Трехфазная 0-проводная схема 380/220 В является универсальной и приемлемой в большинстве случаев. Электрооборудование, питающееся однофазным напряжением 220 В, может питаться от низковольтного напряжения, если оно подключено к паре низковольтных проводов.
Характеристики сетевого напряжения
Электрические цепи характеризуются наличием различных типов напряжения. Линейное напряжение (ЛН) возникает между фазными проводами в трехфазной цепи. Все части (фазы) в многофазной цепи имеют одинаковые характеристики тока. Названия цепей (шестифазные, трехфазные или двухфазные) определяются количеством фаз. Чаще всего используются трехфазные схемы, поскольку они наиболее экономичны по сравнению с многофазными или двухфазными схемами. Они также позволяют получать низковольтное и фазное напряжение (PV) на одной и той же машине.
ФОТО: birmaga.ru Наиболее распространенными типами соединений в трехфазной сети являются
Что такое фазное напряжение и сетевое напряжение?
Для некоторых людей, не знакомых с электротехникой, определяющим словом здесь является “напряжение”, но дело не в этом. Давайте рассмотрим основные определения этих терминов.
Фазное напряжение – это напряжение между любым из трех токоведущих проводников и нулем. Напряжение составляет 220 вольт.
Линейное – это напряжение между двумя фазными проводниками. Оно составляет 380 В, или в 1,73 раза больше фазного напряжения. С точки зрения обозначений, напряжение сети может обозначаться двумя буквами после U (напряжение). Например, UAB, UBC, или UCA, или просто Ul.
«ГолубойФаза ” – начинается с нулевой точки отсчета. “КрасныйКрасная” фаза составляет одну треть периода (120 градусов) позже. И, наконец, “зеленый” фаза начинается через две трети периода (240 градусов) позже, чем “синий“. Все фазы идеально симметричны относительно друг друга.
Что показывает вольтметр, или математика розетки
Сегодня я сделаю небольшое отступление от своей обычной темы программирования визуальных контроллеров и перейду к теме измерения напряжения непосредственно на розетке!
Эта статья родилась из дискуссии за чаем, когда среди “всезнающих и всеумеющих” программистов разгорелся спор о том, чего многие из них не понимают, а именно: как измеряется напряжение в розетке, что показывает вольтметр переменного тока, в чем разница между пиковым и эффективным напряжением.
Эта статья может быть интересна тем, кто начинает создавать свои собственные устройства. Но это также может помочь человеку с опытом освежить свою память.
В статье объясняется, что такое переменное напряжение, как оно измеряется и что следует иметь в виду при разработке электронных схем.
Для всего дается краткое и упрощенное математическое обоснование, чтобы было понятно и “как”, и “почему”.
Те, кому не интересно читать об интегралах, ГОСТах и фазах, могут сразу перейти к резюме.
Введение
Когда люди начинают говорить о напряжении в розетке, очень часто стереотип “розетка 220 В” скрывает от них реальную ситуацию.
Для начала, согласно ГОСТ 29322-2014напряжение в сети должно быть 230В±10% с частотой 50±0,2 Гц (напряжение между фазами 400Внапряжение между фазой и нейтралью 230В). Но в том же ГОСТ есть положение: “Однако системы 220/380 В и 240/415 В все еще используются.».
Согласны ли вы с тем, что это не то же самое, что однозначный “Розетка 220 В“, к которым мы привыкли. А что касается “фаза», «строка», «работает” и “пик“Напряжение находится в беспорядке. Так сколько вольт в розетке?
Чтобы ответить на этот вопрос, давайте начнем с того, как измеряется переменное напряжение.
Как измеряется переменное напряжение?
Прежде чем мы углубимся в тонкости цепей переменного тока и напряжения, давайте вспомним школьную физику цепей постоянного тока.
Цепи постоянного тока – простая вещь. Если мы возьмем какую-нибудь активную нагрузку (пусть это будет простая лампочка, как показано на рисунке) и подключим ее к цепи постоянного тока, все, что происходит в нашей цепи, будет характеризоваться только двумя вещами: напряжением на нагрузке U и ток, протекающий через нагрузку I. Мощность, потребляемая нагрузкой, может быть однозначно рассчитана по формуле, известной еще со школьных времен: .
Или, если учесть, что согласно закону Ома, мощность PМощность, потребляемая нагрузкой лампочки, может быть рассчитана по формуле .
Переменные напряжения сложнее: они могут иметь различные мгновенные значения в любой момент времени. Поэтому в разное время нагрузка, подключенная к источнику переменного напряжения (например, лампочка, включенная в розетку), будет вырабатывать разную мощность. Это очень неудобно с точки зрения описания электрической цепи.
Но нам повезло: форма напряжения на розетке – синусоидальная. А синусоида, как мы знаем, полностью описывается тремя параметрами: амплитудой, периодом и фазой. В однофазных сетях (а обычная розетка с двумя отверстиями – это именно однофазная сеть) о фазе можно забыть. На рисунке подробно показаны два периода однофазного сетевого напряжения. Тот, который находится в розетке.
Давайте посмотрим, что означают все буквы на картинке.
Период T – это время между двумя последовательными минимумами или максимумами синусоидальной волны. Для сети радиочастотного освещения этот период составляет 20 миллисекундчто соответствует частоте 50 Гц. Частота сетевого напряжения изменяется очень точно, с точностью до долей процента.
Очевидно, что в любых двух точках синусоиды, удаленных друг от друга на целое число периодов, напряжения всегда равны.
Амплитуда Um – максимальное напряжение, пик синусоидальной волны. Эффективное напряжение Ud . рассматривается ниже.
Напряжение в розетке (или однофазной сети) описывается формулой
где t – это текущий момент времени, Um – это амплитуда (или пиковое значение) напряжения, T – период сетевого напряжения.
Если с однофазным переменным напряжением все более или менее понятно, попробуем рассчитать мощность, выделяемую нашей любимой лампочкой, когда она включена непосредственно в розетку.
Поскольку лампочка является активной нагрузкой (это означает, что ее сопротивление не зависит от частоты напряжения и тока), мгновенная мощность, выделяемая лампочкой, подключенной к розетке, рассчитывается по формуле
где t – это текущий момент времени и R – сопротивление лампы накаливания при нагреве нити. Зная амплитуду переменного напряжения Umможно записать:
Очевидно, что мгновенная мощность является неудобным параметром и не особенно нужна на практике. Поэтому на практике обычно используется мощность, усредненная за определенный период.
Средняя мощность – это та, которая указана на лампочках, обогревателях и других бытовых утюгах.
Средняя мощность обычно рассчитывается по формуле:
Для нашей синусоиды он рассчитывается по гораздо более простой формуле:
Вы можете подставить функцию и взять интеграл, если не верите мне.
Не думайте, что я упомянул о власти только из вредности. Теперь вы понимаете, зачем он нам понадобился. Давайте перейдем к следующему вопросу.
Что показывает вольтметр?
Для цепей постоянного тока проблема проста – вольтметр показывает одно напряжение между двумя контактами.
С цепями переменного тока дело обстоит сложнее. Некоторые люди (и их не мало, как я заметил) думают, что вольтметр показывает пиковое значение напряжения. Um, но это не тот случай.!
На самом деле, вольтметры обычно показать эффективный или эффективныйa.k.a. RMSнапряжение сети Ud.
Это, конечно же, вольтметры Вольтметры переменного тока! Поэтому, если вы измеряете напряжение сети вольтметром, убедитесь, что он находится в режиме переменного напряжения..
Следует отметить, что существуют также “пиковые вольтметры”, которые показывают амплитуду напряжения, но на практике они обычно не используются для измерения напряжения сети в домашних условиях.
Давайте рассмотрим, почему это так сложно. Почему бы просто не измерить амплитуду? Зачем придумывать какое-то “среднеквадратичное значение” напряжения?
Все зависит от потребления энергии. Я написал об этом не просто так. Дело в том, что р.м.с. переменного напряжения равно тому постоянному напряжению, которое за время, равное одному периоду переменного напряжения, совершит ту же работу, что и данное переменное напряжение.
Проще говоря, лампочка будет светить одинаково ярко независимо от того, подключена она к источнику постоянного напряжения или нет. 220В или в цепь переменного тока со среднеквадратичным значением 220В.
Для тех, кто уже знаком с интегралами или еще не забыл математику, приведем общую формулу для расчета среднеквадратичного напряжения любой формы:
Из этой формулы также понятно, почему среднеквадратичное (действующее) значение переменного напряжения также называется среднеквадратичным значением.
Обратите внимание, что подвыражение – это “мощность, усредненная за период”, просто разделите это выражение на сопротивление нагрузки R.
Применяя это выражение к синусоидальному напряжению, после нескольких простых преобразований уродливый интеграл превращается в простую формулу:
где Ud – среднеквадратичное напряжение (то самое, которое обычно показывает вольтметр), и Ум – значение амплитуды.
Хорошей особенностью среднеквадратичного напряжения является то, что для активной нагрузки расчет средней мощности точно такой же, как и расчет постоянной мощности:
Это неудивительно, если учесть определение среднеквадратичного напряжения, приведенное выше.
И, наконец, рассчитаем, какова амплитуда напряжения на розетке “220V“:
В худшем случае, когда мы имеем питание 240 В, с допуском +10%, амплитуда составляет целых !
Поэтому, если вы хотите, чтобы ваше оборудование, работающее от сети, работало стабильно и не перегорало, выбирайте элементы, выдерживающие пиковое напряжение не менее 400В. Разумеется, речь идет об элементах, питающихся непосредственно сетевым напряжением.
Обратите внимание, что для несинусоидальных форм волны среднеквадратичное значение напряжения рассчитывается по другим формулам. Те, кто интересуется, могут взять интегралы или обратиться к справочникам. Однако нас интересует сетевое питание, а оно всегда должно быть синусоидальным.
Фаза, фаза, фаза…
Помимо обычных однофазных сетей освещения.
220В Все мы слышали о трехфазной сети.
380В Что это такое 380В? Это среднеквадратичное напряжение между фазами..
Помните, я говорил, что в однофазной сети вы можете забыть о фазной синусоиде? В трехфазной сети это невозможно!
Проще говоря, фаза – это временной сдвиг одной синусоидальной волны по отношению к другой. В однофазной сети мы всегда могли взять любой момент времени в качестве начальной точки – это не влияло на расчеты. В трехфазной сети необходимо учитывать, как далеко одна синусоида находится от другой. В трехфазных сетях переменного тока каждая фаза составляет одну треть периода или 120 степени. Напомним, что период также измеряется в градусах, а общий период составляет 360 степени.
Если взять трехлучевой осциллограф и применить его к трем фазам и одному нулю, то мы увидим следующую картину.
«ГолубойФаза ” – начинается с опорного нуля. “Красный” фаза – одна треть периода (120 градусов) позже. И, наконец, “зеленый” фаза начинается через две трети периода (240 градусов) позже, чем “синий“. Все фазы идеально симметричны относительно друг друга.
Не имеет значения, какая фаза взята за эталон. Изображение будет таким же.
Математически можно записать уравнения всех трех фаз:
«Голубой“фаза:
«Красный“фаза:
«Зеленый“фаза:
Если мы измерим напряжение между любой фазой и нулем в трехфазной сети, то получим типичный результат 220В (или 230В или 240В – как повезет, ср. ГОСТ).
А если мы измерим напряжение между двумя фазами – получим 380В (или 400В или 415В – не забывайте об этом).
Таким образом, трехфазная сеть является многогранной. Он может использоваться как три однофазные сети с 220В или как одна трехфазная сеть с 380В.
Откуда он берется 380В? Вот откуда он берется.
Если мы подставим наши данные для любых двух фаз в формулу для расчета среднеквадратичного напряжения, то получим
Udf – эффективный интерфазаvel Линейный напряжение.
Учитывая амплитуду каждой фазы, получаем, что для межфазного напряжения. На рисунке хорошо видно, как генерируется напряжение между фазами, которое обозначается как F1-F2 из двух фазных напряжений фаз F1 и F2. Фазные напряжения F1 и F2 измеряются относительно нейтрального проводника. Напряжение сети F1-F2 измеряется между двумя различными фазными проводниками.
Как видно, эффективное межфазное напряжение больше, чем амплитуда однофазного синусоидального напряжения.
Амплитуда междуфазного напряжения составляет:
В худшем случае (сеть 240В и фазное напряжение 415Вплюс 10% амплитуда междуфазного напряжения будет:
Помните об этом при работе с трехфазными системами и выбирайте компоненты, рассчитанные как минимум на 650Весли они должны работать между двумя фазами!
Надеюсь, вы видите, что показывает вольтметр переменного тока?
Заключение
Таким образом, очень кратко, почти на цыпочках, мы познакомились с напряжениями, присутствующими в национальных сетях переменного тока. Давайте кратко подытожим все вышесказанное.
Любая часть многофазной системы, имеющая одинаковые характеристики тока, называется фазой. Поэтому определение фазы имеет двойное 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.
Использование линейных и фазных напряжений
Классическим примером использования линейного и фазного напряжений являются соединения, используемые для запуска трехфазного генератора переменного тока. Он состоит из первичной обмотки и вторичной обмотки, которые могут быть соединены звездой или треугольником.
Дельта-соединение заключается в соединении конца первой фазы с началом второй фазы. Кроме того, каждый фазный провод подключается к линейным проводам источника тока. В результате токи выравниваются, и фазное напряжение становится равным напряжению сети. Электродвигатели и трансформаторы подключаются аналогичным образом.
Другой вариант – звездная система. В этом случае пуски всех обмоток подключаются к одной сети через перемычки. Таким образом, ток с характеристиками этой сети будет протекать по обмоткам, а фазное напряжение будет воздействовать на все активные контакты.
Количество фаз используется для обозначения электрических линий. Они могут быть одно-, двух-, трех- или многофазными. В России трехфазная система является наиболее популярной среди потребителей. Они обладают следующими преимуществами:
Что такое фаза?
Этот термин относится к значению тригонометрической функции, которая определяет тип или описывает волну или колебательное движение. Это измерение совпадает с углом или аргументом периодической функции. Фаза, однако, не всегда линейно зависит от времени или координат.
Конец проводника, через который ток входит в цепь, является началом фазы. Изменение напряжения в цепи за определенный промежуток времени – это проекция лучевого вектора на координатную ось.
Количество фаз используется для обозначения электрических линий. Они могут быть одно-, двух-, трех- или многофазными. В России трехфазная сеть пользуется популярностью у потребителей. Он обладает следующими преимуществами
- Высокая экономическая эффективность благодаря выгодному использованию материалов;
- способность транспортировать большие объемы электроэнергии;
- включение в рабочую цепь электрогенераторов и мощных двигателей;
- Создание различных мощностей в зависимости от типа включения нагрузки в линию.
Работа в 3-фазной цепи определяется взаимной связью ее компонентов. Эти параметры зависят от фазы. Напряжение оценивается по потенциалу земли, значение которого считается равным 0. По этой причине провод с потенциалом напряжения называется фазным, а заземляющий провод – нейтральным.
Что такое фазное напряжение?
Этот тип напряжения возникает при коротком замыкании начального и конечного элементов фазы. Кроме того, на это указывает ток, возникающий при замыкании одного фазного контакта на нейтральную клемму. Это абсолютное значение разности между клеммами фазы и земли.
Каково напряжение в сети?
Этот термин относится к межфазному току. Он проходит между двумя контактами или одинаковыми клеммами разных фаз. Это разность потенциалов между парой фазных контактов.
Линейное напряжение в трехфазной сети
Как она измеряется?
Согласно ГОСТ 13109, норма напряжения сети находится в диапазоне от 198 до 242 В (т.е. 220 В плюс-минус 10 процентов). Если приборы, лампочки или их мигание часто выходят из строя, необходимо измерить напряжение в электрической системе. Это делается с помощью мультиметра или вольтметра. Ночью, когда электроприборы используются как можно реже, полученные значения будут максимальными.
Используя мультиметр, измерьте напряжение в трехфазной сети следующим образом:
- Между операцией 0 и каждой фазой: A-N, B-N, C-N.
- Напряжение в сети: A-B, A-C, B-C.
Всего должно быть получено шесть измерений. Иногда проводится еще одно измерение – между заземлением и нейтральным рабочим проводником: Н-ПЭ.
Читайте далее:- Значение слова ЭЛЕКТРОТЕХНИКАЦИЯ. Что такое ЭЛЕКТРОТЕХНИКА?.
- Трехфазные электрические цепи; Студопедия.
- 5 причин, почему лампочки часто перегорают в вашей квартире и что делать?.
- Стандартное напряжение в России "220 В" или "230 В"?.
- Урок 7 Свободные и вынужденные электромагнитные колебания. колебательный контур – физика – 11 класс – Русская электронная школа.
- Трехфазные цепи (общая информация).
- Значение слова "амплитуда" в 11 словарях.