看完就明白了,家用选择220V电路,而不是380V?

众所周知,家庭用电的入户电压一般都是220V,但也有的是380V。那么问题来了,这个220V和380V的区别在哪里呢?
可能有的读者会说:“这不就是相电压和线电压的区别嘛!”,的确,220V是相电压,380V是线电压,但这并不是它们不一样的原因,因为在三角形接法的三相电路中,相电压和线电压是相等的。
所以,要真正了解220V和380V的区别,就得先了解相电压和线电压的定义,以及掌握基本的三角函数计算。

01、相电压和线电压的定义

入户电压为220V的用户,称为单相用户,其入户线路有两根,分别为火线与零线。所谓“单相”,其实是指单根相线,这个相线就是我们常说的火线,因为它一直带有电压,所以就跟带火一样危险。而零线其实就是中性线,因为它在正常情况下是直接接地的,所以电压能保持为0V,就称为零线。
显然,火线(或者说相线)与零线(或者说中性线)之间的电压称为相电压,火线与火线之间的电压称为线电压,但这是基于存在零线的情况下的。如果三相线路采用三角形接法时,那么它是没有零线(中性线)的,此时的相电压和线电压有如何定义呢?

不管是三角形接法还是星形接法,三相电路中,三相电源和三相负载中每一相的电压称为相电压,各输电线的线端之间的电压,称为线电压,如下图1-1所示。显然,相电压是基于电源和负载的,而线电压是基于输电线路的。
例如上文所说的单相用户,就可以看成三相电路中的每相负载,如下图1-2所示。配电变压器低压侧引出四根线,即三相四线制的三根火线与一根零线,每个单相用户都选择三根火线中的一根分接,而零线都是从总零线分接,这样就可以形成单相回路,为单相负载供电。
接在同一根火线上的所有单相用户为并联关系,电压都是220V,把他们看作一个整体,作为该相负载,如上图1-2所示的C相负载,这其实是两个单相用户并联后的总负载。

知道了什么是相电压和线电压后,我们就可以分析220V和380V之间的数值关系啦,接下来让我们一起看看它们的区别到底在哪里吧!

02、220V和380V的区别

根据图1-1所示的电路,我们可以发现,在三角形接法中,相电压的正负极其实就是线电压的正负极,即相电压直接等于线电压,这没什么好说的。我们主要看星形接法下的电压关系,而星形连接方式也是配电变压器低压绕组所采用的连接方式。

为了便于分析,我们可以用相量来表示相电压和线电压,所谓“相量”,其实就是用带有箭头的有向线段来表示电压,不理解的可以把它当作数学中的向量。其中相量的方向表示电压的初相位,长度表示电压的大小,如下图1-3所示的3个相电压,它们的相位依次互差120°,长度均相等,表示220V的电压大小。
关于箭头的指向与初相位的关系,我们可以参考直角坐标轴,如图1-3所示,横轴正半周对应角度为0°,按逆时针旋转,角度变大,例如纵轴正半轴对应90°角,顺时针旋转,角度变小,例如纵轴负半轴对应角度为-90°。

图1-3的3个相电压中,A相电压相量初相角为0°,B相滞后A相120°,所以在图中表示为顺时针旋转120°,同理C相电压相量超前A相电压120°,所以逆时针旋转120°。此时3个相电压对称。
星形接法中,线电压是等于两个相电压的相量差的,如图1-4所示,例如线电压UAB等于相电压UA减去UB。注意,这里的相减不是简单的数值相减,而是相量的相减。至于为什么UAB等于相电压UA减去UB,可以这样理解,中性点N接地,的电位为零,所以A相的电压其实就是端点A的电位,同理,端点B的电位为UB,端点AB间的电压为两点的电位差,这就是线电压UAB。

那么,相量的相减如何计算呢?在回答这个问题之前,我们先来看一个例子。如下图1-5所示,有甲、乙两个人,从起点(中性点)出发,分别沿UB、UA两个方向前进220米,UB、UA两个方向夹角为120°,问最后甲和乙之间的距离为多少米。
这个问题的计算很简单,甲乙终点间的距离可以用乙的位移减去甲的位移,结合三角函数的知识,将甲、乙的起点与终点连在一起,可以发现这是一个等腰三角形,如下图1-6所示。等腰三角形的角平分线和高为同一条线,且与底边交点即为底边中点。
三角形内角和为180°,顶角为120°,可以得出两个底角为(180°-120°)/2=30°。直角三角形(绿红黑)的红色边长就等于220×cos30°,如图1-6所示,最终就可以得出甲、乙终点间的距离为220√3≈380米(红色边长的两倍)。

同理,相量UA和UB的相减其实就是UA和UB尾端间的长度,对比图1-3和图1-6,可以发现,甲乙终点间距离也就是线电压UAB的长度,而长度又表示电压大小,所以在相电压为220V时,可以得出线电压为380V。

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