我國三相四線制電網相電壓220V時,線電壓為什麼是380V?我的理解

2020-11-21 口口木的筆記

昨天從電壓矢量(或相量)的角度說明了一下相電壓和線電壓的關係,有網友提到從三角函數的角度解釋會更好。個人覺得從三角函數的角度解釋比較直接,但可能會不太好理解。矢量或相量的角度說明比較直觀,相對更容易理解。昨天的文章連結如下:「為什麼兩根火線是380V,一根火線是220V?」之口口木的筆記回答

這裡對電壓矢量(或相量)的文章中主要內容再說明如下:

「 我們先說明一下什麼是線電壓,什麼是相電壓:

線電壓是指多相供電系統中兩線之間的電壓,對於三相電就是三相引出線的相間電壓,這三相引出線就是題主說的火線,任意兩根火線之間的電壓是380V。相電壓是指任意一相(火線)與零線之間的電壓,為220V,也就是題主說的一根火線也零線之間的電壓。雖然三相電壓任意一相(火線)與零線之間的電壓為220V,但是任意兩相之間的相位差為120度,下圖就是相電壓的矢量圖,UAN,UBN,UCN分別是相電壓,可以理解為線段AN,BN,CN的長度為220。

根據上文中線電壓的定義,線電壓是任意兩相之間的電壓,即UAB,UBC,UCA分別是線電壓

UAB=UBN-UANUBC=UCN-UBNUCA=UAN-UCN矢量圖可以標示為如下圖,線電壓的大小可以理解為線段BA,CB,AC的長度。

有了以上的說明,線電壓與相電壓的大小關係就可以轉化為上圖的幾何關係,由於A, B, C之間相差120度,因此三角形ABN為頂角為120度的等腰三角形。根據幾何關係,線段AB的長度為線段AN的1.732倍(根號3倍),即

相電壓(火線與零線之間)為220V時,線電壓(兩根火線之間)為220V*1.732=381V(約等於380V)。」

對於以上內容有網友提到三相電源的三個繞組有兩種連接方式:星形連接和三角形連接。記得上學時的確有說到這兩種連接,但因於本人並不是電工,因此我不確定在我國的三相電網是不是這兩種連接的電源都有?(如果有人清楚的話歡迎給我普及一下)對於這個問題,我在網上也查了一下,說法是「我國低壓配電系統中,大都採用三相四線制,線電壓為380V,相電壓為220V,標註為380/220V」,也就是星形連接(如果是三角形連接的話線電壓等於相電壓)。在我們公司我接觸到的三相電源線電壓也是380V,相電壓為220V,因此以下說明中還是以星形連接的三相電源為例,從三角函數的角度進行解釋和說明。至於為相電壓是220V(不包括船用或其它特殊情況),這個我認為是國家規定的,不同國家的電壓是不同的,這裡不作討論。這裡只討論我國低壓配電系統中的三相四線制電源中相電壓是220V時,為什麼線電壓是380V?

由於我國的三相電源中每一相電源的電壓有效值為220V,頻率為50Hz,相位差為120度(2pi / 3),所以三個相電源的電壓UAN, UBN, UCN用三角函數公式分別表示為:

根據上文中線電壓的定義,線電壓(火線之間)是任意兩相之間的電壓,即UAB,UBC,UCA:

上式整理後為:

從以上線電壓(火線之間)的三角函數公式中可以看出,線電壓的有效值為220(相電壓)的根號3倍,即220*1.732=381V(約等於380V)。

以下是用Simulink仿真的結果,與以上理解分析是一致的

相電壓(火線與零線之間)仿真:

相電壓(火線與零線之間)波形:

相電壓(火線與零線之間)、線電壓(火線之間)仿真:

相電壓(火線與零線之間)、線電壓(火線之間)波形:

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