Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Трёхфазная сеть с соединением обмоток звездой и треугольником — базовая конфигурация систем передачи и распределения электроэнергии переменного тока. Выбор схемы соединения определяет соотношение между линейными и фазными напряжениями и токами, наличие нейтрали и область применения, поэтому понимание различий между звездой и треугольником необходимо при проектировании, монтаже и эксплуатации электроустановок.
Ниже разобраны обе схемы: как соединяются обмотки при соединении звездой и треугольником, какие соотношения связывают линейные и фазные величины через коэффициент √3, какую роль играет нейтральный проводник и в каких случаях применяют каждую из схем.
Трёхфазная система — это совокупность трёх электрических цепей переменного тока, в которых действуют синусоидальные ЭДС одной частоты, сдвинутые друг относительно друга по фазе на 120° (2π/3). Такой сдвиг обеспечивает равномерную во времени передачу мощности и позволяет получить вращающееся магнитное поле, на котором основана работа асинхронных и синхронных машин.
В трёхфазной сети различают два вида напряжений и токов. Фазное напряжение — напряжение на отдельной обмотке (фазе) источника или приёмника; в сети с нейтралью — это напряжение между линейным проводом и нейтралью. Линейное напряжение — напряжение между двумя линейными проводами. Аналогично фазный ток протекает в обмотке фазы, а линейный ток — в линейном проводе. Соотношение между этими величинами зависит от схемы соединения обмоток — звездой или треугольником.
Коэффициент √3 ≈ 1,732 связывает линейные и фазные величины в трёхфазной симметричной системе и является ключевым для всех расчётов звезды и треугольника.
При соединении звездой концы всех трёх обмоток соединяют в одну общую точку — нейтральную точку (нейтраль). Начала обмоток подключают к линейным проводам. От нейтральной точки может отходить нейтральный (нулевой) провод — тогда система становится четырёхпроводной; без него — трёхпроводной.
При симметричной системе линейное напряжение больше фазного в √3 раз, а линейный ток равен фазному, поскольку каждая обмотка включена последовательно со своим линейным проводом.
Uₗ = √3 · Uф
Iₗ = Iф
Uₗ = √3 · 230 ≈ 398 ≈ 400 В
Четырёхпроводная звезда позволяет получить одновременно два уровня напряжения: фазное — для однофазных приёмников (между линией и нейтралью) и линейное — для трёхфазных (между линиями). Это главное практическое преимущество схемы.
При соединении треугольником конец первой обмотки соединяют с началом второй, конец второй — с началом третьей, конец третьей — с началом первой, образуя замкнутый контур. К точкам соединения подключают линейные провода. Нейтральной точки в треугольнике нет, поэтому схема всегда трёхпроводная.
В треугольнике каждая обмотка включена непосредственно между двумя линейными проводами, поэтому линейное напряжение равно фазному. При этом линейный ток при симметричной нагрузке больше фазного в √3 раз.
Uₗ = Uф
Iₗ = √3 · Iф
Поскольку в треугольнике нет нейтрали, получить фазное напряжение относительно общей точки невозможно — доступно только линейное напряжение. Поэтому треугольник применяют там, где не требуется питание однофазных приёмников от нейтрали.
Сводные соотношения для симметричной трёхфазной системы приведены в таблице. Они позволяют пересчитывать величины между схемами и служат основой всех практических расчётов.
Из таблицы видно симметрию: то, что для напряжений верно в звезде, для токов верно в треугольнике. В звезде √3 «появляется» в напряжении, в треугольнике — в токе.
Мощность трёхфазной системы удобно выражать через линейные величины: формула одинакова для звезды и треугольника, что упрощает расчёты независимо от схемы соединения.
P = √3 · Uₗ · Iₗ · cosφ
S = √3 · Uₗ · Iₗ
Q = √3 · Uₗ · Iₗ · sinφ
Через фазные величины активная мощность записывается как сумма мощностей трёх фаз: при симметрии P = 3 · Uф · Iф · cos φ. Обе записи эквивалентны, поскольку подстановка соотношений звезды или треугольника приводит к одному результату.
P = √3 · 400 · 20 · 0,85 ≈ 11 780 Вт ≈ 11,8 кВт
S = √3 · 400 · 20 ≈ 13 856 В·А ≈ 13,9 кВ·А
Важное следствие: при неизменном линейном напряжении переключение симметричного приёмника со звезды на треугольник увеличивает потребляемую мощность примерно в три раза, поскольку на каждую обмотку в треугольнике приходится напряжение в √3 раз большее, а ток — в √3 раз больший.
Нейтральный (нулевой рабочий) проводник в четырёхпроводной звезде соединяет нейтральную точку источника с нейтральными точками приёмников. Его основная функция — обеспечить фазное напряжение для однофазных приёмников и выровнять напряжения на фазах при несимметричной нагрузке.
При симметричной нагрузке сумма токов трёх фаз равна нулю, и ток в нейтрали отсутствует. При несимметрии по нейтрали протекает ток небаланса. Если нейтральный провод оборван, при несимметричной нагрузке возникает перекос фаз: напряжения на фазах перераспределяются, и на части приёмников напряжение может выйти за допустимые пределы. Поэтому в цепи нейтрали четырёхпроводной сети не устанавливают коммутационные и защитные аппараты, разрывающие только нейтраль.
Способ соединения нейтрали с землёй определяет систему заземления электроустановки (TN, TT, IT). Эти системы классифицируются нормативными документами по устройству электроустановок и выбираются исходя из условий электробезопасности.
Выбор между звездой и треугольником определяется требуемыми уровнями напряжения, наличием однофазных приёмников и режимом работы оборудования.
Четырёхпроводную звезду применяют в распределительных сетях низкого напряжения, где нужно одновременно питать трёхфазные и однофазные приёмники. Именно по схеме звезды с нейтралью выполнено большинство бытовых и коммунальных сетей: линейное напряжение для трёхфазной нагрузки и фазное — для однофазной.
Треугольник применяют для симметричной трёхфазной нагрузки, не требующей нейтрали: обмотки трансформаторов, трёхфазные двигатели, конденсаторные установки. Замкнутый контур треугольника удобен для циркуляции токов высших гармоник, кратных трём.
Схему переключения используют для пуска мощных асинхронных двигателей. На время разгона обмотки соединяют звездой: на каждую обмотку приходится напряжение в √3 раз меньше линейного, поэтому пусковой ток и пусковой момент снижаются примерно втрое по сравнению с прямым пуском в треугольнике. После разгона обмотки переключают на треугольник — рабочий режим с полной мощностью.
Номинальные напряжения трёхфазных сетей переменного тока устанавливает ГОСТ 29322-2014, гармонизированный с международным стандартом. Для низковольтных сетей общего назначения принята пара 230/400 В при частоте 50 Гц, где меньшее значение — фазное напряжение (фаза — нейтраль), большее — линейное (между фазами).
При нормальных условиях напряжение питания не должно отличаться от номинального более чем на ±10 %. Значения 230/400 В являются результатом эволюции систем 220/380 В; обозначение через дробь (фазное/линейное) прямо указывает на структуру сети, а отношение чисел в паре равно √3. При этом в нормировании качества электроэнергии в сетях низкого напряжения исторически используется пара 220/380 В, поэтому оба обозначения встречаются в действующей документации.
В звезде концы обмоток соединены в общую нейтральную точку, линейное напряжение в √3 раз больше фазного, а линейный ток равен фазному; возможна нейтраль. В треугольнике обмотки образуют замкнутый контур, линейное напряжение равно фазному, а линейный ток в √3 раз больше фазного; нейтрали нет.
В соединении звездой линейное напряжение равно фазному, умноженному на √3 (примерно 1,732). Например, при фазном 230 В линейное составляет около 400 В. В треугольнике линейное и фазное напряжения равны.
Коэффициент √3 возникает из геометрии сложения синусоидальных величин, сдвинутых по фазе на 120°. При векторном сложении фазных напряжений в линейное или фазных токов в линейный модуль результата оказывается в √3 раз больше исходного.
Нейтраль обеспечивает фазное напряжение для однофазных приёмников и выравнивает напряжения на фазах при несимметричной нагрузке. При симметрии ток в нейтрали отсутствует, при несимметрии по ней течёт ток небаланса. Обрыв нейтрали при несимметрии вызывает перекос фаз.
Через линейные величины активная мощность равна P = √3 · U_л · I_л · cos φ, полная — S = √3 · U_л · I_л. Формула одинакова для звезды и треугольника. Например, при U_л = 400 В, I_л = 20 А и cos φ = 0,85 активная мощность составляет около 11,8 кВт.
При пуске в звезде на каждую обмотку приходится напряжение в √3 раз меньше линейного, поэтому пусковой ток и момент снижаются примерно втрое. После разгона обмотки переключают на треугольник для работы на полной мощности. Это снижает броски тока в сети при пуске.
Согласно действующему стандарту напряжений, предпочтительная пара — 230/400 В при 50 Гц с допуском ±10 %. Значения 220/380 В, сложившиеся исторически, продолжают применяться. Для промышленных установок используется также 400/690 В.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.