциала. Напряжение на каждой обмотке называется фазным (его амплитуда $U_{mf}$). Проводник, который соединен с точкой одинакового потенциала называют нулевым проводом. Проводники, которые соединены со свободными концами обмоток, называются фазными проводами. Получается, что фазные напряжения — это напряжения между нулевым и фазными проводами. Напряжения между фазными проводами называют линейным (его амплитуда $U_{ml}$). Линейное напряжение между проводами 1-2 могут обозначать как $U_{12}$, между проводами 1-3 — $U_{13}$ и так далее.

Рисунок 1.

Векторная диаграмма показывает, что амплитуды $U_{ml}\ $и $U_{mf}$находятся в соотношениях:

Ток, который течет через обмотки генератора называют фазным током ($I_f$), ток который течет в линиях называется током линии ($I_l$). В соединении звездой фазные токи равны токам в линии. Если сопротивления нагрузок не равны нулю, а $R_1=R_2=R_2=R$, то суммарная сила тока через нулевой провод равна нулю:

так как из векторной диаграммы видно, что $\sum\limits_i{U_i=0.}$

Векторная диаграмма напряжений для соединения «треугольник»

Схема соединения обмоток генератора треугольник изображена на рис.2. В этом случае амплитуды напряжений фазного и линейного равны ($U_{mf}=U_{ml}$).

Рисунок 2.

Из векторной диаграммы токов (рис.2(в)) запишем амплитудных значений тока:

В соединении обмоток генератора треугольником ток замыкания в обмотках равен нулю. Однако это справедливо только для основной гармоники. Токи высших гармоник, появляющиеся из-за нелинейности колебаний, в обмотках есть.

Соединение нагрузок тоже может быть в виде звезды и в виде треугольника. На рис. 1 и рис.2 изображены соединения одного типа, как для генератора, так и для нагрузок. Но совсем не обязательно, что соединения обмоток генератора и нагрузок совпадают. Так, можно реализовать четыре возможные комбинации соединения генератора и нагрузок: «звезда» — «звезда», треугольник — треугольник, «звезда» — треугольник, треугольник — «звезда». Каждое из перечисленных соединений имеет свои особенности.

Пример 1

Задание: В чем состоят особенности соединений «звезда» — «звезда» и «звезда» — треугольник?

Решение:

1. При соединении «звезда» — «звезда» (рис.1) на всех нагрузках имеется разное напряжение. При одинаковых сопротивлениях ($R_1=R_2=R_3$) (или примерно равных) сила тока по нулевому проводу равна нулю (или очень мала). Теоретически нулевой провод можно убрать, но без него на каждую из пар нагрузок действует линейное напряжение, амплитудное значение которого равно:

Это напряжение распределяется между нагрузками в соответствии с величиной их сопротивлений. Такая зависимость напряжений от нагрузок крайне не удобна, поэтому нулевой провод сохраняют.

1. При соединении «звезда» — треугольник (рис.3). На каждое сопротивление действует линейное напряжение равное:

Это линейное напряжение не зависит от величины сопротивления.

Рисунок 3.

Пример 2

Задание: Определите, чему равно фазное напряжение, если линейное $U_{ml}=220\ В$. Чему будет равно линейное напряжение, если 220 В считать фазным напряжением? Считать, что соединение обмоток генератора — «звезда».

Решение:

В том случае, если обмотки генератора соединены звездой, и это соединение имеет нулевой провод, в линии существует две системы напряжений (линейное и фазное), что является достоинством такого соединения.

Для соединения «звезда» мы имеем соотношение:

Следовательно, для фазного напряжение имеем:

Если дано фазное напряжение, то:

Ответ: 1. $U_{mf}=127\ В.$ $U_{ml}=380\ В.$

Отличия

Специфика ЛН — это показатель, по которому производится расчёт токов и остальных величин трёхфазной цепи. Подобная схема позволяет подключать одно- и трёхфазные контакты. Номинальное равно 380В и меняется при изменениях в ограниченной сети, к примеру, вследствие скачков.

Популярнейшей является цепь с нейтралью и заземлением. Подключение в такой системе производится по схеме:

• к фазным проводам подсоединяются однофазные провода;
• к 3-фазным — 3-фазные.

Типы соединений

Широта применения ЛН обуславливается его безопасностью и комфортностью разветвления цепи. Оборудование в таком случае подключается к фазному выводу, и лишь он не безопасен.

Расчёт системы несложен, при этом действуют стандартные физические формулы. Параметры ЛН сети замеряются мультиметром, а ФН — спецустройствами, например, вольтметром, датчиком тока, тестером.

Характеристики сети:

1. Разводка подобной проводки не нуждается в применении профессионального оборудования. Достаточно отвёрток, которые имеют индикаторы.
2. Вероятность удара током очень мала. Подобное объясняется присутствующей в цепи свободной нейтралью. Соединение проводников не требует подключения 0-вого вывода.
3. Схема подходит для всех видов тока.

Важно! К 3-фазной цепи можно подключить 1-фазную. Наоборот сделать нельзя

Включение в трёхфазную цепь приёмников электрической энергии

1. Подобная схема подключения пригодна для многих устройств, которым необходима высокая мощность, чтобы работать. ЛН позволяет увеличить КПД двигателя на33%.

При переключении обмоток генератора к треугольнику со звезды обуславливает увеличение в 1,73 раза величины ЛН.

Соединения в трёхфазных цепях

Важно! Сложность обнаружения повреждений в линейном соединении является немаловажным недостатком цепи, так как вследствие этого может случиться пожар. Отличие между ЛН и ФН состоит в различии соединяемых проводов обмоток

Чтобы проконтролировать параметры ЛН и ФН потребуется импульсный стабилизатор, по-другому — линейный стабилизатор. Этот прибор даёт возможность, сохраняя показатель на одном уровне, приводить в норму напряжение, если оно резко выросло. Прибор можно подключить к контактам электорооборудования, обычной розетке

Отличие между ЛН и ФН состоит в различии соединяемых проводов обмоток. Чтобы проконтролировать параметры ЛН и ФН потребуется импульсный стабилизатор, по-другому — линейный стабилизатор. Этот прибор даёт возможность, сохраняя показатель на одном уровне, приводить в норму напряжение, если оно резко выросло. Прибор можно подключить к контактам электорооборудования, обычной розетке.

Это интересно: Электрическая емкость — определение, формулы, единицы измерения

Когда 380, а когда 220?

Так почему же в квартирах у нас напряжение 220 В, а не 380? Дело в том, что к потребителям мощностью менее 10 кВт, как правило, подключают одну фазу. А это значит, что в дом вводится одна фаза и нейтральный (нулевой) PEN проводник. В 99% квартир и 90% домов именно так и происходит.

Однофазный электрощиток в доме. Правый автомат – вводной, далее – по комнатам. Кто найдёт ошибки на фото? Хотя, этот щиток – одна сплошная ошибка…

Однако, если планируется потреблять мощность более 10 кВт, то лучше – трехфазный ввод. А если имеется оборудование с трехфазным питанием (содержащее трехфазные двигатели), то я категорически рекомендую заводить в дом трехфазный ввод с линейным напряжением 380 В. Это позволит сэкономить на сечении проводов, на безопасности, и на электроэнергии.

Трехфазный ввод. Вводной автомат на 100 А, далее – на счетчик трехфазный прямого включения Меркурий 230.

Не смотря на то, что есть способы включения трехфазной нагрузки в однофазную сеть, такие переделки резко снижают КПД двигателей, и иногда при прочих равных условиях можно за 220 В заплатить в 2 раза больше, чем за 380.

Однофазное напряжение применяется в частном секторе, где потребляемая мощность, как правило,  не превышает 10 кВт. При этом на вводе применяют кабель с проводами сечением 4-6 мм². Потребляемый ток ограничивается вводным автоматическим выключателем, номинальный ток защиты которого – не более 40 А.

Про выбор защитного автомата я уже писал здесь. А про выбор сечения провода – здесь. Там же – жаркие обсуждения вопросов.

Но если мощность потребителя – 15 кВт и выше, то тут обязательно нужно использовать трехфазное питание. Даже, если в данном здании нет трехфазных потребителей, например, электродвигателей. В таком случае мощность разделяется по фазам, и на электрооборудование (вводной кабель, коммутация) ложится не такая нагрузка, как если бы ту же мощность брали от одной фазы.

Пример трехфазного электрощитка. Потребители и трехфазные, и однофазные.

Например, если дом питается от одной фазы, и потребляет мощность 15 кВт — это ток около 70А, нужен медный провод сечением не менее 10 мм². Стоить кабель с такими жилами будет существенно. А автоматов на одну фазу (однополюсных) на ток больше 63 А на ДИН-рейку я не встречал.

Поэтому в офисах, магазинах, и тем более на предприятиях применяют только трёхфазное питание. И, соответственно, трёхфазные счетчики, которые бывают прямого включения и трансформаторного включения (с трансформаторами тока).

И на вводе (перед счетчиком) стоят примерно такие “ящички”:

Трехфазный ввод. Вводной автомат D80 перед счетчиком.

Существенный минус трехфазного ввода (отмечал его выше) – ограничение по мощности однофазных нагрузок. Например, выделенная мощность трехфазного напряжения – 15 кВт. Это значит, что по каждой фазе – максимум 5 кВт. А это значит, что максимальный ток по каждой фазе – не более 22 А (практически – 25). И надо крутиться, распределяя нагрузку.

Надеюсь, теперь понятно, что такое трехфазное напряжение 380 В и однофазное напряжение 220 В?

Что Такое Фазное И Линейное Напряжение ~ Повседневные вопросы

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА.

Глава I. Электронные ЦЕПИ Неизменного ТОКА.

https://youtube.com/watch?v=DOZmsh3xbo0

Как из 380 получается 220 и куда подключать заземление?

Глава II. Электронные ЦЕПИ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА.

Глава III. ТРЕХФАЗНЫЕ Электронные ЦЕПИ.

Глава IV. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЛИНЕЙНЫХ Электронных ЦЕПЯХ.

Глава V. Повторяющиеся НЕСИНУСОИДАЛЬНЫЕ ЭДС, ТОКИ И НАПРЯЖЕНИЯ В Электронных ЦЕПЯХ.

Глава VI. Электрические УСТРОЙСТВА.

А. МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ С Неизменной МАГНИТОДВИЖУЩЕЙ СИЛОЙ.

Глава VI. Электрические УСТРОЙСТВА.

Б. МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ С ПЕРЕМЕННОЙ МАГНИТОДВИЖУЩЕЙ СИЛОЙ.

Глава VI. Электрические УСТРОЙСТВА.

В. МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ С Неизменной И ПЕРЕМЕННОЙ МАГНИТОДВИЖУЩИМИ СИЛАМИ.

Глава VII. Электронные ИЗМЕРЕНИЯ И ПРИБОРЫ.

Глава VIII. ТРАНСФОРМАТОРЫ.

Глава IX. МАШИНЫ Неизменного ТОКА.

Глава 3-я.

ТРЕХФАЗНЫЕ Электронные ЦЕПИ.

3.3. СООТНОШЕНИЯ Меж ФАЗНЫМИ И ЛИНЕЙНЫМИ НАПРЯЖЕНИЯМИ ИСТОЧНИКОВ. НОМИНАЛЬНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ.

Фазные напряжения источника отличаются от его ЭДС вследствие падений напряжения во внутренних сопротивлениях источника, а напряжения приемника отличаются от напряжений источника за счет падений напряжения в сопротивлениях проводов электронной сети. Вопрос об учете воздействия падений напряжения в проводах сети на напряжения приемников подвергнется рассмотрению в § 3.8. Пока же для упрощения анализа соотношений в трехфазных цепях будем третировать обозначенными падениями напряжения.

Применяя 2-ой закон Кирхгофа попеременно ко всем фазам, при изготовленном допущении и соединении источников звездой (см. рис. 3.3) получим.

На основании выражений (3.3) можно прийти к выводу о том, что если генератор имеет симметричную систему ЭДС, то его фазные напряжения тоже симметричны, а векторная диаграмма фазных напряжений (рис. 3.5, а ) не отличается от векторной диаграммы ЭДС генератора (рис. 3.2, б ).

На основании уравнений по второму закону Кирхгофа для контуров N 1 abN 1 , N 1 bсN 1 и N 1 caN 1 (см. рис. 3.3) несложно получить последующие уравнения, связывающие линейные и фазные напряжения:

Используя (3.4) и имея векторы фазных напряжений (рис. 3.5, a ), можно выстроить векторы линейных напряжений U ab , U bc и U ca .

Из векторной диаграммы рис. 3.5, а следует, что при соединении источника звездой линейные напряжения равны и смещены по фазе относительно друг дружку на угол 2π/3. Векторы линейных напряжений изображают почаще соединяющими векторы соответственных фазных направлений, как показано на рис. 3.5, б . Из векторной диаграммы рис. 3.5, б следует, что.

Такое же соотношение существует меж хоть какими другими линейными и фазными напряжениями. Потому можно написать, что вообщем при соединении источника звездой.

Выражения (3.3) справедливы и при соединении источника треугольником (см. рис. 3.4). Конкретно из схемы рис. 3.4 следует, что линейные напряжения равны подходящим фазным напряжениям:

Можно написать, что при соединении источника треугольником вообщем.

Векторная диаграмма фазных и линейных напряжений при соединении источника треугольником приведена на рис. 3.6.

На основании изложенного можно сделать последующие выводы.

Независимо от метода соединения фаз источника меж линейными проводами трехфазной цепи есть три схожих по действующему значению линейных напряжения, сдвинутых по фазе относительно друг дружку на угол 2π/3. В случае соединения фаз источника звездой линейные напряжения оказываются в √ 3 раз больше, чем при соединении фаз такого же источника треугольником.

В четырехпроводной цепи не считая 3-х линейных напряжений меж линейными проводами и нейтральным проводом имеются три фазных напряжения. Последние в √ 3 раз меньше линейных напряжений и смещены по фазе относительно друг дружку также на угол 2π/3. Фазные и линейные напряжения не совпадают по фазе.

Более всераспространенными номинальными напряжениями приемников переменного тока являются напряжения 380, 220 и 127 В. Напряжения 380 и 220 В употребляют в большей степени для питания промышленных приемников, а напряжения 220 и 127 В — для бытовых приемников. Напряжения 380, 220 и 127 В считают также номинальными напряжениями трехфазных электронных сетей. При линейном напряжении 380 В фазное напряжение четырехпроводной трехфазной сети 380/√ 3 = 220 В, а при линейном напряжении 220 В оно составляет 220/√ 3 = 127 В. Наличие в четырехпроводных сетях линейных и фазных напряжений дает возможность подключать однофазовые приемники, рассчитанные на два напряжения, к примеру на 380 и 220 В либо 220 и 127 В.

Электротехника/Ю. М. Борисов, Д. Н. Липатов, Ю. Н. Зорин. Учебник для вузов. — 2-е изд., пере-раб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1985.

Почему обычно три фазы, а не четыре

Таким вопросом задаются практически все начинающие электрики. По сути, количество фаз не ограничено. Их может быть 1, 2, 3, 4 и даже 10. Однако широкое применение получили трехфазные системы. Это связано с тем, что такой цепи достаточно для решения большинства задач.

Такие системы в большей степени используют для силовых установок на производстве. Вращение ротора составляет 360 градусов, а сдвиг по фазам составляет 120 градусов. Его вполне достаточно, чтобы раскрутить якорь до нужных оборотов и получить с двигателя нужную мощность. Увеличение количества фаз лишь повысит стоимость самой установки, поскольку потребует установки дополнительных катушек и подведения лишних кабелей.

Важно! Добавление фаз к существующим трем не повышает КПД агрегата, не увеличивает его мощность. С точки зрения рациональности, это лишь добавляет стоимость установок при сохранении прежних параметров работы