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為什麼家庭電路的電壓是220v
為什麼家庭電路的電壓是220v
更新时间:2025-03-07 04:13:43

衆所周知,家庭用電的入戶電壓一般都是220V,但也有的是380V。那麼問題來了,這個220V和380V的區别在哪裡呢?

為什麼家庭電路的電壓是220v(為什麼家用選擇220V電路)1

可能有的讀者會說:“這不就是相電壓和線電壓的區别嘛!”,的确,220V是相電壓,380V是線電壓,但這并不是它們不一樣的原因,因為在三角形接法的三相電路中,相電壓和線電壓是相等的。

為什麼家庭電路的電壓是220v(為什麼家用選擇220V電路)2

所以,要真正了解220V和380V的區别,就得先了解相電壓和線電壓的定義,以及掌握基本的三角函數計算。

一、相電壓和線電壓的定義

入戶電壓為220V的用戶,稱為單相用戶,其入戶線路有兩根,分别為火線與零線。所謂“單相”,其實是指單根相線,這個相線就是我們常說的火線,因為它一直帶有電壓,所以就跟帶火一樣危險。而零線其實就是中性線,因為它在正常情況下是直接接地的,所以電壓能保持為0V,就稱為零線。

為什麼家庭電路的電壓是220v(為什麼家用選擇220V電路)3

顯然,火線(或者說相線)與零線(或者說中性線)之間的電壓稱為相電壓,火線與火線之間的電壓稱為線電壓,但這是基于存在零線的情況下的。如果三相線路采用三角形接法時,那麼它是沒有零線(中性線)的,此時的相電壓和線電壓有如何定義呢?

為什麼家庭電路的電壓是220v(為什麼家用選擇220V電路)4

圖1-1

不管是三角形接法還是星形接法,三相電路中,三相電源和三相負載中每一相的電壓稱為相電壓,各輸電線的線端之間的電壓,稱為線電壓,如下圖1-1所示。顯然,相電壓是基于電源和負載的,而線電壓是基于輸電線路的。

例如上文所說的單相用戶,就可以看成三相電路中的每相負載,如下圖1-2所示。配電變壓器低壓側引出四根線,即三相四線制的三根火線與一根零線,每個單相用戶都選擇三根火線中的一根分接,而零線都是從總零線分接,這樣就可以形成單相回路,為單相負載供電。

為什麼家庭電路的電壓是220v(為什麼家用選擇220V電路)5

接在同一根火線上的所有單相用戶為并聯關系,電壓都是220V,把他們看作一個整體,作為該相負載,如上圖1-2所示的C相負載,這其實是兩個單相用戶并聯後的總負載。

知道了什麼是相電壓和線電壓後,我們就可以分析220V和380V之間的數值關系啦,接下來讓我們一起看看它們的區别到底在哪裡吧!

二、220V和380V的區别

根據圖1-1所示的電路,我們可以發現,在三角形接法中,相電壓的正負極其實就是線電壓的正負極,即相電壓直接等于線電壓,這沒什麼好說的。我們主要看星形接法下的電壓關系,而星形連接方式也是配電變壓器低壓繞組所采用的連接方式。

為了便于分析,我們可以用相量來表示相電壓和線電壓,所謂“相量”,其實就是用帶有箭頭的有向線段來表示電壓,不理解的可以把它當作數學中的向量。其中相量的方向表示電壓的初相位,長度表示電壓的大小,如下圖1-3所示的3個相電壓,它們的相位依次互差120°,長度均相等,表示220V的電壓大小。

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圖1-3

關于箭頭的指向與初相位的關系,我們可以參考直角坐标軸,如圖1-3所示,橫軸正半軸對應角度為0°,按逆時針旋轉,角度變大,例如縱軸正半軸對應90°角,順時針旋轉,角度變小,例如縱軸負半軸對應角度為-90° 。

圖1-3的3個相電壓中,A相電壓相量初相角為0°,B相滞後A相120°,所以在圖中表示為順時針旋轉120°,同理C相電壓相量超前A相電壓120°,所以逆時針旋轉120°。此時3個相電壓對稱。

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圖1-4

星形接法中,線電壓是等于兩個相電壓的相量差的,如圖1-4所示,例如線電壓UAB 等于相電壓UA 減去UB 。注意,這裡的相減不是簡單的數值相減,而是相量的相減。至于為什麼UAB 等于相電壓UA 減去UB ,可以這樣理解,中性點N接地,的電位為零,所以A相的電壓其實就是端點A的電位,同理,端點B的電位為UB ,端點AB間的電壓為兩點的電位差,這就是線電壓UAB 。

那麼,相量的相減如何計算呢?在回答這個問題之前,我們先來看一個例子。如下圖1-5所示,有甲、乙兩個人,從起點(中性點)出發,分别沿UB 、UA 兩個方向前進220米,UB 、UA 兩個方向夾角為120°,問最後甲和乙之間的距離為多少米。

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圖1-5

這個問題的計算很簡單,甲乙終點間的距離可以用乙的位移減去甲的位移,結合三角函數的知識,将甲、乙的起點與終點連在一起,可以發現這是一個等腰三角形,如下圖1-6所示。等腰三角形的角平分線和高為同一條線,且與底邊交點即為底邊中點。

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圖1-6

三角形内角和為180°,頂角為120°,可以得出兩個底角為(180°-120°)/2=30°。直角三角形(綠紅黑)的紅色邊長就等于220×cos30°,如圖1-6所示,最終就可以得出甲、乙終點間的距離為220√3≈380米(紅色邊長的兩倍)。

同理,相量UA 和UB 的相減其實就是UA 和UB 尾端間的長度,對比圖1-3和圖1-6,可以發現,甲乙終點間距離也就是線電壓UAB 的長度,而長度又表示電壓大小,所以在相電壓為220V時,可以得出線電壓為380V。

為什麼家庭電路的電壓是220v(為什麼家用選擇220V電路)10

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