Фазы тока и напряжения: Сдвиг фазы тока относительно напряжения

Угол сдвига фаз между током и напряжением. Измерение и вычисление | ENARGYS.RU

Начальные фазы электромагнитных синусоидальных колебаний первичного и вторичного напряжения, с частотой одинаковой величины, могут существенно различаться на некоторый угол сдвига фаз (угол φ). Переменные величины могут неоднократно в течение определенного периода некоторого времени изменяются с определенной частотой. Если электрические процессы имеют неизменный характер, а сдвиг фаз равен нулю, это свидетельствует о синхронизме источников величин переменного напряжения, например, трансформаторов. Сдвиг фазы служит определяющим фактором коэффициента мощности в электрических сетях переменного тока.

Угол сдвига фаз находится при необходимости, тогда, если один из сигналов является опорным, а второй сигнал с фазой в самом начале совпадает с углом сдвига фаз.

Измерение угла сдвига фаз производится прибором, в котором присутствует нормированная погрешность.

Фазометр может производить измерение угла сдвига в границах от 0^о до 360^о в некоторых случаях от -180^оС до +180^оС, а диапазон измеряемых частот сигналов может колебаться от 20Гц до 20 ГГц. Измерение гарантируется в том случае если напряжение входного сигнала равно от 1 мВ до 100 В, если же напряжение входного сигнала превышает эти границы точность измерения не гарантируется.

Методы измерения угла сдвига фаз

Существует несколько способов измерения угла сдвига фаз, это:

1. Использование двухлучевого или двухканального осциллографа.
2. Компенсационный метод основан на сравнении измеряемого фазового сдвига, с фазовым сдвигом, который предоставляется образцовым фазовращателем.
3. Суммарно-разностный метод, он заключается в использовании гармонических или сформированных прямоугольных сигналов.
4. Преобразование сдвига фаз во временном интервале.

Как измеряется угол сдвига фаз осциллографом

Осциллографический способ можно отнести к самому простейшему с погрешностью в районе 5^о. Определение сдвига осуществляется при помощи осциллограмм. Существует четыре осциллографических метода:

1. Применение линейной развертки.
2. Метод эллипса.
3. Метод круговой развертки.
4. Использование яркостных меток.

Определение угла сдвига фаз зависит от характера нагрузки. При определении фазного сдвига в первичной и вторичной цепях трансформатора, углы могут считаться равными и практически не отличаются друг от друга.

Угол сдвига фаз напряжений, измеряемый по эталонному источнику частоты и при использовании измерительного органа лает возможность обеспечить точность всех последующих измерений. Фазные напряжения и угол сдвига фаз зависят от нагрузки, так симметричная нагрузка обуславливает равенство фазного напряжения , токов нагрузки и угол фазного сдвига, также будет равна нагрузка по потребляемой мощности на всех фазах электроустановки.

Угол сдвига фаз между током и напряжением в несимметричных трехфазных цепях не равны друг другу. Для того чтобы вычислить угол сдвига фаз (угол φ) в цепь включают последовательно присоединенные сопротивления (резисторы), индуктивности и конденсаторы (емкости).

Рис. №1. Последовательное соединение сопротивления, индуктивности и емкости для вычисления угла сдвига фаз. В этом контуре протекает переменный ток, который способствует возникновению ЭДС.

 

Рис. №2. Схема проведения опыта по определению сдвига фаз между током и напряжением. Слева показаны схемы подключения конденсаторов, катушек индуктивности и резисторов, справа показаны результаты опыта.

Из результатов опыта можно определить, что сдвиг фаз между напряжением и током служит при определении нагрузки и не может зависеть от переменных величины тока и напряжения в электрической сети.

Как вывод, можно сказать, что:

1. Составляющие элементы комплексного сопротивления, такие как резистор и емкость, а также проводимость не будут взаимообратными величинами.
2. Отсутствие одного из элементов делает резистивные и реактивные значения, которые входят в состав комплексного сопротивления и проводимости и делают их величинами взаимообратными.
3. Реактивные величины в комплексном сопротивлении и проводимости используются с противоположным знаком.

Угол сдвига фаз между напряжением и током всегда выражается, как главный аргументированный фактор комплексного сопротивления φ.

Фаза тока, что это такое. Простым и понятным языком.

Содержание

Давайте рассмотрим, что же все таки такое – фаза тока. ⚡ Практически все новички и собственники домов часто сталкиваются с проблемой: 🛑 что же такое фаза тока в обычной электрической проводке?

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 квартире, а буква $R_H$ — это подключенный электроприбор, обладающий некоторым сопротивлением $R_H$.

От трансформатора идёт 2 провода, один — так называемый фазовый провод с напряжением, а другой – нулевой провод, от которого отведено заземление, осуществляемое помещением контакта в землю. Существуют и другие источники заземления помимо собственно земли, на данных рисунках заземление обозначено буквами $Змл$.

На рис. 3 изображён случай, когда нулевой заземлённый провод не проведён в квартиру от подстанции, а заземлён непосредственно в квартире. Напряжение $L_T$ между нулём и фазой будет одинаково для рисунков 2 и 3, однако, не рекомендуется заземлять напряжение от трансформатора непосредственно в квартире.

Принцип работы сети переменного тока

Чтобы понять, что такое фаза в электричестве, нужно представлять особенности переменного тока. От постоянного он отличается периодическими изменениями, как по значению, так и по направлению. Его характеристики – напряжение в данный момент времени и частота (отношение числа циклов к единице времени). Переменный ток находится в розетках и прямых подключениях к электрическому щиту.

Виды тока

Ток может быть постоянным и переменным. Ток, по величине не изменяющийся во временном промежутке — ток постоянного значения. Ток, величина которого, как и направление, меняется с течением времени, называется переменным.

Постоянные источники тока — аккумуляторы, батарейки и так далее. Переменный же ток «подходит» к бытовым и промышленным розеткам домов и предприятий. Основная причина этого кроется в том, что данный тип тока намного легче получать физически, преобразовывать в разные уровни напряжений, передавать по электропроводам на огромные расстояния без существенных потерь.

Однофазный ток

Переменный ток, который получают при помощи вращения в магнитном потоке проводника или системы проводников, соединенных в одну катушку, называется однофазным переменным током. Как правило, для передачи однофазного тока используют 2 провода. Называются они фазным и нулевым соответственно. Напряжение между этими проводами составляет 220 В.

Однофазное электропитание. Однофазный ток можно подвести к потребителю двумя различными способами: 2-проводным и 3-проводным. При первом (двухпроводном), для подведения однофазного тока используют два провода. По одному протекает фазный ток, другой предназначен для нулевого провода. Таким образом электропитание подведено почти во все, построенные в бывшем СССР, дома. При втором способе для подведения однофазного тока — добавляют ещё один провод. Называется такой провод заземлением (РЕ). Он предназначен для предотвращения поражения человека электрическим током, а так же для отвода токов утечки и предотвращения приборов от поломки.

Двухфазный ток

Под понятием двухфазный электрический ток все понимают – слияние двух однофазных токов, которые имеют сдвиг по фазе друг к другу. Угол сдвига может быть Pi2 либо 90 °.

Рассмотреть образование двухфазного тока можно на примере. Необходимо взять две индуктивные катушки и разместить их в пространстве так, чтобы оси этих катушек были перпендикулярны друг у другу. Затем нужно подключить обе катушки к двухфазному току. В итоге мы будем иметь систему, в которой образовалось 2 обособленных магнитных поля. В результирующем магнитном поле вектор будет вращаться с одной и той же скоростью и под одинаковым углом.

В результате такого вращения и образуется магнитное поле. Ротор с обмотками, которые произведены в форме короткозамкнутого «беличьего колеса» либо металлического цилиндра на валу, будут вращаться и тем самым приводить в движение различные частицы. Передача двухфазного тока осуществляется при помощью двух проводов: двумя фазными и двумя нулевыми.

Трехфазный ток

Здесь конструкция состоит уже из трех фаз тока, каждая из последующих смещена относительно предыдущей на 120 °. По жилым домам такой ток распределяют четырьмя проводами (три фазы и ноль) либо пятью (указанные плюс заземление). После прохождения через распределительный щит розетки в квартире им питают через одну фазу и ноль.

Маркировка кабелей по цвету

Это один из наиболее простых методов. Чтобы определить, что такое фаза и ноль по цвету, необходимо четко знать какие оттенки и чему соответствуют. Можно воспользоваться информацией о принятых в стране стандартах.

Не секрет, что каждый провод имеет индивидуальный цвет. Поэтому распознавание нуля не должно составлять особых проблем. Полученные знания позволят легко справиться с монтажом осветительного прибора или установкой розетки. Особенно актуален этот способ для новостроек. Ведь там, как правило, провода протягиваются опытными специалистами, которые четко соблюдают нормы и стандарты. Принятый на территории Российской Федерации в 2004 году стандарт IEC 60446 жестко регламентирует разделение фазы, заземления и нуля по цвету.

Стоит учесть, что:

• если провод имеет синий либо сине-белый оттенок, можно смело говорить о том, что это – рабочий ноль
• защитный ноль представлен кабелями в желто-зеленой оболочке
• другие цвета характерны для фазы. Это могут быть красный, коричневый, белый либо черный. Возможны и другие варианты.

Такое обозначение успешно применяется в большинстве случаев. Но если проводка старая, или есть сомнения в профессионализме электриков, целесообразнее пользоваться дополнительными методами.

Структура электросети, основные элементы

Электросеть является связующим звеном между генераторами и реципиентами электрической энергии. Источниками энергии во внутренних сетях производственных и жилых помещений являются ВРУ (вводно-распределительные устройства). К ним посредством коммутаторов и предохранителей подключаются кабели, осуществляющие запитку электрического оборудования либо группы приемников через шинопроводы и ящики коммутации.

Устройство бытовой электропроводки.

Вначале электроэнергия вырабатывается на электростанции. Затем через промышленную электросеть она попадает на трансформаторную подстанцию, где напряжение преобразуется в 380 вольт. Соединение вторичных обмоток понижающего трансформатора выполнено по схеме «звезда»: три контакта подключены к общей точке «0», а три оставшихся присоединены к клеммам «A», «B» и «C» соответственно. Для наглядности приводится картинка.

Объединенные контакты «0» подсоединяются к заземлительному контуру подстанции. Также здесь ноль расщепляется на:

• Рабочий ноль (на картинке изображен синим)
• PE-проводник, выполняющий защитную функцию (линия желто-зеленого цвета)

Нули и фазы тока с выхода понижающего трансформатора подводятся к распределительному щитку жилого дома. Полученная трехфазная система разводится по щиткам в подъездах. В конечном итоге, в квартиру попадает фазовое напряжение 220 В и проводник PE, выполняющий защитную функцию.

Итак, что же такое и нольфаза тока ? Нулем называют проводник тока, присоединенный к заземлительному контуру понижающего трансформатора и служащий для создания нагрузки от фазы тока, подсоединенной к противоположному концу обмотки трансформатора. Кроме того, существует так называемый «защитный ноль» — это PE-контакт, описанный ранее. Он служит для отвода токов при возникновении технической неисправности в цепи.

Этот метод подключения жилых домов к городской электросети отработан десятилетиями, но все же он не идеален. Иногда в вышеописанной системе появляются неисправности. Чаще всего, они связаны с низким качеством соединения на определенном участке цепи или полным обрывом электрического провода.

Фаза и ноль: их значение в сети питания

Электроэнергия подается к потребительским розеткам от подстанций, которые уменьшают поступающее напряжение до 380 В. Вторичная обмотка такого трансформатора имеет соединение «звезда» — три его контакта связываются между собой в точке «0», остальные три вывода идут к клеммам «А»/«В»/«С».

Соединенные в точке «0» провода подсоединяются к «земле». В этой же точке происходит деление проводника на «ноль» (обозначен синим цветом) и защитный «РЕ»-кабель (желто-зеленая линия).

Данная модель прокладки проводов пользуются во всех возводимых ныне домах. Она называется — система «TN-S». Согласно этой схеме к распределительному оборудованию дома подходят три кабеля фазы и два указанных нуля.

В домах, на предприятиях и зданиях старой застройки зачастую нет «РЕ»-проводника и поэтому, схема получается не пятипроводной, а четырех (она обозначается как «TN-C»).

Все электропровода с подстанций подсоединяются к щитку, образуя систему из трех фаз. Далее уже происходит разделение по отдельным подъездам. В каждую из квартир подъезда подается напряжение лишь одной фазы — 220 В (провода «О»/«А») и защитный «РЕ»-кабель.

Вся возникающая нагрузка на систему электроснабжения при такой схеме распределяется в равномерном количестве, поскольку на каждом этаже дома выполняется разводка и подключение конкретных щитков к определенной электролинии напряжением в 220 В.

Схема подводимого напряжения представляет собой «звезду», которая в точности повторяет все векторные характеристики питающей подстанции. Когда в розетках нет никаких потребителей, то ток в данной цепи не протекает.

Данная схема соединения отработана годами. Она подтвердила свое право на использование тем, что признана оптимальной из всех существующих. Однако, в ней, как и в любом приборе, механизме или устройстве, периодически могут появляться всевозможные поломки и неисправности. Как правило, они бывают связаны с плохим качеством электросоединения или же полным обрывом кабелей в каких-либо местах схемы.

Что происходит в нуле и фазе при обрыве провода.

Обрывы на линии достаточно часто возникают по вине мастеров – они забывают подключить фазу либо ноль. Такие поломки достаточно распространены. Так же довольно часто происходит процесс отгорания нуля на подъездном щитке например, из-за высокой нагрузки в системе.

Читайте также   порода собаки фильм маска

Если происходит порыв на любом участке цепи, то прекращает функционировать вся цепь, т.к. она размыкается. В таких ситуациях совершенно не важно, какой провод поврежден – фаза или ноль. То же самое случается и при порыве между распределительным щитом многоэтажки и щитком в подъезде. При таком порыве все потребители, которые были подключены к данному щитку, будут без электроэнергии.

Все ситуации, которые мы попытались описать выше, имеют место быть. Они могут показаться сложными, но не несут никакой опасности для человечества. Ведь обрыв произошел только одного провода, поэтому это совершенно не опасно.

Очень тревожная ситуация – когда пропадает контакт между контуром заземления на подстанции и средним пунктом, к которому поступает все напряжение внутридомового щитка.

Именно в таком варианте электрический ток движется по контурам AB, BC, CA. Совокупное напряжение этих контуров 380В. Именно по этой причине и возникает достаточно опасная ситуация – один щиток может вообще не иметь напряжения, потому что хозяин отключит все электроприборы, а на другом образуется очень высокий уровень напряжения, около 380В. Это может способствовать выходу из строя многих приборов, потому что для них необходимо напряжение в 220В.

Естественно, появление данной ситуации можно избежать. Имеется масса недорогого/дорогостоящего оборудования, которое защитит вашу технику от скачков напряжения. К такому оборудованию относится и стабилизатор напряжения. Различают такие виды стабилизаторов:

1. Однофазный;
2. Трехфазный.

Как определить ноль и фазу собственными силами

Для определения нуля и фазы тока существуют специальные отвертки-тестеры.

Она работает по принципу прохождения тока низкого напряжения через тело человека, использующего ее. Отвертка состоит из следующих частей:

• Наконечник для подключения к фазовому потенциалу розетки;
• Резистор, снижающий амплитуду электротока до безопасных пределов;
• Светодиод, загорающийся при наличии потенциала фазы тока в цепи;
• Плоский контакт для создания цепи сквозь тело оператора.

Принцип работы с отверткой-тестером показан на картинке ниже.

Кроме тестовых отверток, существуют и другие способы определить, к какому контакту розетки подключена фаза тока, а к какому – ноль. Некоторые электрики предпочитают пользоваться более точным тестером, используя его в режиме вольтметра.

 Показания стрелки вольтметра означают:

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

Вообще-то, в последнем случае стрелка должна показывать 220 В, но в данном конкретном случае центральный контакт розетки не подключен к потенциалу земли.

Зануление в квартире

Это соединение зануляющего кабеля с нулевым проводником электросети и корпусом прибора. Предполагается, что процедура обеспечивает ускорение отключения устройства от сети при прикосновении к опасному месту, если напряжение выше некоторого порога. Но она сопряжена с дополнительной опасностью: при разрыве нуля все приборы, подключенные в этот момент к сети квартиры, будут на поверхности иметь фазу (а не ноль), что создает существенную угрозу для здоровья жильцов. Поэтому проведение таких монтажных работ жестко регламентируется.

Знать, что именно называется фазой в электросети, и как ее обнаружить, чрезвычайно важно при проведении электромонтажных работ. В противном случае высок риск нанести ущерб здоровью квартирантов или состоянию электроприборов.

Как различить фазу, ноль, землю

Проще всего определить назначение проводников по цветовой маркировке. В соответствие с нормами, фазный проводник может иметь любой цвет, нейтраль – голубую маркировку, земля – желто-зеленого цвета. К сожалению, при монтаже электрики цветовая маркировка соблюдается далеко не всегда. Нельзя забывать и вероятности того, что недобросовестный или неопытный электрик легко может перепутать фазу и ноль или подключить две фазы. По этим причинам всегда лучше воспользоваться более точными способами, чем цветовая маркировка.

Определить фазный и нулевой проводники можно с помощью индикаторной отвертки. При соприкосновении отвертки с фазой загорится индикатор, так как по проводнику проходит электроток. Ноль не имеет напряжения, поэтому индикатор загореться не может.

Отличить ноль от земли можно с помощью прозвонки. Сначала определяется и маркируется фаза, затем щупом прозвонки нужно прикоснуться к одному и проводников и клемме заземления в электрощитке. Ноль звониться не будет. При прикосновении к земле раздастся характерный звуковой сигнал.

Определение сопротивления петли фаза-ноль

Для обеспечения нормального функционирования электрических приборов и проверки автоматов необходимо периодически проводить замеры сопротивления петли фаза-ноль. Потому как первоочередными причинами поломок осветительных приборов являются перегрузки сети и короткое замыкание. Измерение сопротивления позволяет в кратчайшие сроки выявить неисправность и предотвратить подобную ситуацию.

Далеко не все знают, что представляет собой понятие «петля фаза-ноль». Под этой фразой скрывается контур, образованный в результате соединения нулевого провода, находящегося в заземленной нейтрали. Замыкание этой электрической сети образует петлю фаза-ноль.

Измеряют сопротивление в этом контуре следующими методами:

• падением уровня напряжения в отключенной цепи
• падением уровня напряжения в результате сопротивления возрастающей нагрузки
• использованием профессионального инструмента, интерпретирующего короткое замыкание в цепи

Второй способ используется чаще всего, так как отличается удобством, возможностью быстро измерить сопротивление, а также безопасностью.

Электри́чество

(от лат. electricus, далее из др.-греч. ἤλεκτρον) — совокупность явлений, обусловленных существованием, взаимодействием и движением электрических зарядов. Термин введён английским естествоиспытателем Уильямом Гильбертом в его сочинении «О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле» (1600 год), в котором объясняется действие магнитного компаса и описываются некоторые опыты с наэлектризованными телами. Он установил, что свойством наэлектризовываться обладают и другие вещества.

История

Задолго до того, как появились какие-либо знания об электричестве, люди знали о свойствах электрических рыб. Древнеегипетские тексты, датируемые 2750 годом до н. э., упоминают этих рыб как «Громовержцев Нила» и описывают их как «защитников» всех других рыб. Тысячелетия спустя об электрических рыбах вновь сообщали древнегреческие, римские и арабские естествоиспытатели и врачи. Некоторые древние писатели, такие как Плиний Старший и Скрибоний Ларг, свидетельствовали о парализующем действии электрических разрядов, производимых электрическими сомами и электрическими скатами, и знали, что такие разряды могут перемещаться вдоль проводящих объектов.

Пациентам, страдающим от таких недугов, как подагра или головная боль, предписывалось дотрагиваться до электрических рыб — в надежде, что мощный разряд излечит их.

Древние культуры Средиземноморья знали, что некоторые предметы, такие как янтарные палочки, можно натереть кошачьим мехом, чтобы привлечь легкие предметы, такие как перья. Фалес Милетский сделал ряд наблюдений статического электричества около 600 г. до н. э., из которых он заключил, что трение делает янтарь магнитным — в отличие от минералов, таких как магнетит, которые не нуждаются в натирании. Фалес был неправ, полагая, что притяжение вызвано магнитным эффектом, но позже наука докажет связь между магнетизмом и электричеством.

Долгое время знание об электричестве не шло дальше подобных представлений. Хотя и существует основанная на открытии в 1936 году так называемой багдадской батареи полемическая теория, предполагающая использование гальванических элементов ещё в древности, однако неясно, был ли упомянутый артефакт электрическим по своей природе.

В 1600 году Уильям Гилберт ввёл в обращение сам термин электричество («янтарность», от др.-греч. ἤλεκτρον: [электрон] — янтарь), а в 1663 году магдебургский бургомистр Отто фон Герике создал электростатическую машину в виде насаженного на металлический стержень серного шара, которая позволила наблюдать не только эффект притягивания, но и эффект отталкивания. В 1729 году англичанин Стивен Грей провёл опыты по передаче электричества на расстояние, обнаружив, что не все материалы одинаково передают электричество. В 1733 году француз Шарль Дюфе установил существование двух типов электричества, стеклянного и смоляного, которые выявлялись при трении стекла о шёлк и смолы о шерсть. В 1745 году голландец Питер ван Мушенбрук создаёт первый электрический конденсатор — Лейденскую банку. Примерно в эти же годы работы по изучению атмосферного электричества вели и русские учёные — Г. В. Рихман и М. В. Ломоносов.

Первую теорию электричества создаёт американец Бенджамин Франклин, который рассматривает электричество как «нематериальную жидкость», флюид («Опыты и наблюдения с электричеством», 1747 год). Он также вводит понятие положительного и отрицательного заряда, изобретает молниеотвод и с его помощью доказывает электрическую природу молний. Изучение электричества переходит в категорию точной науки после открытия в 1785 году закона Кулона.

Майкл Фарадей — основоположник учения об электромагнитном поле

Далее, в 1791 году, итальянец Гальвани публикует «Трактат о силах электричества при мышечном движении», в котором описывает наличие электрического тока в мышцах животных. Другой итальянец Вольта в 1800 году изобретает первый источник постоянного тока — гальванический элемент, представляющий собой столб из цинковых и серебряных кружочков, разделённых смоченной в подсоленной воде бумагой. В 1802 году Василий Петров обнаружил вольтову дугу.

С этого открытия русского ученого началась история электрической лампочки или лампы накаливания. В дальнейшем основной вклад в создание электрической лампочки внесли русские инженеры Павел Николаевич Яблочков и Александр Николаевич Лодыгин.

Лодыгин после долгих экспериментов создал «Товарищество электрического освещения Лодыгин и компания» и в 1873 году продемонстрировал лампы накаливания своей системы. Академия наук присвоила Лодыгину Ломоносовскую премию за то, что его изобретение приводит к «полезным, важным и новым практическим применениям». Тогда же собственную конструкцию лампы параллельно разрабатывал Павел Яблочков. В 1876 году он получил патент за лампочку своей системы, которая получила название «свеча Яблочкова». После грандиозного успеха свечи Яблочкова на Парижской выставке 1878 года, которую посетило много русских, ею заинтересовались в России. Лодыгину, наоборот, не удалось наладить в России широкое производство своих ламп. Он уехал в Америку, и там узнал, что изобретенная им лампочка носит имя Эдисона. Но русский инженер не стал доказывать свой приоритет, а продолжал работу над усовершенствованием своего изобретения.

В 1820 году датский физик Эрстед на опыте обнаружил электромагнитное взаимодействие. Замыкая и размыкая цепь с током, он увидел колебания стрелки компаса, расположенной вблизи проводника. Французский физик Ампер в 1821 году установил, что связь электричества и магнетизма наблюдается только в случае электрического тока и отсутствует в случае статического электричества. Работы Джоуля, Ленца, Ома расширяют понимание электричества. Гаусс формулирует основную теорему теории электростатического поля (1830).

Опираясь на исследования Эрстеда и Ампера, Фарадей открывает явление электромагнитной индукции в 1831 году и создаёт на его основе первый в мире генератор электроэнергии, вдвигая в катушку намагниченный сердечник и фиксируя возникновение тока в витках катушки. Фарадей открывает электромагнитную индукцию (1831) и законы электролиза (1834), вводит понятие электрического и магнитного полей. Анализ явления электролиза привёл Фарадея к мысли, что носителем электрических сил являются не какие-либо электрические жидкости, а атомы — частицы материи. «Атомы материи каким-то образом одарены электрическими силами», — утверждает он. Фарадеевские исследования электролиза сыграли принципиальную роль в становлении электронной теории. Фарадей создал и первый в мире электродвигатель — проволочка с током, вращающаяся вокруг магнита. Венцом исследований электромагнетизма явилась разработка британским (шотландским) физиком Д. К. Максвеллом теории электромагнитных явлений. Он вывел уравнения, связывающие воедино электрические и магнитные характеристики поля в 1873 году.

• В 1880 году Пьер Кюри открывает пьезоэлектричество. В том же году Д. А. Лачинов показал условия передачи электроэнергии на большие расстояния. Герц экспериментально регистрирует электромагнитные волны (1888 год).
• В 1897 году Джозеф Томсон открывает материальный носитель электричества — электрон, место которого в структуре атома указал впоследствии Эрнест Резерфорд.
• В XX веке была создана теория Квантовой электродинамики. В 1967 году был сделан очередной шаг на пути изучения электричества. С. Вайнберг, А. Салам и Ш. Глэшоу создали объединённую теорию электрослабых взаимодействий.

Заключение

В этом материале мы подробно ответили на вопрос, что собой представляют фаза и ноль в современной электрике, для чего они нужны, а также разобрались, какими способами можно определить, где в проводке находится фазная жила. Какой из этих способов предпочтительнее, решать вам, но помните, что вопрос определения фазы, ноля и заземления очень важен. Неправильные результаты проверки могут стать причиной сгорания приборов при подключении, или, что еще хуже – причиной поражения электрическим током.

Читайте также   фото папильон

Читайте также   приколы про террористов

Простое объяснение мощности и фазы

Опубликовано 12 июня 2018 г.

Есть два разных способа взглянуть на фазы. Во-первых, это когда напряжения не совпадают по фазе друг с другом, например, при трехфазном питании, а во-вторых, когда напряжение не совпадает по фазе с током.

Если вы подключаете два источника, они должны быть синхронизированы, чтобы быть эффективным источником питания.

Если у вас есть два разных электрических генератора, даже если они работают на одной частоте, например, 60 герц, если вы соедините их вместе, вам нужно убедиться, что они находятся в фазе. Проще говоря, это просто означает, что напряжения должны расти и падать вместе. Если они не синхронизированы, они будут сражаться друг против друга.

3-фазные сигналы мощности

Иногда, если вы все делаете правильно, вы хотите, чтобы ваши напряжения не синхронизировались. В промышленных условиях, особенно с двигателями, вы можете получить так называемую «трехфазную» мощность. Здесь у вас есть три провода с напряжением, отстоящим друг от друга на 120 градусов. Пик второй синусоиды возникает на 120 градусов позже первой, а вершина третьей синусоиды возникает еще на 120 градусов позже. Четвертый провод обычно обеспечивает ссылку на землю, что делает его более эффективным, чем типичный однофазный или «монофазный» источник питания, где у вас есть только один провод с переменным напряжением и провод заземления.

Однофазная кривая мощности

Помимо эффективности, трехфазная мощность лучше, чем однофазная, поскольку выходная мощность постоянна. Только с одной фазой у вас может быть хорошая средняя мощность, но она постоянно меняется, и у вас есть моменты, много раз в секунду, когда выходная мощность равна нулю. Если у вас есть трехфазное питание для двигателей, двигатели могут быть меньше и более эффективными, и их крутящий момент не пульсирует из-за постоянной потребляемой мощности. Эти три фазы также позволяют двигателям не требовать отдельных пусковых цепей и придают им больший крутящий момент при запуске. Наконец, получить однофазное питание из трехфазного предельно просто — два других ввода просто не подключаешь.

Ток опережает, когда нагрузка емкостная.

Другой тип фазы, о котором вам нужно подумать, это если напряжение и ток совпадают по фазе. При чисто резистивной нагрузке при увеличении напряжения одновременно увеличивается ток. Но по причинам, которые мы объясним в следующем видео, индуктивная или емкостная нагрузка может привести к тому, что ваш ток *опередит* или *отстанет* от напряжения. Таким образом, если у вас есть индуктивная нагрузка, такая как двигатель в вашем блендере или пылесосе, или даже емкостная нагрузка, которая менее распространена в жилых условиях, ток и напряжение не будут синхронизированы.

Ток отстает при индуктивной нагрузке.

Если вы помните, мощность равна напряжению, умноженному на ток, поэтому каждый раз, когда либо напряжение, либо ток равны 0, выходная мощность отсутствует. Вы можете визуально увидеть, что чем больше рассинхронизация напряжения и тока, тем меньше энергии вы на самом деле получаете. По иронии или досаде, для создания этой силы по-прежнему требуется столько же труда, даже если вы не можете использовать ее всю. Когда это не совпадает по фазе, это называется реактивной мощностью и измеряется в реактивных вольт-амперах или варах. Инженеры любят использовать воображаемые числа и фазовые углы, чтобы описать это, и хотя это может показаться пугающим, это всего лишь математические способы описания этой разницы в фазе. На самом деле это не так уж и плохо, если вы понимаете принцип происходящего.

Вкратце:

• Синхронизация напряжений от разных источников
• Преимущества трехфазного питания
• Как напряжение/ток выходит из фазы
• Потеря мощности при несоответствии фазы напряжения/тока

Автор:

Джош Бишоп

Интересуясь встраиваемыми системами, туризмом, кулинарией и чтением, Джош получил степень бакалавра электротехники в Университете штата Бойсе. Проработав несколько лет офицером CEC (Seabee) в ВМС США, Джош уволился и в конце концов начал работать над CircuitBread с кучей замечательных людей. В настоящее время Джош живет на юге Айдахо с женой и четырьмя детьми.

Часто задаваемые вопросы по EE

Получите новейшие инструменты и учебные пособия, только что из тостера.

3-фазное напряжение: определение, типы и функции

3-фазное питание является распространенным методом производства, передачи и распределения электроэнергии переменного тока. Это тип многофазной системы, который является наиболее распространенным методом, используемым электрическими сетями во всем мире для передачи электроэнергии. Он также используется для питания больших электродвигателей и других тяжелых фазных нагрузок. 3-проводная 3-фазная цепь обычно более экономична, чем эквивалентная 2-проводная.

Как работает трехфазная электростанция

Коммунальные электростанции вырабатывают трехфазную электроэнергию, используя пар высокого давления и пар низкого давления для вращения больших турбин, называемых генераторами. Трансформаторы, соединенные треугольником, повышают напряжение, а затем распределяются в виде высоковольтной трехфазной мощности, которая затем выходит из электростанции в энергосистему.

Высоковольтные линии электропередач распределяют 3-х фазную мощность потребителям, останавливаясь на коммутационных станциях. Это централизованные распределительные устройства в точке использования с целью преобразования 3-фазной передачи высокого напряжения в 3-фазную передачу среднего напряжения. Среднее напряжение является подходящим напряжением для промышленных установок, хотя для жилых и коммерческих зданий требуется преобразование в более низкое напряжение.

Типы трехфазного питания

Для электриков важно понимать взаимосвязь между трансформатором, подключенным по схеме «треугольник» и «звезда». Трансформаторы предназначены для изоляции и повышения напряжения (или понижения напряжения в зависимости от применения). Обычно они конфигурируются как треугольник или звезда.

Распределение — конфигурация «треугольник» или «звезда»

Альтернативная схема трансформатора, применяемая в США, называется «треугольник». Он получил свое название, потому что похож на греческий символ Дельта, который похож на треугольник.

Delta обычно используется для трехфазной передачи и промышленных предприятий. Звезда обычно используется для трехфазного электроснабжения коммерческих бытовых услуг и однофазного (1 фаза из 3) питания для входов в жилые дома.

В отличие от конфигурации «звезда», которая разветвляется от общей нейтрали, все три фазы соединяются «голова к ноге». Дельта обычно не заземлена и не имеет нейтрали. Описанное как фаза к фазе, номинальное напряжение обычно составляет 240 вольт.

Добавленная конфигурация с отводом посередине означает, что одна из фаз и нейтраль образуют две ветви с напряжением 120 В. Третье доступное напряжение 208 вольт называется «высокой ветвью» и обозначается (обычно) оранжевым цветом.

Конфигурация треугольником: четырехпроводная

Межфазные напряжения составляют 240 вольт, 208 вольт и 120 вольт. Это может быть желательно для некоторых коммерческих и промышленных зданий. В то время как широкий спектр офисного оборудования и инструментов работает от 120 вольт, более мощные приборы, такие как промышленные осветительные приборы, требуют 240 вольт и 208 вольт.

Электрик должен хорошо разбираться в практической теории и национальных электротехнических нормах, чтобы выполнять установку и техническое обслуживание трансформаторов. Часто от него/нее требуется настроить подключение трансформатора к треугольнику/звезде или треугольнику/треугольнику, звезде/звезде или звезде/треугольнику.

Звезда Конфигурация: четырехпроводная

Соединение звездой напоминает букву Y, также известную как звезда. Обычное напряжение питания составляет 120 В/208 В, 3-фазная конфигурация «звезда». 120 вольт измеряется от каждой фазы до напряжения нейтрали (нейтральный провод имеет отвод от центра) и 208 вольт измеряется между фазами.

Конфигурация «звезда» обычно используется для питания 3-х фазных 4-х проводных служебных входов, таких как коммерческие здания. Однофазные служебные входы в жилые помещения являются производными от одной из трех фаз, сконфигурированных звездой.

3-фазное номинальное низкое напряжение 120 В/208 В и 277 В/480 В обычно используется для коммерческих и небольших промышленных зданий. 277 вольт используется в основном для освещения коммерческих офисов, а 480 вольт используется для питания больших систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Потребительское питание по схеме «звезда»

3-фазная сеть по схеме «звезда» может быть преобразована в более низкое напряжение. Как правило, основной источник питания для коммерческих зданий способствует экономии затрат за счет конфигурирования звездой 120/208 вольт, распределяемых от щита к фидерам и ответвленным цепям.

Звезда универсальна с точки зрения доступного напряжения в зависимости от электрооборудования и требований к мощности электроприборов. Все 3 фазы могут питать двигательную нагрузку 208 В, промышленный водонагреватель 208 В и 1 фазу 120 В к нейтрали для стандартных розеток, приборов и офисного оборудования.

3-фазное питание и однофазное питание

3-фазное питание является основным видом электроэнергии на наших предприятиях и фабриках. Вот заметные различия между однофазным и трехфазным питанием:

• По сравнению с однофазным питанием, трехфазное питание имеет более высокий коэффициент мощности, большую эффективность и требует меньшего тока для той же мощности. Он также требует меньших проводов, поэтому он дешевле.

• 3 фазы более эффективны для передачи при одинаковом пиковом напряжении между проводниками и одинаковом токе в каждом проводнике.

• 3 фазы обеспечивают в три раза большую мощность, в полтора раза больше меди. Три провода вместо двух удваивают полезность каждого фунта меди или алюминия на больших расстояниях, что обеспечивает значительную экономию средств.
• 3-х фазное питание трансформируется в однофазное на вершине столба, трансформаторы и трансформаторы для подземных потребителей обслуживают ближайшие подъезды к нашим домам.

Обучение более сильной рабочей силы

Электрики, работающие на новом строительстве, реконструкции, техническом обслуживании и ремонте, должны иметь квалификацию (QP), как указано в OSHA и NFPA 70E. Кроме того, они должны соответствовать местным и государственным лицензионным требованиям. Для рабочей среды типично классифицировать выполняемую работу, и требуется анализ рисков на основе NFPA 70E.

Независимо от того, ищите ли вы карьеру электрика в жилых или коммерческих помещениях, 3-фазное питание является частью теории электричества и требует практического опыта, жизненно важного для фундамента вашей общей базы знаний.