Однофазные и трехфазные электрические цепи

Вопросы и ответы

Что такое фаза в электричестве — определение понятия Фаза в электричестве – это разговорное название провода, находящегося под напряжением относительно другого, который называют нуль.

Это название произошло из-за того что вырабатываемый на подстанциях ток, подающийся в дома, является переменным, то есть ЭДС, создаваемые на подстанциях, имеют одну и ту же частоту (для России и стран СНГ она составляет 50 Гц), но сдвинуты относительно друг друга во времени на определённый фазовый угол.

 В дома обычно подаются все три фазы и нет никакого значения, к какой фазе подключена ваша квартира. Рисунок 1. Электрика и электричество – схематическое изображение фазы, нуля и земли На рис. 1 схематично нарисована схема проведения электрического тока в квартиру от общей системы. Буквами $L1$, $L2$, $L3$ обозначены 1-3 фазы, а буквой $N$ – нулевой провод.

На рис. 2 показано схематическое подключение тока к квартире от трасформатора, буквой $L_T$ обозначена фаза на трансформаторе, буквой $L$ – фаза в кварт

Что такое фаза в электричестве — определение понятия

Фаза в электричестве — это разговорное название провода, который является токоведущим относительно другого, который называется нулем. Такое название связано с тем, что ток, вырабатываемый на подстанциях и подаваемый в дома, переменный, то есть ЭДС, создаваемая на подстанциях, имеет одинаковую частоту (для России и стран СНГ — 50 Гц), но сдвинута относительно друг друга во времени при определенном фазовом угле. В дома обычно подведены все три фазы и не важно, к какой фазе подключена ваша квартира.

На рис. 1 схематически изображена схема проведения электрического тока в квартиру от общей системы. Буквы $L1$, $L2$, $L3$ обозначают 1-3 фазы, а буква $N$ обозначает нулевой провод.

На рис. 2 показана схема подключения питания в квартиру от трансформатора, буква $L_T$ обозначает фазу трансформатора, буква $L$ – фаза в квартире, буква $R_H$ – подключаемый электроприбор с некоторое сопротивление $R_H$.

От трансформатора идет 2 провода, один так называемый фазный провод с напряжением, а другой нулевой провод, с которого снято заземление, сделанное путем помещения контакта в землю. Помимо самой земли есть и другие источники заземления, на этих рисунках заземление обозначено буквами $Zml$.

На рис. 3 показан случай, когда нулевой заземляющий провод не заводится в квартиру от сетевого узла, а заземляется непосредственно в квартире. Напряжение $L_T$ между нулем и фазой будет одинаковым для рисунков 2 и 3, но не рекомендуется заземлять напряжение от трансформатора непосредственно в квартире.

Принцип работы сети переменного тока

Чтобы понять, что такое фаза в электричестве, нужно представить характеристики переменного тока. Отличается от постоянной периодическими изменениями, как по смыслу, так и по направлению. Его характеристиками являются напряжение в данный момент времени и частота (отношение числа циклов к единице времени). Переменный ток находится в розетках и напрямую подключен к электрощиту.

Однофазный ток

Он подается от распределительного щита по двум проводам (фазе и нейтрали), между которыми находится напряжение 220 вольт. В электричестве фаза — это провод, по которому электрический ток проводится к розетке или электроприбору. Что такое ноль в электричестве? Это снова кабель, идущий от розетки, по которому ток направляется обратно.

Иногда вопрос, что интересует ноль, связан с заземлением. Физически это разные провода, хотя потенциалы у них одинаковые. Однофазный ток может подаваться к потребителю как двумя проводами (без заземления), так и тремя (с ним). Заземление выполняется для отвода утечки, защиты жильцов от поражения электрическим током и техники от перегрузки.

Двухфазный ток

Это комбинация двух однофазных, сдвинутых друг относительно друга на 90°. Конструктивно это выглядит как комбинация двух фазных проводов (с заданным сдвигом) и двух нулевых.

Трехфазный ток

Здесь конструкция состоит уже из трех токовых фаз, каждая из которых смещена от предыдущей на 120°. В жилых домах такой ток распределяется по четырем проводам (три фазы и нейтраль) или по пяти (указанный плюс заземление). Пройдя через распределительный щит, розетки в квартире запитываются через фазу и ноль.

Маркировка кабелей по цвету

Это один из самых простых способов. Чтобы определить, какая фаза и ноль по цвету, нужно четко знать, какие оттенки и чему они соответствуют. Вы можете воспользоваться информацией о принятых в стране стандартах.

Ни для кого не секрет, что каждый провод имеет индивидуальный цвет. Поэтому обнаружение нулей не должно быть проблемой. Знания позволят легко справиться с установкой светильника или установкой розетки.

Этот метод особенно актуален для новостроек. Ведь там, как правило, провода рисуют опытные специалисты, четко соблюдающие нормы и стандарты. Принятый на территории РФ в 2004 году стандарт МЭК 60446 строго регламентирует разделение фазы, земли и нуля по цвету.

Стоит учесть, что:

  • если провод имеет синий или сине-белый оттенок, можно смело сказать, что это рабочий ноль
  • защитная нейтраль представлена ​​кабелями в желто-зеленой оболочке
  • остальные цвета характерны для фазы. Он может быть красным, коричневым, белым или черным. Возможны и другие варианты.

Это обозначение успешно используется в большинстве случаев. Но если проводка старая, или есть сомнения в профессионализме электриков, целесообразнее использовать несколько способов.

Структура электросети, основные элементы

Электросеть является связующим звеном между генераторами и приемниками электрической энергии. Источниками энергии во внутренних сетях производственных и жилых помещений являются ВРУ (вводные распределительные устройства).

Кабели подключаются к ним с помощью выключателей и предохранителей, которые управляют электрооборудованием или группой приемников через сборные шины и распределительные коробки.

Фаза и ноль: их значение в сети питания

Электроэнергия на контакты потребителей подается от подстанций, которые снижают входящее напряжение до 380 В. Вторичная обмотка такого трансформатора имеет соединение звездой – три контакта соединены друг с другом в точке «0», остальные три вывода идут к клеммам «А»/«В»/«С».

Провода, подключенные к точке «0», подключаются к «земле». В этой же точке проводник разделяется на «нулевой» (обозначен синим цветом) и защитный «РЕ» кабель (желто-зеленая линия).

Эта модель электропроводки используется во всех строящихся в настоящее время домах. Она называется системой TN-S. По этой схеме к распределительному оборудованию дома подходят трехфазные кабели и два указанных нуля.

В домах, на предприятиях и в зданиях старой постройки проводник «РЕ» часто отсутствует, и поэтому схема не пятипроводная, а четырехпроводная (обозначается как «TN-C»).

Все электрические линии от подстанций подключены к экрану, образуя трехфазную систему. Кроме того, уже есть разделение на отдельные входы. В каждую квартиру на входной площадке подается только одно фазное напряжение — 220 В (провода «О»/»А») и защитный кабель «РЕ.

Вся возникающая нагрузка на систему электроснабжения при таком расположении распределяется в равном количестве, так как разводка проводится на каждом этаже дома и конкретные экраны подключаются к определенной линии электропередач с напряжением 220 В.

Цепь входного напряжения представляет собой «звезду», которая в точности повторяет все векторные характеристики питающей трансформаторной подстанции. При отсутствии потребителей в розетках ток в этой цепи не течет.

Эта схема присоединения готовилась годами. Она подтвердила свое право на использование тем, что была признана лучшей из всех существующих. Но в нем, как и в любом устройстве, механизме или приспособлении, время от времени могут возникать всевозможные поломки и неисправности.

Как правило, они связаны с некачественными электрическими соединениями или полным обрывом кабелей где-то в цепи.

Что происходит в нуле и фазе при обрыве провода.

Обрывы линии довольно часто случаются из-за ошибок мастеров – они забывают подключить фазу или ноль. Такие поломки встречаются довольно часто. Также довольно часто происходит процесс выгорания нуля на щите доступа, например, из-за высокой нагрузки в системе.

Если в каком-либо звене цепи возникает спешка, вся цепочка перестает работать, потому что она раскрывается. В таких ситуациях не имеет значения, какой провод поврежден – фазный или нулевой. То же самое происходит и при прорыве между распределительным щитом в многоэтажке и щитком в подъезде. При такой спешке все потребители, которые были подключены к этому щитку, останутся без питания.

Все ситуации, которые мы попытались описать выше, имеют место быть. Они могут показаться сложными, но опасности для человечества не представляют. Ведь шел всего один провод, так что это совсем не опасно.

Очень тревожная ситуация, когда пропадает контакт между контуром заземления на подстанции и центральной точкой, на которую подается все напряжение на домовой щиток.

Именно в этом варианте электрический ток движется по цепям АВ, ВС, СА. Суммарное напряжение этих цепей 380В. Именно по этой причине возникает довольно опасная ситуация – на одном щите может вообще не быть напряжения, потому что владелец отключит все электроприборы, а на другом образуется очень высокий уровень напряжения, порядка 380В.

Это может способствовать выходу из строя многих устройств, ведь для них требуется напряжение 220В.

Конечно, этой ситуации можно избежать. Существует много дешевого/дорогого оборудования, которое защитит ваше оборудование от скачков напряжения. В состав этого оборудования также входит стабилизатор напряжения. Стабилизаторы бывают разных видов:

  • Простая фаза;
  • Три фазы.

Устройство бытовой электропроводки

Стандартная схема электропроводки содержит следующие элементы:

  • многотарифный электросчетчик;
  • автоматический выключатель с номинальным значением тока 25 А;
  • механизм отключения, защищающий от короткого замыкания и перегрузки сети;
  • дифференциальный выключатель с порогом 30 мА (ток утечки), защищает розетки;
  • шкафы монтажные с деками (нулевой и заземляющей) и щитами для установки выключателей;
  • несколько автоматических устройств освещения с номинальным значением тока 10 А;
  • кабели с распределительными коробками, ведущие к розеткам и светильникам.

Часто владельцев квартир интересует, плюс фаза или минус, и чем отличается ноль от земли. Так как электрическая фаза имеет переменный потенциал, индикатор этого в фазном проводе становится либо положительным, либо отрицательным. Поэтому было бы неправильно говорить, что фаза — это минус (или плюс) — эти понятия лежат в разных плоскостях.

Теперь о том, чем ноль отличается от земли. Отличие в том, что ток проходит по нулевому проводу и размыкается автоматически (например начальный).

Для заземления в многоквартирном доме необходимо подключение к жиле, расположенной в стояке, предназначенном специально для этого. Категорически запрещается использовать для заземления любое другое место, в том числе и щитовой дом — это грозит серьезными проблемами для здоровья жильцов.

Однофазный и трёхфазный переменный ток. Определения

Переменный ток — это ток, изменение величины и направления которого повторяется через равные промежутки времени.

Электрический ток, сила которого изменяется по синусоидальному закону во времени и дважды за период меняет знак (направление), называется током переменным.

Переменный ток бывает однофазным и трехфазным. Однофазный ток передается по двум проводам (фазе и нейтрали). Для передачи трехфазного тока требуется три провода (по одному проводу на каждую фазу).

Три синусоидальных (переменных) напряжения одинаковой частоты и амплитуды, сдвинутые по фазе на 120 градусов, образуют трехфазную сеть.

Широко распространены трехфазные сети: трехфазное сетевое электричество экономит электропроводку; трехфазные генераторы, электродвигатели и трансформаторы дешевле, легче, экономичнее.

Широкое применение переменного тока в различных областях техники объясняется простотой изготовления и преобразования, а также простотой конструкции генераторов и двигателей переменного тока, надежностью их работы и простотой эксплуатации. Современная энергетика требует передачи энергии на большие расстояния с помощью электрического тока.

Такая передача требует возможности простого и эффективного преобразования энергии. Такое преобразование возможно только с использованием трансформаторов, которые работают только на переменном токе. Основным стимулом для разработки электрических устройств переменного тока является возможность получения источников сильного тока.

Современные генераторы тепловых и гидроэлектростанций имеют мощность 100 — 1500 МВт. Наиболее простыми и дешевыми электродвигателями являются асинхронные двигатели переменного тока, в которых отсутствуют подвижные электрические контакты. Для передачи переменного тока на большие расстояния требуется меньше проводов, чем для передачи постоянного тока.

Основные параметры переменного тока. Период, частота

Основными параметрами переменного тока являются следующие величины:

  • мгновенные значения тока и напряжения — их значения в любой момент времени;
  • амплитудные значения для тока и напряжения — максимальные значения для мгновенных значений;
  • действующие значения тока и напряжения;
  • период — период времени, в течение которого ток совершает полное колебание и принимает одно и то же мгновенное значение и знак, период выражается в секундах (с), миллисекундах (мс) и микросекундах (мкс).
  • частота есть величина, обратная периоду f = 1/T, где T — период;

Единицей измерения частоты является герц (Гц), f = 1/с = 1 Гц.

Частота также измеряется в килогерцах (кГц), мегагерцах (МГц) и гигагерцах (ГГц).

Промышленная частота электросети в России и в большинстве стран мира — 50 Гц (в США — 60 Гц). Причина такого выбора проста: понижение частоты недопустимо, так как уже при текущей частоте 40 Гц лампы накаливания заметно мерцают для глаза; увеличение частоты нежелательно, так как повышенная частота отрицательно влияет на передачу энергии по проводам и на работу многих электроприборов.

Однофазный переменный ток и его параметры

Переменный ток долгое время не находил практического применения. Это было связано с тем, что первые генераторы электрической энергии производили постоянный ток, что полностью удовлетворяло технологические процессы в электрохимии, а двигатели постоянного тока обладали хорошими регулирующими свойствами.

Однако с развитием производства постоянный ток стал все меньше удовлетворять растущие потребности в экономичном электроснабжении. Переменный ток позволял эффективно разделять электрическую энергию и изменять величину напряжения с помощью трансформаторов. Появилась возможность производить электроэнергию на крупных электростанциях с последующей хозяйственной раздачей потребителям, увеличился радиус электроснабжения.

В настоящее время центральное производство и распределение электрической энергии осуществляется в основном на переменном токе. Цепи переменного — переменного тока — по сравнению с цепями постоянного тока имеют ряд особенностей. Переменные токи и напряжения вызывают переменные электрические и магнитные поля.

В результате изменения этих полей в цепях возникают явления самоиндукции и взаимоиндукции, оказывающие наиболее существенное влияние на процессы, происходящие в цепях, усложняя их анализ.

Переменный ток (напряжение, ЭДС и т д.) — это ток (напряжение, ЭДС и т д.), изменяющийся во времени. Токи, значения которых повторяются через равные промежутки времени в одной и той же последовательности, называются периодическими, а кратчайший интервал времени, в течение которого наблюдаются эти повторения, называется периодом Т.

Основные параметры однофазных цепей переменного тока.

Однофазный переменный ток промышленной частоты имеет 50 циклов в секунду или 50 Гц. Он используется для привода небольших вентиляторов, бытовых приборов, электроинструментов, для электросварки и для привода большинства осветительных приборов. Частота переменного тока, Гц:

f= 1/T=np/60,

где n – частота вращения генератора, minˉ 1; p — количество пар полюсов генератора.

Однофазный переменный ток:

активная, Вт, Па = IUcosφ;

реактивная, вар, Q = IUsinφ;

по-видимому, BA, S = IU =

Если в цепь однофазного переменного тока включено только активное сопротивление (например, нагревательные элементы или электрические лампы), значение тока и мощности в каждый момент времени определяют по закону Ома:

Я=У/Р; Ra = IU = I²R = U²/R.

Коэффициент мощности в цепи с индуктивной нагрузкой

Cosφ= Ra/IU= Ra/S.

Основные понятия и величины, характеризующие электрические цепи

Концепции:

Электрическая цепь – это совокупность устройств, предназначенных для прохождения электрического тока, электромагнитных процессов, которые можно описать с помощью терминов напряжение и ток. В общем случае электрическая цепь состоит из источников и приемников электрической энергии и промежуточных звеньев (проводов, устройств), соединяющих источники с приемниками.

Источниками электрической энергии являются устройства (гальванические элементы, батареи, термопары, генераторы), в которых происходит процесс преобразования химической, молекулярно-кинетической, тепловой, механической или других видов энергии в электрическую.

Приемниками электрической энергии (нагрузкой) являются устройства (электрические лампы, электронагреватели, электродвигатели, резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности), в которых электрическая энергия преобразуется в световую, тепловую, механическую и т д.

Значения:

Электрический ток и напряжение являются основными величинами, характеризующими состояние электрических цепей.

Электрический ток в проводниках представляет собой явление упорядоченного движения электрических зарядов. Термин «ток» означает также интенсивность или силу тока, измеряемую количеством электрического заряда q, проходящего через поперечное сечение проводника в единицу времени:

Следовательно, ток — это скорость изменения заряда во времени. В СИ заряд выражается в кулонах (Кл), время выражается в секундах (с), а сила тока выражается в амперах (А).

Ток как отношение двух скалярных величин есть скалярная алгебраическая величина, знак которой зависит от направления движения зарядов одного знака, а именно условно принятого положительного заряда. Для однозначного определения знака тока для положительного направления достаточно произвольно выбрать одно из двух возможных направлений, отмеченных стрелкой.

Если положительный заряд движется в направлении стрелки, а отрицательный заряд движется против него, то ток положительный. Когда направление движения зарядов меняется на противоположное, ток будет отрицательным.

Однозначно задать ток как определенную функцию времени можно только после указания выбранного положительного направления тока. Поэтому перед началом анализа необходимо отметить положительные направления токов на всех участках цепи, выбор которых может быть произвольным.

Прохождение электрического тока или перенос зарядов в цепи связано с преобразованием или потреблением энергии. Для определения энергии, используемой для перемещения заряда между двумя рассматриваемыми точками на проводнике, вводится новая величина — напряжение.

Напряжение – это количество энергии, необходимое для перемещения единицы заряда из одной точки в другую:

, где w — энергия, где w — энергия.

При измерении энергии в джоулях (Дж) и заряда в кулонах (Кл) напряжение выражается в вольтах (В).

Напряжение как отношение двух скаляров также является скалярной алгебраической величиной. Для однозначного определения знака напряжения между двумя выводами рассматриваемой части схемы одному из выводов условно присваивают положительную полярность, которую отмечают либо стрелкой, направленной от вывода, либо знаками « + »,«—

Напряжение положительное, если полярность соответствует выбранной; это означает, что потенциал вывода со знаком «+», от которого исходит стрелка, выше, чем потенциал другого вывода. Напряжение положительное, если полярность соответствует выбранной; это означает, что потенциал вывода со знаком «+», от которого исходит стрелка, выше, чем потенциал другого вывода.

Перед началом анализа необходимо указать выбранные положительные полярности напряжения — только при этом условии возможно однозначное определение напряжений.

Хотя условная положительная полярность напряжения может быть выбрана произвольно, обычно удобно выбирать ее в соответствии с выбранным положительным направлением тока, когда стрелки тока и напряжения равны или знак + для полярности напряжения находится на хвосте стрелки, указывающей на положительное направление потока.

При последовательном выборе полярности, очевидно, достаточно ограничиться указанием только одной стрелки в положительном направлении тока.

При необходимости выбора положительной полярности напряжения, не соответствующей положительному направлению тока, необходимо указать две противоположно направленные стрелки: для тока и для напряжения. Это не очень практично. Поэтому для обозначения условно положительной полярности будем использовать знаки «+.», «-» на выводах схемной части.

Ток в электрической цепи, равный произведению напряжения и силы тока, также является алгебраической величиной. Знак определяется знаками напряжения и тока: при совпадении этих знаков ток положительный, что соответствует расходу энергии на рассматриваемом участке цепи; если знаки напряжения и тока не совпадают, то воздействие отрицательное, а значит, излучается из части цепи (такая часть является источником энергии).

Читайте также: Усилитель для антенны цифрового телевидения своими руками

Получение переменного тока

Нынешнее поколение основано на явлении электромагнитной индукции, открытом Майклом Фарадеем. Суть его в следующем: в проводнике, помещенном в магнитное поле с изменяющимися свойствами, возникает электродвижущая сила (ЭДС).

Параметры магнитного поля означают:

  • плотность силовых линий;
  • угол их направления относительно ведущего.

Обеспечить изменение показателей магнитного поля можно несколькими способами:

  1. перемещать (вращать) проводник в поле постоянного магнита;
  2. вращать постоянный магнит вокруг проводника;
  3. поместите проводящий элемент в поле электромагнита (проволока, намотанная в виде катушки) с протекающим по нему переменным током.

В электрогенераторах используются первые два способа, последний — в трансформаторах тока. Приведение в действие магнита или проводника требует затрат механической энергии. Он преобразуется в электричество генератором. Направление ЭДС определяется по правилу правой руки.

В этом положении, когда силовые линии с силой входят в ладонь, а отведенный в сторону большой палец совпадает с вектором движения проводника, остальные пальцы указывают направление ЭДС. Простейшая динамо-машина представляет собой проволочную раму, вращающуюся между постоянными магнитами, соединенными с электрической цепью.

Контакт между подвижной рамкой и неподвижными токопроводящими элементами цепи скользящий: к концам рамки прикрепляются кольца, графитовые щетки (имеющие низкий коэффициент трения) прижимаются до тех пор, пока эти кольца не прикрепятся к концам цепи.

Вращающаяся часть генератора или электродвигателя, в нашем примере это рама, называется ротором. Фиксированный статор.

ЭДС, наведенная в рамке, определяется по формуле: E = B * S * ω * sinα, где B — магнитная индукция, S — площадь рамки, ω — угловая частота, A — угол поворот кадра.

Меняется только угол α, поэтому график изменения ЭДС имеет вид синусоиды. Так как ток в соответствии с законом Ома равен отношению ЭДС к сопротивлению нагрузки (I=E/R), он также является синусоидальным.

Синусоидальность переменных ЭДС и тока означает, что они периодически меняют не только свою величину, но и направление на противоположное.

Преимущества

По сравнению с постоянным током переменный ток выигрывает в следующем:

  1. упрощает, удешевляет и делает более надежной конструкцию электродвигателей и генераторов;
  2. позволяет преобразование с помощью трансформатора;
  3. снижает потери при передаче;
  4. переменный ток легко преобразовать в постоянный, а постоянный в переменный гораздо сложнее.

Недостатки переменного тока

Основным недостатком переменного тока является наличие реактивной мощности. Как известно, конденсатор и дроссель проявляют свои реактивные свойства только в цепях переменного тока. Проще говоря, катушка и конденсатор создают реактивное сопротивление переменному току, но не используют его.

В результате этого из всей мощности, выдаваемой генератором переменного тока, часть тока не используется для полезной работы, а просто бесполезно циркулирует между генератором и нагрузкой. Такая мощность называется реактивной и является вредной. Поэтому его стараются свести к минимуму.

Однако большинство нагрузок — двигатели, трансформаторы и сами провода — являются индуктивными элементами. А чем больше индуктивность, тем больше доля реактивной мощности от общей, и с этим надо бороться.

Другой основной недостаток переменного тока состоит в том, что он протекает не по всему сечению проводника, а смещается ближе к поверхности. В результате площадь, по которой протекает электрический ток, уменьшается, что, в свою очередь, приводит к увеличению сопротивления проводника и увеличению потерь мощности в нем.

Чем выше частота, тем больше ток смещается к поверхности проводника и, наконец, тем выше потери мощности.

Электрификация железных дорог на переменном токе

Российский пассажирский электровоз переменного тока ЭП1П выпускается на Новочеркасском электровозостроительном заводе.

В России и республиках бывшего СССР около половины всех железных дорог электрифицированы на однофазном переменном токе частотой 50 Гц. На контактный провод подается напряжение ~ 25 кВ (обычно до 27,5 кВ с учетом потерь), рельсы выполняют роль второго (обратного) провода.

Электрификация проводится также по системе 2×25 кВ (две по двадцать пять кВ), когда на отдельную питающую линию подается напряжение ~50 кВ (обычно до 55 кВ с учетом потерь), а половинное напряжение 50 кВ приложено к контактной сети от автотрансформаторов (т.е. 25 кВ). Электровозы и электропоезда переменного тока не нуждаются в замене при эксплуатации на участках 2×25 кВ.

Проводится курс на дальнейшее расширение номенклатуры тяги переменного тока как за счет недавно электрифицированных участков, так и за счет перевода некоторых линий с постоянного тока на переменный.

Генерация и трансформация

Принцип получения электричества прост. Если магнитное поле вращается вдоль неподвижного множества катушек витков проводника, или наоборот, катушка вращается вокруг неподвижного магнитного поля, то за счет явления электромагнитной индукции на концах обмоток возникает разность потенциалов.

При каждом изменении угла поворота в результате описываемого кругового движения выходное напряжение также будет изменяться как по величине, так и по направлению.

Описанный условный генератор с постоянной угловой скоростью на частоте вращения вала вырабатывает синусоидальный переменный ток с формой волны, не отличающейся от подаваемой в бытовую сеть. Реальные генераторы намного сложнее, но они работают на тех же принципах электромагнитной индукции.

Описанный условный генератор с постоянной угловой скоростью на частоте вращения вала вырабатывает синусоидальный переменный ток с формой волны, не отличающейся от подаваемой в бытовую сеть. Реальные генераторы намного сложнее, но они работают на тех же принципах электромагнитной индукции.

Эти же законы помогают не только в производстве переменного тока, но и в его передаче и распределении. Преобразование напряжения энергетическими компаниями не может осуществляться без электрических машин, называемых трансформаторами

Вот почему изобретение Теслы было так важно для революции в области транспорта электроэнергии

Любой трансформатор состоит из следующих элементов:

  • первичная и вторичная обмотки;
  • основной.

Слово «первичная» используется для обмотки, на которую подается электрическое напряжение, которое необходимо преобразовать. Напряжение, индуцируемое во вторичной обмотке, всегда равно напряжению, приложенному к первичной обмотке, умноженному на отношение числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки. Трансформатор позволяет ступенчато изменять напряжение.

Параметры

В характеристике переменного тока различают основные и дополнительные параметры.

  • частота;
  • период;
  • амплитуда;
  • эффективное значение.

Дополнительный:

  • угловая частота;
  • фаза;
  • мгновенное значение.

Частота

Буквенное обозначение ф, единица измерения герц (Гц). Указывает количество полных циклов колебаний тока в секунду.

Частота переменного тока на выходе простого генератора определяется скоростью вращения ротора. В системе электроснабжения России и других стран бывшего СССР используется ток частотой 50 Гц.

Кривые изменения синусоидального переменного тока при различной частоте

В некоторых случаях частоту увеличивают за счет преобразования тока. Например, в инверторных сварочных аппаратах и ​​импульсных источниках питания — до 20 — 80 кГц. На этой частоте значительно уменьшаются габариты трансформатора и потери в нем. В некоторых устройствах частота настроена на несколько МГц.

Период

Обозначение – «Т», единица измерения – секунда. Период — продолжительность полного цикла колебаний тока. Этот параметр связан с частотой следующим соотношением:

Т = 1/ф.

Следовательно, в сети период тока равен 1/50 = 0,02 с = 20 мс.

Амплитуда

Максимальное значение тока или ЭДС соответствует пику полуволны. Обозначается соответственно Im и Um. За период эти значения дважды достигают значений амплитуды — с положительным и отрицательным знаком.

Действующее значение

Это постоянный ток, который соответствует заданной переменной по выполненной работе. Постоянно изменяющийся переменный ток неудобно использовать в расчетах, так как он заменяется действующим значением. Обозначается буквами I и U.

Для синусоидального тока и ЭДС определяется по формуле:

I = 2^(-1/2) * Im = (1/1,414) * Im = 0,707 Im;

U = 2^(-1/2) * мкм = 0,707 мкм;

Действующим значением является напряжение бытового тока 220 В. Амплитуда 311 В. Аналогично, если говорят, что нагрузка использует ток 5А, то имеют в виду действующее значение. Амплитуда тока 7,07 А.

Угловая частота

Задает скорость изменения угла α в формуле расчета ЭДС. Соответствует угловой частоте вращения ротора. Так как угол ai за период изменяется на 2π при стандартной частоте f = 50 Гц, то угловая частота будет: ω = 2π * 50 = 100 π.

Фаза — характер изменения угла α относительно точки отсчета времени. Токи и ЭДС могут быть в фазе или иметь сдвиг. Последняя измеряется в радианах, градусах или долях периода. Говорят, что при фазовом сдвиге π (1/2 периода) величины находятся в противофазе.

Фазовый сдвиг переменного тока и напряжение

Как определить ноль и фазу собственными силами.

Для определения нуля и фазы тока существуют специальные тестовые отвертки.

Он работает по принципу пропускания тока низкого напряжения через тело использующего его человека. Отвертка состоит из следующих частей:

  • Советы по подключению к фазному потенциалу розетки;
  • Резистор, уменьшающий амплитуду электрического тока до безопасных пределов;
  • Светодиод, загорающийся при наличии в цепи тока фазного потенциала;
  • Плоский разъем для создания цепи через тело оператора.

Принцип работы с тестовой отверткой показан на фото ниже.

Помимо тестовых отверток, есть и другие способы определить, какой штырь розетки подключен к фазе тока, а какой к нулю. Некоторые электрики предпочитают использовать более точный тестер, используя его в режиме вольтметра.

Показания стрелки вольтметра означают:

  1. Наличие напряжения 220 В между фазой и нулем
  2. Нет напряжения между землей и нейтралью
  3. Нет напряжения между фазой и нейтралью

На самом деле в последнем случае стрелка должна показывать 220 В, но в данном случае центральный контакт розетки не соединен с потенциалом земли.

Оцените статью
Блог об электричестве
Adblock
detector