火线电压为220V,为什么两根火线之间就成了380V?

时间:08-22来源:作者:点击数:

我们知道,家庭电路使用的都是220V的交流电,而有些特殊的设备对电压的要求比较高,需要使用380V的电压,这种情况下,一般都就会在室外接上两根不同的火线,两根火线之间的电压就是380V,那么这个电压是怎么来的呢?想要了解这个问题,我们就得先从发电的原理开始讲起。

发电原理

我们知道,当导体切割磁感线时,便会产生感应电动势,这个时候如果在导体的两端接上电器,那么便会有电流流过用电器,这便是一个最简单的发电模型。

让导体切割磁感线有两种方式,一种是让磁体不动,线圈运动,另一种是让线圈不同,磁体运动。由于发电线圈是要外接电路的,因此让线圈转动显然不太合理。所以一般的发电机都是线圈不动,磁体运动。

比如下面这个就是一个最简单的单相发电模型,这个发电机由一组线圈构成,当磁体旋转过程中,磁感线方向在不断的变化,在这个变化过程中,线圈中的电流方向也会变化,于是电路中便产生了大小和方向不断变化的电流,也就是交流电。如果设定某个合适的磁场大小以及线圈转速,便可以产生220V的正弦交变电流。

但发电机利用单个线圈发电效率不高,运行也不太稳定,为保证发电机的稳定运行,发电机至少需要三个绕组,也就是三组线圈同时发电,理论上发电的相数可以更高,但三相最经济,因此世界各国普遍使用三相发电、供电。假设三组线圈同时单独发电,每个线圈两端都需要引出导线,那么一个发电机就要引出六根线,对于远距离输电来说,将会大大增加线缆的使用量,成本高昂。

那么如何解决这个问题呢?这时我们可以将三组线圈的其中一端共接,并形成一根导线引出,同时再把这根线接地,这根线被称为中性线,这个接法被称为星形接法。

星型接法

中间的接出的这根中性线实际上也就是零线,所以整个电动机一共会有四根线接出,三根火线和一根零线。因为任意一根火线与零线都之间都有一个线圈组在发电,因此任意一根火线与零线之间都是220V的交变电压。

那么火线与火线之间的电压是多少呢?

由于每个线圈之间的角度相差120度,因此在线圈旋转发电过程中,不同线圈之间的电压相位也会相差120度,也就是1/3个旋转周期。那么我们可以在坐标系中做出三组线圈的电压的曲线。

三相交变电压曲线

发电过程中,中性线还还会另外接地,那么中性线端对应的电势为零,所以火线与中性线之间的电压大小实际就等于火线端的电势,由于两根火线之间的电压大小等于两根火线端的电势差,而这个电势大小与单相电输出的电压大小又是相等的(因为零线电势为零,所以火线的电势大小就等于单相电输出的电压大小),所以两根火线之间的电压就等于两个单相电压之差。我们知道单相220V正弦交流电的电压公式U1=220sin(ωt+ψ1),相位相差120°的电压则对应为U2=220sin(ωt+ψ1+π/3),那么两个电压之差U1-U2=√3·220sin(ωt+ψ2),通过这个计算结果可以知道,两根火线之间的电压是单相电压的√3(1.732)倍。所以下面这个图我们就很好理解了,线R、B、Y为火线,N为零线(也就是中性线),U(RN)、U(BN)、U(YN)=220V,U(RB)、U(RY)、U(BY)=√3·220V=380V。

实际上认真观察这个结构你就会发现,任意两根火线之间其实是有两组线圈在发电,这个380V是两组线圈单独发电所产生电压的叠加。

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