Однофазный и трехфазный

Большинство генераторов переменного тока, а также линий, передающих электроэнергию, используют трехфазные системы. Передача тока осуществляется по трем линиям (или четырем) вместо двух. Трехфазный ток представляет собой систему переменного электротока, где значения токов и напряжений меняются по синусоидальному закону. Частота синусоидальных колебаний тока в России и Европе – 50 Гц.

Трехфазная ЛЭП

Почему используют трехфазный ток

Транспортировка электроэнергии от электростанций до отдаленных точек предполагает использование очень длинных проводов и кабелей, имеющих большое сопротивление. Это означает, что часть энергии будет потеряна, рассеиваясь в виде тепла. Уменьшив токи, передаваемые по ЛЭП, можно значительно снизить потери.

Наиболее распространенной формой производства электроэнергии является трехфазная генерация. В промышленности трехфазный переменный ток часто применяется для работы электродвигателей.

Преимущества трехфазной системы:

1. Возможность наличия фазного и линейного напряжений в трехфазных цепях двух разных значений: высокое – для мощных потребителей, низкое – для остальных;
2. Сниженные потери при транспортировке энергии, следовательно, использование более дешевых проводов и кабелей;
3. Трехфазные машины имеют более стабильный крутящий момент, чем однофазные (выше производительность);
4. Лучшая производительность в трехфазных генераторах;
5. В некоторых случаях постоянный ток должен получаться из переменного. При этом использование 3 фазного тока является существенным преимуществом, так как пульсация выпрямляемого напряжения значительно ниже.

Что такое трехфазный ток

Трехфазная система переменного тока – это три синусоидальных токовых сигнала, различия между которыми составляют треть цикла или 120 электрических градусов (полный цикл – 360°). Они проходят свои максимумы в регулярном порядке, называемом фазовой последовательностью. Синусоидальное напряжение пропорционально косинусу или синусу фазы.

Трехфазный ток

Три фазы поставляются обычно по трем (или четырем) проводам, а фазные и линейные напряжения в трехфазных цепях представляют собой разности потенциалов между парами проводников. Фазные токи являются токовыми величинами в каждом проводнике.

Схемы трехфазных цепей

В схемной конфигурации «звезда» имеется три фазных провода. Если нулевые точки системы питания и приемника соединены, то получается четырехпроводная «звезда».

В схеме различаются межфазное напряжение, находящееся между проводниками фазы (его еще именуют линейным), и фазное – между отдельными проводниками фазы и N-проводником.

Что такое фазное напряжение, наиболее наглядно определяется с помощью построения векторов – это три симметричных вектора U(А), U(В) и U(С). Здесь же видно, что такое линейное напряжение:

• U(АВ) = U(А) – U(В);
• U(ВС) = U(В) – U(С);
• U(СА) = U(С) – U(А).

Важно! Векторные построения дают представления о сдвиге между согласующимися фазным и межфазным напряжением – 30°.

Следовательно, линейное напряжение для звездной схемы с равномерными нагрузками можно рассчитать так:

Uab = 2 x Ua x cos 30° = 2 x Ua x √3/2 = √3 x Ua.

Аналогично находятся другие показатели фазного напряжения.

Линейное и фазное напряжение, если суммировать векторные величины всех фаз, равны нулю:

• U(А) + U(В) + U(С) = 0;
• U(АВ) + U(ВС) + U(СА) = 0.

Если к «звезде» подсоединяется электроприемник с сопротивлением, идентичным в каждой фазе:

Za = Zb = Zc,

то можно произвести расчет линейного и фазного токов:

• Ia = Ua/Za;
• Ib = Ub/Zb;
• Ic = Uc/Zc.

Построение векторов в схеме «Y»

Применительно для общих случаев «звездной» системы линейные токовые величины идентичны фазовым.

Обычно предполагается, что источник, питающий электроприемники, симметричен, и только импеданс определяет работу схемы.

Поскольку суммирующий токовый показатель соответствует нулю (закон Кирхгофа), то в случае четырехпроводной системы в нейтральном проводнике ток не течет. Система будет вести себя одинаково, независимо, существует нейтральный проводник или нет.

Для активной мощности трехфазного приемника справедлива формула:

P = √3 x Uф I x cos φ.

Реактивная мощность:

Q = √3 x Uф I x sin φ.

«Y» при асимметричной нагрузке

Это такая схемная конфигурация, где токовая величина одной фазы отличается от другой, либо различны фазовые сдвиги токов по сравнению с напряжениями. Межфазовые напряжения будут оставаться симметричными. По векторным построениям определяется появление сдвига нулевой точки от центра треугольника. Результатом является асимметрия фазных величин напряжений и появление Uo:

Uo = 1/3 (U(А) + U(В) + U(С)).

Несмотря на асимметричную нагрузку, суммирующий токовый показатель нулевой.

«Y» без N-проводника при асимметричной нагрузке

Важно! Работа схемы с асимметричной нагрузкой зависит от того, есть или нет N-проводник.

Иначе ведет себя схема, когда подключен N-проводник с незначительным полным сопротивлением Zo = 0. Нулевые точки ИП и электроприемника оказываются гальванически связанными и имеют одинаковый потенциал. Фазное напряжение разных фаз приобретает идентичное значение, а токовая величина в N-проводнике:

Io = I(А) + I(В) + I(С).

Схема четырехпроводной «Y»

При передаче мощности принято использовать трехпроводные системы на уровнях высокого и среднего напряжения. На низком уровне напряжения, где трудно избежать несбалансированных нагрузок, применяются четырехпроводные системы.

Схема «Δ»

Подключая конец каждой фазы электроприемника к началу следующей, можно получить трехфазный ток с последовательно подсоединенными фазами. Полученная схемная конфигурация называется «треугольником». В таком виде она может работать только как трехпроводная.

С помощью векторных построений, понятных даже для чайников, иллюстрируются фазные и линейные напряжения и токи. Каждая фаза электроприемника оказывается подключенной на линейное напряжение между двумя проводниками. Линейное и фазное напряжение идентичны на приемнике электроэнергии.

Схема «Δ» и построения векторов

Межфазовые токи для «треугольника» – I(А), I(В), I(С). Фазные – I(АВ), IВС), I(СА).

Линейные токи находятся из векторных построений:

• I(А) = I(АВ) – I(СА);
• I(В) = I(ВС) – I(АВ);
• I(С) = I(СА) – I(ВС).

Суммирующая токовая величина в симметричной системе соответствует нулю. Среднеквадратичные величины фазных токов:

I(АВ) = I(ВС) = I(СА) = U/Z.

Поскольку фазовый сдвиг между U и I равен 30°, линейный ток в данной конфигурации будет равен:

I(А) = I(АВ) – I(СА) = 2 x I(АВ) x cos 30° = 2 x Iф x √3/2 = √3 x Iф.

Важно! Эффективная величина линейного тока превышает в √3 раз эффективную величину тока фазы.

Трехфазный и однофазный ток

Схемная конфигурация «Y» дает возможность использовать два разных напряжения при питании потребителей бытовой и промышленной сети: 220 В и 380 В. 220 В получается с использованием двух проводников. Один из них –фазный, другой – N-проводник. Напряжение между ними соответствует фазному. Если взять 2 проводника, оба представляющие собой фазы, то напряжение между фазами носит название линейного и равно 380 В. Для подключения используются все 3 фазы.

Распределение напряжений в однофазной и трехфазной системах

Основные различия однофазной и трехфазной систем:

1. Однофазный ток предполагает питание через один проводник, трехфазный – через три;
2. Для завершения цепи однофазного питания требуется 2 проводника: еще один нейтральный, для трехфазного – 4 (плюс нейтральный);
3. Наибольшая мощность передается по трем фазам, в отличие от однофазной системы;
4. Однофазная сеть более простая;
5. При неисправности фазного провода в однофазной сети питание полностью пропадает, в трехфазной – подается по двум оставшимся фазам.

Интересно. Никола Тесла, первооткрыватель многофазных токов и изобретатель асинхронного двигателя, использовал двухфазный ток с разностью фаз 90°.Такая система пригодна для создания вращающегося магнитного поля больше, чем однофазная, но меньше, чем трехфазная. Двухфазная система поначалу получила распространение в США, но затем полностью исчезла из употребления.

Сегодня почти все электроснабжение основано на низкочастотном трехфазном токе при параллельном использовании индивидуальных фаз. Практически все электростанции имеют генераторы, производящие трехфазный ток. Трансформаторы могут работать с трехфазным или однофазным током. Наличие реактивной мощности в подобных сетях требует установки компенсирующего оборудования.

Видео

Взглянув в электрощиток или на опору, стоящую рядом с вашим домом, вы скорее всего увидите 2 или 4 провода, приходящие к вам, которые являются фазой и нулем или тремя фазами и нулем. Почему к нам чаще всего приходит именно такое количество фаз, а не 2, 4 или, например, 5? Ответ электрика в нашей статье.

Почему не хватает одной фазы?

На самом деле варианты и с двумя фазами тоже встречаются, но это довольно редкое явление. Как правило, это потребители, которые были подключены в конце девяностых – начале двухтысячных, когда появлялись мощные потребители и одной фазы сечением 1,5 мм2 уже не хватало. Однако чаще мы все же встречаем 1 или 3 фазы. Одной фазы вполне хватает для работы большинства электроприборов (при достаточном сечении проводки). Для проведения трех фаз есть несколько причин.

Первая заключается в необходимости запитать трехфазные потребители, например, электрический котел отопления. Соответственно в этом случае ставится трехфазный счетчик (не путать с многотарифным), общий вводной автомат и несколько линейных автоматов.

Вторая причина такая же, как и в случае с двумя фазами — возможность разгрузить фазы при наличии большого количества мощных однофазных потребителей. В особенности это необходимо, когда есть сварочный аппарат. Или же нужно подключить на отдельную фазу варочную панель, водонагреватель или систему «теплый пол». Благодаря такому четкому распределению нет перекоса фаз и напряжение на каждой примерно одинаковое и в пределах нормы.

Почему не 4, 5 или больше фаз?

Тут ответ кроется в экономической целесообразности. В России подавляющее количество электроэнергии тратится на работу трехфазных двигателей. Для создания вращающегося электромагнитного поля необходимо минимум 3 фазы, каждая из которых смещается относительно другой на 120° (см. рис. ниже). При наличии трех фаз двигатель будет нормально и стабильно работать.

В теории можно подключить и 4 фазы, что кстати даст возможность двигателю работать «ровнее». Но для работы четвертой фазы необходимо будет вести дополнительный провод, что в масштабе страны составляет миллионы тонн цветного металла, дополнительные изоляторы, усиленные опоры и т.д. Все это несет колоссальные затраты, которые по факту не оправданы. Так что в этом случае три фазы — это «золотая середина».

Итак, три фазы НЕОБХОДИМЫ для работы трехфазных двигателей, а четыре, пять или больше — это лишняя трата денег.

Интересное из мира электрики:

• Почему между фазой и нулем 220 В, а между фазами 380 В?
• Как европейцы зарабатывают на солнечной энергии: реальный опыт

Вступление

Здравствуй Уважаемый читатель сайта Elesant.ru. Электрический ток «доставляется» до потребителя по высоковольтным линиям электропередач. Электрический ток линий электропередач имеет высокое напряжение и напрямую не может использоваться потребителями. Для повседневного использования электрического тока доставленного ЛЭП его напряжение нужно понизить.

Для этого возле потребителей устанавливаются специальные трансформаторные подстанции. Трансформаторные подстанции понижают высоковольтное напряжение до номинальных значений пригодных для использования. Остановимся немного на подстанциях.

Трансформаторная подстанция

Трансформаторные подстанции это электроустановка, предназначенная для приема, преобразования и распределения электроэнергии от линий электропередач.

Состоят подстанции из понижающего трансформатора, распределительного устройства (РУ) и устройств управления.

По способу строительства и расположения подстанции подразделяются на пристроенные, встроенные, внутрецеховые. Для загорода наиболее распространены мачтовые и столбовые подстанции.

Основным элементом подстанции является понижающий трансформатор. Понижающие трансформаторы могут быть трехфазные и однофазные. Однофазные трансформаторы используются в комплексе с трехфазными трансформаторами и в основном в сельской местности.

Понижается напряжение в трансформаторах до номинального рабочего напряжения 380 или 220 вольт. Называются эти напряжения линейным и фазным соответственно. А питание потребителей называется соответственно трехфазным и однофазным. Рассмотрим виды питания потребителей подробнее.

Однофазное электрическое питание

Однофазное электропитание запитывает потребителя от одной фазной линии и линии нулевого рабочего провода. Линии для однофазного питания называют однофазными электрическими сетями. Номинальное рабочее напряжение однофазных электрических сетей составляет 220 вольт.

Сами однофазные сети тоже можно разделить в зависимости от рабочих проводников.

Однофазная двухпроводная сеть

В однофазных двухпроводных сетях для электропитания используются два провода: фазного(L) и нулевого (N). Такая электрическая сеть не предусматривает заземление электроприборов. Двухпроводная электрическая сеть была да и остается самой распространенной в старом жилом фонде.

Если у вас дома проводка выполнена проводами с алюминиевыми жилами, скорее всего у вас двухпроводная электрическая сеть.

Пример схемы: однофазная двухпроводная сеть в квартире

Однофазная трехпроводная сеть

В однофазных трехпроводных сетях используются три провода: фазного(L), нулевого (N) и защитного, заземляющего. Третий заземляющий провод предназначен для дополнительной защиты человека от поражений электрическим током. Соединение заземляющего провода с корпусами электроприборов (заземление), позволяет отключать электропитание при замыкании фазного провода на корпус прибора (короткого фазного замыкания). Обозначается PE.

Заземление защищает не только человека от поражений электротоком, но и спасает сами электроприборы от перегораний.

Пример схемы:однофазная трехпроводная сеть в квартире

Трехфазное электрическое питание

При трехфазном питании в электрощит квартиры или ВРУ дома заводится три питающие фазы(L1;L2;L3) и нулевой рабочий проводник(N). Номинальное рабочее напряжение между любыми фазными проводами составляет 380 вольт. Напряжение между любым фазным проводом и рабочим нулем составляет 220 вольт. От электрощита проводка, распределяется по квартире или дому, согласно схеме электропроводки, обеспечивая 220 вольтовое или з80 вольтовое питание для электроприборов.

При расчете трехфазной электросети важно правильно распределить нагрузку между тремя фазами. Неравномерное распределение нагрузки между фазами приведут к перекосу фаз, сильный перекос фаз приведет к аварийной ситуации вплоть до обгорания одной из фаз.

Распределить трехфазное питание по квартире или дому можно электрокабелями с четырьмя или пятью проводами

Трехфазная четырехпроводная электрическая сеть

При четырехпроводной электропроводки электропитание происходит от трех фазных проводов и рабочего нуля. От электрощитка или распределительной коробки проводка распределяется по розеткам и светильникам двумя проводами: каждым фазным и нулевым(L1-N; L2-N; L3-N).Напряжением 220 вольт. На схемах фазы могут обозначаться А, В, С.

Пример схемы: трехфазная четырехпроводная сеть в квартире

Трехфазная пятипроводная электрическая сеть

В трехфазной пятипроводной электрической сети «появляется» пятый заземляющий провод, выполняющий защитные функции. Обозначается (PE)

Важно! Во всех трехфазных сетях важно равномерное распределение нагрузки (потребляемой мощности) между фазами. Опредилять нагрузку сети при трехфазном питании нельзя по основному закону электротехники, зокону Ома. Для расчетов нужно учитывать коэффициент мощности(cosф) и коэффициент спроса (Кспроса). Обычно для квартир cosф=0,90-0,93;Кспроса=0,8. Значение 0,8 принимается, если потребителей более 5.

Пример схемы:трехфазная пятипроводная сеть в квартире

Нормативные ссылки

Правила Устройства Электроустановок(ПУЭ),издание 7.

Другие статьи раздела: Электрические сети

• Автоматы защиты
• Виды опор линий электропередачи по материалу
• Виды опор по назначению
• Воздушные линии электропередачи проводами СИП
• Деревянные опоры воздушных линий электропередачи
• Железобетонные опоры линий электропередачи
• Железобетонные опоры линий электропередачи
• Защита человека от поражения электрическим током, прямое и косвенное прикосновение
• Как получает электроэнергию потребитель низкого напряжения 380 Вольт
• Колодцы кабельной сети этапы установки

Что лучше – однофазный или трехфазный ввод?

Потребление электроэнергии в жилых домах непрерывно растет.

В середине двадцатого века в каждом частном доме всего то и было электроприборов, что электроплита, несколько лампочек и, в лучшем случае, телевизор или радиоприемник. Сегодня бытовых электроприемников просто тьма в любом жилом помещении, и в частных домах стали все чаще выполнять трехфазные кабельные вводы. От традиционной однофазной сети многие отказываются.

Но в чем же преимущества трехфазной сети? И стоит ли безусловно отдавать ей предпочтение?

Многие полагают, что трехфазная сеть позволит потреблять больше мощности, то есть включать больше приборов. Это не совсем так. Максимально разрешенная мощность указывается в технических условиях на подключение. Как правило, для трехфазной сети это 15 кВт на домохозяйство, а для однофазной – 10 или те же 15 кВт. Очевидно, что выгода по мощности небольшая, а может и вовсе отсутствовать.

Однако следует не забывать, что при одинаковой мощности для трехфазной сети можно использовать вводной кабель существенно меньшего сечения. Причина находится буквально на поверхности: мощность, а, следовательно, и ток распределяется по трем фазам, в меньшей степени нагружая фазный провод в отдельности. Номинал вводного автоматического выключателя в трехфазной сети, соответственно, тоже будет меньшим.

Но эти преимущества не имеют существенного значения. Разве так уж важно, какое сечение у вводного кабеля и номинал у вводного автомата? Гораздо важнее тот факт, что вводной распределительный щит для трехфазной сети будет иметь большие габариты.

Последнее связано с тем, что трехфазный счетчик заведомо больше любого однофазного. Вдобавок и вводной автоматический выключатель будет занимать три или четыре модуля (если нулевой проводник тоже разрывается). Трехфазные УЗО тоже отличаются повышенными габаритами, так что вводной распределительный щит на несколько ярусов для «трехфазки» — обычная картина.

Это недостаток трехфазного ввода в частный дом. А вот возможность непосредственного подключения в сеть трехфазных электроприемников – электрических котлов, асинхронных электроприводов – это несомненное преимущество. Любой счастливый владелец частного дома с трехфазным вводом охотно пользуется этой «форой». Ведь асинхронные двигатели, включенные в трехфазную сеть, работают с лучшими энергетическими и механическими параметрами. А мощные электроприемники – котлы, электроплиты, обогреватели – не вызывают «перекоса фаз».

«Перекос фаз» в этом вопросе вообще тема очень щекотливая. Поскольку магистральная сеть всегда трехфазная, а обеспечить одинаковую нагрузку во всех трех фазах практически невозможно, то напряжение по фазам никогда не будет одинаковым. Выполнение трехфазного ввода не поможет изменить ситуацию к лучшему – ведь кроме вас в этой сети еще очень много разных потребителей. Но в своей сети после прибора учета необходимо распределить нагрузку максимально равномерно. Это возлагает дополнительную ответственность на электрика, выполняющего монтаж.

В однофазной электрической сети «перекос фаз» часто становится причиной того, что потребители, подключенные к неудачной фазе, вынуждены мириться со слишком низким сетевым напряжением. Обладателям трехфазного ввода подобные проблемы неведомы, поскольку они могут подключать важные, ответственные однофазные электроприемники к той фазе, которая не подверглась просадке из-за «перекоса».

Рабочее напряжение трехфазной сети составляет 380 вольт. Это ощутимо выше привычных 220 вольт. Поэтому при работе и эксплуатации трехфазной сети необходимо больше внимания уделять электробезопасности.

С позиций норм пожарной безопасности трехфазный ввод также является более опасным, так как ток короткого замыкания при напряжении 380 вольт будет намного выше.

Таким образом, к недостаткам трехфазного ввода в частный дом можно отнести:

1. Повышенная опасность поражения электрическим током и пожарная опасность из-за более высокого напряжения. Это повышение опасности не очень велико и заметно. Однако не лишним будет установить дополнительный трехполюсный автомат большого номинала непосредственно перед вводом в здание, особенно если дом деревянный. Это спасет от короткого замыкания на вводе.

2. Большие габариты распределительного вводного щита. Для владельцев больших загородных резиденций этот недостаток не критичен – им места всегда хватает. Остальным следует принять этот фактор во внимание.

3. Необходимость установки модульных ограничителей перенапряжения во вводном щите. Вообще-то такая мера и для однофазного ввода будет не лишней, но в «трехфазке» это еще актуальнее. Ведь ваш индивидуальный рабочий ноль с большой вероятностью может оборваться, а это будет чревато перенапряжением как минимум в одной, наименее нагруженной фазе.

Достоинствами же трехфазного ввода являются:

1. Возможность перераспределять нагрузку между фазами, избегая эффекта «перекоса фаз».

2. Возможность непосредственного включения в сеть трехфазных мощных электроприемников. Это самое важное преимущество трехфазного ввода.

3. Снижение токовых номиналов вводной защитной аппаратуры и сечения вводного кабеля.

4. В некоторых случаях, при лояльном отношении со стороны энергосбытовой компании, – возможность увеличить максимальную разрешенную мощность потребления электроэнергии.

Таким образом, на практике выполнение трехфазного ввода становится целесообразным для частных домов с жилой площадью 100 кв. метров и более. Тогда однофазных электроприемников бывает очень много, и нагрузку можно будет распределить максимально симметрично. Также трехфазный ввод подойдет для тех, кто планирует включать в сеть мощные трехфазные электроприемники.

Однофазная система

Cтраница 1

Однофазные системы чаще называют гомогенными. Система, образованная двумя и более фазами, называется гетерогенной.  

Круговая диаграмма трехфазной системы синхронной связи.  

Однофазные системы синхронной сври имеют то существенное преимущество, что могут работать от однофазной сети и позволяют достигать более резко поднимающихся характеристик М f ( б) и, кроме того, не имеют наклонности к разбегу, как это может иметь место иногда в трехфазных сельсинах.  

Схема преобразования в двухфазную систему.| Схема преобразования однофазной системы в уравновешенную трехфазную.  

Однофазная система может быть преобразована в уравновешенную. Добавочные реактивные сопротивления Хс и XL подобраны так, чтобы модули ZA — jxc и ZB jxL были одинаковы ( и равны модулю Zc), а аргументы равны — я / 3 и я / 3 соответственно. При этом получим трехфазную симметричную систему токов 1А, 1В и / с и соответствующую им трехфазную симметричную систему напряжений.  

Однофазная система может быть однородным твердым раствором либо химическим соединением. Сплавы, состоящие из двух и более фаз, имеют микро неодно родную структуру и представляют собою механическую смесь исходных компонентов, их твердых растворов или химических соединений.  

Однофазная система называется гомогенной. Например, смеси газов, растворы, кусок монокристалла представляют собой гомогенные системы. Макроскопические свойства гомогенной системы во всех ее точках одинаковы или меняются непрерывно при переходе от одной точки к другой.  

Однофазные системы синхронной передачи, в которых сельсин-приемник работает в трансформаторном режиме, получили применение как измерители угла рассогласования в следящих приводах. Они обеспечивают дистанционное измерение угла между ведущей и исполнительной осями сельсинов.  

Однофазная система переменного тока неэкономична вследствие несовершенства однофазных электрических машин и повышенных потерь при передаче энергии. Промышленная выработка электроэнергии ее передача и потребление осуществляются трехфазной системой. Отдельные цепи, составляющие трехфазную систему, называются фазами.  

Внутри однофазной системы произвольно могут изменяться и давление, и температура.  

Однофазную систему анализируемого раствора можно превращать в двухфазную, состоящую из жидкой и газообразной фаз, что осуществляют путем отгонки мешающих компонентов в виде газообразных веществ. Можно также из анализируемого раствора в газообразном виде выделить определяемое ( обнаруживаемое) вещество.  

Каждая однофазная система ( 1 — 4), согласно правилу фаз, имеет две степени свободы, следовательно, на диаграмме состояния серы должно быть четыре области, внутри которых можно произвольно изменять давление и температуру, не вызывая при этом изменения числа и вида фаз.  

Если однофазная система имеет единичную массу, то теплоемкости называются удельными теплоемкостями.  

Если однофазная система состоит из песк.  

Рассматриваются только однофазные системы с пульсирующим ( невращающемся) полем. Поэтому независимо от числа лучей вторичная обмотка однофазна.