Где у лампочки фаза и ноль: Ремонт в квартире — Советы по ремонту

Содержание

Где у лампочки фаза и ноль

Такая казалось бы простая и незамысловатая процедура, как подключение патрона для лампочки, имеет свои нюансы, не всегда знакомые для людей далеких от электричества.

Да что говорить, иногда сами электрики делают это не правильно. Чем это может обернуться для вас при дальнейшей эксплуатации?

Наибольшее распространение на нашем рынке получили 3 вида патронов:

карболитовые советского образца

пластиковые самозажимные

Начнем с карболитовых. Данный патрон является разборным и состоит из трех частей:

цилиндрический корпус с резьбой

керамический вкладыш с контактами

Чаще всего в наших квартирах используются патроны имеющие маркировку:

Значение в цифрах обозначает диаметр цоколя лампы в миллиметрах, которая подходит для этого патрона.

Буковка «E» говорит о том, что он относится к винтовой серии с резьбой Эдисона.

Бывают еще штыревые, серии G и некоторые другие, представленные ниже.

Такие изделия рассчитаны на ток не более 4А. То есть, в сети 220В к ним можно подключить нагрузку до 900Вт.

Подключение кабеля производится в следующей последовательности.

Перво-наперво перед началом работ нужно выяснить, какая из жил в кабеле является фазой. Это главный момент отвечающий за безопасность всей дальнейшей сборки.

Делается это при помощи обыкновенной индикаторной отвертки.

Контакт для подключения представлен на фото ниже.

Почему это так важно? Дело в том, что в патроне у вас никогда не должна быть под напряжением резьбовая часть. Не многие знают, но выключатель света (одноклавишный, двухклавишный) при отключении разрывают только один из проводников.

Второй, так и продолжает напрямую поступать на патрон. А теперь представьте, что электрик случайно перепутал фазу с нолем и пустил через выключатель нулевую жилу.

В итоге, в один прекрасный момент, лампочка в люстре может не просто перегореть, а лопнуть с разрушением стеклянной колбы.

Вы отключите свет чтобы ее заменить, и при такой замене, вам по любому придется соприкоснуться с цоколем.

Есть вообще светильники полностью с металлическим корпусами патронов. Стоит здесь перепутать подключение проводов, и при нештатной ситуации весь светильник целиком окажется под напряжением.

Еще часто можно наблюдать ситуацию, когда при заворачивании лампочки в патрон, она почему то не светится. Причина здесь кроется в отгибании центрального контакта. Он просто не достает до пятачка цоколя.

Чтобы исправить этот дефект, достаточно его подогнуть обратно. Многие делают это неизолированными отвертками, либо ножом.

В результате неаккуратных действий, вы обязательно заденете боковые контакты, а они у вас будут под напряжением.

Как итог — удар током вам обеспечен. Опытные электрики в этом случае советуют вообще не применять отвертки или посторонние инструменты, а воспользоваться самим патроном.

Выкручиваете цилиндрический корпус с резьбой и вставляете его боковой гранью между двух контактных площадок.

Далее краешком цепляете центральный пятачок и отгибаете его к верху. Никаких КЗ при этом вы не создадите, да и сами под напряжение не попадете.

И не важно на стене этот патрон или на потолке. Делается все в обоих случаях аналогично.

Поэтому запомните — нулевой проводник всегда должен приходить только на резьбовую часть цоколя.

У многих возникает вопрос, а куда подключать провод заземления, если у вас 3 провода в кабеле? Ведь на вкладыше с контактами больше нет свободных разъемов.

Данный третий провод, должен подключаться к корпусу самого светильника. Обычно на люстре или бра, всегда есть заводское место, куда и должна подсоединяться «земля».

Поэтому непосредственно в сам патрон, третий провод не заводится. При зачистке кабеля всегда делайте этот проводник желто-зеленого цвета большей длины, как минимум в два раза.

Хотя надо сделать замечание, что на некоторых видах керамических цоколей, есть подобные разъемы.

Наибольшее распространение на нашем рынке получили 3 вида патронов:

карболитовые советского образца

пластиковые самозажимные

Начнем с карболитовых. Данный патрон является разборным и состоит из трех частей:

цилиндрический корпус с резьбой

керамический вкладыш с контактами

Чаще всего в наших квартирах используются патроны имеющие маркировку:

Значение в цифрах обозначает диаметр цоколя лампы в миллиметрах, которая подходит для этого патрона.

Буковка «E» говорит о том, что он относится к винтовой серии с резьбой Эдисона.

Бывают еще штыревые, серии G и некоторые другие, представленные ниже.

Такие изделия рассчитаны на ток не более 4А. То есть, в сети 220В к ним можно подключить нагрузку до 900Вт.

Подключение кабеля производится в следующей последовательности.

Делается это при помощи обыкновенной индикаторной отвертки.

Контакт для подключения представлен на фото ниже.

Вы отключите свет чтобы ее заменить, и при такой замене, вам по любому придется соприкоснуться с цоколем.

И не важно на стене этот патрон или на потолке. Делается все в обоих случаях аналогично.

Поэтому запомните — нулевой проводник всегда должен приходить только на резьбовую часть цоколя.

Хотя надо сделать замечание, что на некоторых видах керамических цоколей, есть подобные разъемы.

E27 t210

Автор Не я задал вопрос в разделе Естественные науки

Куда в патроне лампе цеплять ноль и фазу? Почему? и получил лучший ответ

Ответ от 125aaa[гуру]
Фазу- на центральный контакт. Во избежание случайного прикосновения. Например, если колба лампы лопнет и придётся выкручивать её за цоколь. Или просто начнёшь патрон не глядя руками от дурости хватать.
Ну и выключатель естественно должен разрывать фазу.

Фаза и ноль — что такое, как определить фазу и ноль в электричестве

Далеко не всегда хочется вызывать специалистов при необходимости заменить люстру, повесить бра или дополнительный светильник. Но когда электромонтажными работами занимаешься впервые, так или иначе начинаешь задаваться вопросом, что представляют собой такие понятия как «ноль» и «фаза».

Разбираться в этих обозначениях необходимо хотя бы для того, чтобы правильно подключить провода. Желательно восполнить пробелы в знаниях об электричестве, при отсутствии опыта в данной сфере, перед началом работ.

Выделяют три обозначения проводов:

фаза
ноль
заземление

Определить, какой кабель в розетке или осветительном приборе к чему относится, можно подручными средствами или по цвету. Под понятием «ноль», как правило, подразумевают «рабочий ноль», «фаза» — «фазные провода», а под «заземлением» — «защитный ноль».

Профессиональные электрики могут различать кабели с первого взгляда. А вот для рядового человека различать данные обозначения немного сложно. Тем более что специальные инструменты, позволяющие определить, где фаза и ноль, имеются далеко не у всех.

В реальности способов распознания проводов не так уж и много. А безопасных – еще меньше. Поэтому чаще всего определяют кабели по цвету.

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.

Самостоятельное определение фазы и ноля при помощи подручных средств

Специалисты рекомендуют для облегчения определения проводов начинать именно с распознавания фазы. Этот способ можно использовать совместно с предыдущим (по цвету).

Индикаторная отвертка непременно найдется в арсенале каждого домашнего мастера. Она необходима как для проведения комплекса работ по электромонтажу, так и при элементарной замене ламп либо установке осветительных приборов.

Метод до смешного прост. При касании жалом индикаторной отвертки провода определенного цвета, находящегося под напряжением, и одномоментного прикосновения контакта на инструменте, должен загореться индикатор. Он сигнализирует о наличии сопротивления. Значит, проверяемый провод является фазным.

Определение при помощи этого метода строится на том, что внутри инструмента располагается лампочка и резистор (сопротивление). Когда электрическая цепь замыкается, загорается сигнал. Именно наличие в индикаторной отвертке сопротивления и позволяет производить процедуру совершенно безопасно для человека, способствуя снижению тока до минимальных значений.

Метод определения фазы и ноля при помощи контрольной лампы

Этот способ подразумевает использование контрольной лампы для определения проводов определенного цвета в трехпроводной сети. Применять данный метод следует с особой осторожностью.

Применение этого метода подразумевает создание контрольной лампы. Для этого в патрон вкручивается обычная лампочка. В клеммах патрона размещаются провода, на концах которых отсутствует изоляция. При отсутствии возможности создать такую конструкцию допустимо использовать традиционную настольную лампу, оснащенную электрической вилкой. Теперь для определения необходимо поочередно, по цветам присоединять провода.

Стоит отметить, что использование данного метода позволяет определить, присутствует ли среди пары проверяемых проводов фазный. А какой именно из этих двух – фаза, распознать будет непросто. Загорание контрольной лампы означает, что с высокой долей вероятности одни провод – фаза, а другой – ноль.

Отсутствие света говорит о том, что фазный провод среди проверяемых отсутствует. Хотя возможен вариант, что нет именно нуля. Поэтому применение этого метода целесообразно, скорее всего, для определения правильности монтажа и работоспособности проводки.

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.

Что будет если перепутать фазу и ноль, и как сделать все правильно

Ответить на вопрос «что будет, если перепутать фазу и ноль при подключении люстры» можно однозначно: не произойдет никаких критических изменений. При этом выключателем будет разрываться не фаза, а ноль, но это никак не может повлиять на работоспособность и качество освещения. Тем не менее, есть рекомендации, что на разрыв должна идти именно фаза, так что давайте попробуем разобраться в нюансах.

Как определить фазу и ноль – основные способы и пошаговое их применение

Домашняя электроустановка

1) кабель АВРГ, 2)провод АППВ, 3) провод АППП, 4) патрон осветительного прибора, 5) выключатель, 6) розеткаИсточник strport.ru

Домашней или внутренней электроустановкой называется комплекс электрических цепей вместе с потребляющими токоприемниками, которые подключены через счетчик к сети ≈220-380 V. В современных домах и квартирах одна электроустановка включает в себя несколько электрических цепей, где только на освещение монтируют две, три, а порой и четыре разводки. Естественно, что все осветительные приборы снабжены выключателями разного типа (в данном случае способ их действия не имеет значения), которые разрывают или замыкают цепь.

Что будет, если перепутать фазу и ноль.

Если перепутать фазу и ноль при подключении, то вместо фазы будет разрываться ноль, в то время как осветительный прибор останется, хоть и без напряжения, но с активным проводом. Это означает, что если вы одновременно дотронетесь до фазного провода на люстре и, к примеру, к трубе отопления, то цепь замкнется и вас ударит током. При разрыве фазы такое не произойдет, так как ноль не возбуждается от заземления. Конечно, по правилам техники безопасности работа с электропроводкой допустима только при полном отключении питания, но если на улице темно и нет фонарика, то, ни один электрик не станет отключать автоматы или выкручивать пробки.

Подключение люстры

Для подключения нужен двойной выключатель – на каждый блок ламп отдельный разрывИсточник linija-svitla.ua

Давайте разберемся, если перепутать фазу и ноль на люстре, и вообще, как подключается этот осветительный прибор. Синим цветом, на изображении вверху, показан нулевой провод (кстати, в кабелях он тоже синего цвета), который без разрыва цепи подается на все лампы сразу. А вот красный провод (в кабелях он может быть не только красным, но и коричневым, черным, зеленым) заходит на выключатель, а потом расходится на два канала в пятирожковой люстре. То есть, в данном случае одной клавишей замыкается блок из двух рожков, а другой – из трех рожков. Если замкнуть (включить) обе клавиши, то гореть будут все пять рожков.

Когда на выключателе размыкается фаза, то блок считается обесточенным, так как нет возможности замкнуть цепь. Чтобы вы яснее понимали, что в данном случае означает выражение «замкнуть цепь», нужно понимать, что включение любого электроприбора (лампы, телевизора, компьютера, чайника ит.д.) возможно только при замыкании ноля и фазы. Это происходит через схему с резисторами, сопротивлениями, диодами и т.д., и т.п. То есть, если вы читаете этот текст на мониторе своего компьютера, значит, электрическая цепь замкнута (не путайте с коротким замыканием).

Для справки: коротким замыканием называется ситуация, когда ноль и фаза вступают в контакт без каких-либо схем – напрямую.

Что делать, если не работает счетчик электроэнергии: возможные проблемы и пути их решения

Мигает лампочка на выключенной люстре

Схема подсветки, которая состоит из токоограничивающего резистора и неоновой лампочки или светодиодаИсточник aqua-rmnt.com

А что будет, если перепутать фазу и ноль в люстре с энергосберегающими лампочками? Лично мне приходилось слышать, что в тех случаях, когда вместо фазы на разрыв выключателя запускают ноль, то лампочка будет мигать, но это не совсем, правда. Да, действительно, энергосберегающая лампочка может мигать (хотя, не обязательно), но только в тех случаях, когда задействован выключатель со светодиодной подсветкой. Если вместо фазы на выключателе будет ноль, то подсвета не сработает. Почему же тогда мигает обесточенная лампа?

Дело в том, что энергосберегающие осветительные приборы функционируют от постоянного тока, несмотря на то, что из нашей сети туда поступает переменный ток. Для преобразования в цоколе каждой лампы есть маленький диодный мостик, который и перерабатывает «переменку» в «постоянку». Но там еще есть сглаживающий конденсатор, который компенсирует пульсацию от преобразования и его небольшого заряда достаточно, чтобы возбудить вспышку. Если точнее, то емкости конденсатора недостаточно, но он получает энергию от цепи, которая замкнута через светодиод (посмотрите на схему вверху). Это ничтожный ампераж, но на вспышку, которая видна в темноте, ампер хватает.

Фаза перепутана с нолём, чем опасно.

А можно ли использовать выключатель с подсветкой и при этом сделать так, чтобы не мигала энергосберегающая лампа? Да, это возможно.

Вариант первый

Такая схема позволит аннулировать мигание энергосберегающей лампыИсточник admiral-oz.ru

Если вы хотите, чтобы у вас оставался выключатель с подсветкой (безусловно, это очень удобно ночью), а лампочка при этом не мигала, то параллельно осветительному прибору (посмотрите на схему выше) нужно впаять резистор для дополнительного сопротивления. Мощность такой детали 2 W, сопротивление 50 kΩ. Его можно установить в плафоне, в дозе или распределительном щитке, а для безопасности изолировать термоусадочной трубкой.

Вариант второй

Этот вариант тоже достаточно прост схематически, но не совсем удобен в выполнении. Дело в том, что светодиод здесь нужно подключить к сети отдельным проводом, что можно сделать, подав к выключателю не двойной, а тройной провод. То есть, контакт L1 нужно будет подать на ноль. Но в таком случае подсветка будет гореть постоянно, хотя, при включенном освещении этого свечения практически не заметно.

Как подключить светодиодную лампу – особенности лед-светильника, схемы подключения лед-ламп на 220 и 12 В, переделка лампы дневного света

Заключение

Итак, как видите, если перепутать ноль с фазой при подключении люстры, то не произойдет никаких катаклизмов, но все будет работать, как и прежде. Единственная разница, это некоторые (условные) отклонения от соблюдений правил техники безопасности.

Совет: как правильно подключить люстру?

Как правило, сам монтаж люстры особых сложностей ни у кого не вызывает — благо, что различных приспособлений для ее крепления более чем достаточно. Но вот вопрос, как ее подключить к сдвоенному выключателю, многих ставит в тупик. Расскажем, как это сделать самостоятельно, без помощи профессионального электрика.

Сначала нужно решить, сколько и каких ламп мы хотим включить одной или второй клавишей. Вариантов здесь немного. Одна клавиша включает одну лампу, а вторая – сразу две. Но вот какая (левая или правая) клавиша что будет включать, для некоторых очень важно (или удобно).

Потолок
С потолка свисают, как правило, 3 провода (или трехжильный провод). В домах новой постройки проводов может быть и 4. Один – это «земля», по евростандарту. Он окрашен в желтый цвет, и вдоль него идет зеленая полоса. Остальные проверяются индикатором. Нужно найти провод, на котором нет напряжения. Это – ноль. Остальные – фаза. Делается это при положении клавиш «вкл».

Люстра
Из люстры также выходят провода. Если на потолке есть провод «земля», то желто-зеленые можно смело соединять. В современных моделях люстр все соединения сделаны «внутри» люстры, наружу выходят только провода от каждой лампочки на «фазу», и один провод – это их общий ноль. Причем внутри люстры уже сделано соединение фазных проводов некоторых ламп. Для моделей из 3 ламп две уже соединены между собой и будут включаться одновременно. Другими словами, изготовитель за нас решил, как должна включаться люстра.
Итак, из люстры выходят 3 провода («земля» не в счет). Ноль «люстры» соединяем с нулем «потолка». Тут все ясно. Теперь фазы. Каждый из фазных проводов «потолка» идет на выключатель. Мы установили с двумя клавишами. Соответственно, соединяем провода фаз люстры и выключателя.
Потом проверяем. Если есть желание сделать, чтобы именно правая клавиша включала те лампы (или лампу), которые включает сейчас левая, то провода нужно поменять местами — ничего сложного. А при включении одновременно обеих клавиш загораться будут сразу все лампы.

Предупреждение:
В любом случае, независимо от цветовой окраски проводов, их следует проверить на наличие напряжения. Особенно – желто-зеленый. При монтаже электрики могли допустить ошибку, поэтому контроль обязателен.
Соединение проводов делается при отключенном автомате защиты.
Перед присоединением проводов от люстры в обязательном порядке нужно ознакомиться с инструкцией изготовителя и посмотреть схему внутренних соединений. Она бывает различной, как и количество проводов, выходящих из люстры.

Выключатель размыкает фазу, а не ноль: почему так происходит

Выключатель — электрический аппарат для замыкания и размыкания электрической цепи, включения и отключения оборудования.

Любой выключатель, отвечающий например за включение и выключение света в комнате, обязательно должен размыкать именно фазу, а не ноль. Фаза в сети переменного тока — это тот из проводников, на котором все время присутствует переменное напряжение относительно нулевого проводника. Нулевой же проводник имеет в идеале нулевой потенциал относительно земли, который в исправной сети всегда остается таковым, поскольку нулевой проводник по определению заземлен.

Будь сеть трехфазной или однофазной, нулевой (нейтральный) проводник обязан иметь заземление, поэтому он в принципе гораздо безопаснее фазного проводника. Фактически заземление имеют генераторы и трансформаторы, от которых электрическая сеть получает энергию. Если нулевой проводник не заземлен, значит в сети случилась авария, обрыв нулевого проводника.

Обычно в быту мы используем однополюсные выключатели, то есть такие, которые размыкают или замыкают всего один провод при нажатии на кнопку. Допустим, на потолке висит люстра, получающая питание от однофазной бытовой сети 220 вольт. К люстре идут два провода, один из них — фаза, второй — ноль. Выключатель установлен в разрыв одного из двух этих проводов.

Пусть выключатель стоит на фазном проводнике, и его перевели в состояние «выключено». Тогда оба проводника, по которым к люстре подается электричество, будут обесточены, их потенциалы будут равны нулю, потому что нулевой проводник, который не прерывался выключателем, по определению имеет нулевой потенциал, а фазный проводник прерван с помощью выключателя, то есть на нем нет фазного напряжения.

Оба проводника безопасны, можно менять лампочку, ремонтировать потолок, снимать люстру и т. д., не опасаясь попасть под фазное напряжение и получить удар током. Хотя лучше в этом случае для надежности выключить автомат в электрощите.

Как делать нельзя

Но что если выключатель по ошибке установлен в разрыв нулевого, а не фазного проводника? В этом случае даже если выключатель находится в положении «выключено», к люстре все равно подходит один фазный проводник. Второй проводник ни к чему не подключен.

Если в такой ситуации начать менять лампочку, ремонтировать люстру, работать с потолком, то можно ненароком задев фазный провод, получить удар током, особенно если стоишь на проводящей стремянке, которая случайно контактирует с чем-нибудь заземленным или вообще стоит на земле.

Замена лампочки может закончиться трагедией с человеческими жертвами. Ладно если стоишь на деревянной табуретке, в резиновых сапогах, при этом работаешь в защитных перчатках. Здесь все может закончиться удачно. Но при неблагоприятном стечении обстоятельств выключатель на нулевом проводнике может обернуться смертельной опасностью.

Ранее ЭлектроВести писали, что в России на Калининской АЭС было отключено от сети три энергоблока из четырех. Представитель концерна «Росэнергоатом» сказал, что остановка была вызвана отключением одного из трансформаторов тока.

По материалам: electrik.info.

Как подключить лампочку и выключатель?

Не нужно иметь семи пядей во лбу, чтобы подключить лампочку и выключатель. Будь то лампочка и выключатель у вас в квартире или, так называемая, «переноска» для гаража, с той лишь разницей, что для «переноски» не надо укладывать проводку по стенам и потолку и подключается она вилкой в розетку.

Разметка

Народная мудрость не зря гласит, что резать нужно только тогда, когда отмерил 7 раз. Поэтому отнеситесь к разметке с должным вниманием, именно в этот момент вы мысленно выполняете работу, которую после останется лишь воплотить в жизнь.

Делаем пометки в тех местах, где будет лампочка и выключатель. Следует заметить, что выключатель, обычно, ставится возле двери на высоте 80-90 см от пола, то есть на высоте свободно опущенной руки. Но не стоит воспринимать всё буквально, если у вас в коридоре все выключатели установлены на высоту 1,7 метра, то ваш на 0,8 будет явно выпадать из общей картины. Следите, что бы при открытии двери, она его не заслоняла выключатель, пользоваться им будет не удобно. Также пометьте маршруты прохождения будущей проводки. Проводка должна идти от выключателя к распределительной коробке (или розетке, если будете запитывать схему от неё) и от лампочки к той же распределительной коробке (розетке). Размечая, придерживайтесь важных правил: При расположении проводки рядом с другими стенами и потолком, делайте от них отступ примерно 20 сантиметров. Следите чтобы провода располагались только горизонтально и вертикально, чтобы перегибались под прямым углом. Учитывайте, что в несущих стенах штробы должны быть минимальной глубины и размеров. Следует убедиться, что в ней нету старой проводки, прочитайте как обнаружить ее.

Штробление (если нужно)

Дальше идёт неприятный процесс штробления. Чтобы ваш интерьер в будущем не портили проложенные поверх обоев провода, их можно спрятать в стены, предварительно проделав в последних специальные углубления – штробы. Не буду углубляться в эту тему, т.к. в статье хочу поставить акцент именно на электрической части вопроса. Замечу лишь, что в вашем случае стены могут быть как из разных материалов (бетон или гипсокартон), так и выключатель может быть внутренний, который надо углублять в стену, так и накладной. Всё это будет напрямую влиять на объём и способ штробления. Без наличия должного опыта и инструментов лучше проложить кабель поверх стен, закрепив его пластиковыми скобами.

Монтаж проводки

Теперь нам понадобится двухжильный провод, который мы прокладываем в заранее проделанные борозды. Закрепить их там проще всего будет разведенным раствором алебастра.

Следует помнить, что это вяжущее очень быстро схватывается, так что действовать придется быстро. Провода отрезаем с запасом, укоротить мы их всегда успеем!

Патрон и выключатель

Когда с процессом монтажа проводки покончено, следует подсоединить сам выключатель и патрон. Это не составит особого труда, достаточно всего лишь снять сантиметров пять первичной изоляции и приблизительно на сантиметр зачистить сами жилы. Потом поместить их в специально предусмотренные на выключателе и цоколе разъемы, и дожать отвёрткой. В выключателе на одну лампочку существует всего два контакта, поэтому не ошибётесь. При подключении патрона полярность значения не имеет, т.е. не важно куда вы накидываете фазу, а куда ноль — лампочка работать будет. Однако техника безопасности требует, чтобы фаза была на центральном контакте лампочки, а ноль на резьбовом.

Схема подключения

Подключение к распределительной коробке

Сейчас начинается самый увлекательный процесс — подсоединение вашей проводки к распределительной коробке. Если вы знаете, где находится источник электрического тока к которому можно подключиться, то это уже хорошо, в противном случае поиск распределительной коробки может затянуться.

Для подключения проводки напрямую к электрическому щитку через дополнительный автомат воспользуйтесь инструкцией по установке автомата в щитке и подключите кабель к нему. Кстати, запитать схему можно и от ближайшей розетки, это не запрещается. Если вы запланировали сделать «переноску», то тут, конечно, всё решается подключением вилки к концу провода.

Для начала, при помощи индикаторной отвёртки определим силовой провод (фазу) и ноль в распределительной коробке или розетке. Если вы никогда не держали в руках индикаторную отвёртку, то вот статья о том, как ей пользоваться. Ваш электрик был порядочным? Тогда цвета проводов должны соответствовать: коричневый или белый – фаза, а синий – ноль. Старая проводка, естественно, не содержит цветных проводов и может выглядеть как угодно. В этом случае вам придётся руководствоваться только показаниями индикаторной отвертки. Если у вас нет специальной группы допуска (а её скорее всего нет, иначе бы вы не читали эту статью), работать под открытым напряжением строго запрещено! Поэтому следует выкрутить пробки, выключить автоматы, и при помощи того же индикатора убедится, что силовой провод обесточен.

Выключатель запитываем через фазу, то есть силовой провод соединяем с белой, или коричневой жилой, что идет от выключателя, а ноль соединяем с синей жилой провода, что идёт от лампочки как на схеме. Оставшиеся белую и синюю жилы, что идут, соответственно, к лампочке и выключателю соединяем между собой. Все скрутки тщательно изолируем при помощи изоленты. Если вы захотите расширить свою схему подключением дополнительной лампочки или, например, добавить розетку, то можете использовать двойной или тройной выключатель, здесь описано как это сделать.

Скручивать алюминиевые и медные провода нельзя! Это крайне неустойчивое соединение, которое быстро окисляется и может не только выйти из строя, но и воспламениться. Для соединения таких проводов воспользуйтесь специальными клеммными колодками. В магазине с электрикой они представлены в широком ассортименте. По правилам хорошего тона и из соображений безопасности старайтесь везде вместо скруток проводов пользоваться колодками.

Если вы всё сделали правильно, то можете гордиться своей работой. Если нет… ну что же, позовёте наконец электрика.

Очень надеюсь на то, что статья окажется для вас полезной и у вас всё получится. Возможно я забыл сказать что-то важное, что кажется само-собой разумеющимся для меня и совсем не понятным для вас. Поэтому буду ждать ваших комментариев ниже и с радостью отвечать на вопросы, дополнять и исправлять статью если потребуется. Спасибо за внимание!

< Назад
Вперёд >

Как правильно — Фаза или ноль на выключатель?

При обустройстве электросистемы в жилье или другом инженерном сооружении может возникнуть вопрос о том, что именно размыкает выключатель.

Электрик с опытом производит работы автоматически – не задумываясь об этом вопросе: размыкание производится – протекание электрического тока прерывается – выключатель работает.

Будет отсекаться тот провод, на который подведен выключатель – по рабочему соединению.

Однако суть вопроса – в безопасности пользователя.

Нужно рассмотреть эту мелочь подробнее и понять, в чем заключается корректный монтаж выключателя освещения.

Нормативные документы определяют выключатель как механизм, предназначенный для снятия электрического тока с цепи (одной или сразу нескольких). Основное его применение – в системе освещения.

Несмотря рассмотрение для данного вопроса выполняется для бытового выключателя, определение годится и для более мощных устройств.

Подключение выключателя показывается либо на общих схемах, либо силами производителя (в комплектной схеме к изделию). Как правило, указание на подключение определенного типа провода – ноль либо фаза – отсутствует.

Считается, что производитель таким образом ограничивает свою ответственность уже на уровне технической документации. Решение о том, что подключать, остается за мастером.

При монтаже эта идея не обсуждается, главное – обеспечить прочность соединений и отсутствие тока при выключенном устройстве.

Фаза, ноль – не имеет значения:

· когда размыкается цепь, поток света прекращается;

· когда цепь замыкается, поток света возобновляется.

Дело сделано, электрик спокоен.

Однако пользователя подстерегает один важный момент.

При размыкании электроцепи проявляется весьма важный недостаток того, что выключатель завязан на ноль.

При полностью работоспособной системе оказывается так, что осветительный прибор остается запитан фазой – напрямую.

Провод идет к контакту от коробки, соединений разъемного типа на нем нет – отключить не представляется возможным.

Когда хозяин или тот же электрик прикоснется к контакту (случайно, при замене лампы или ремонтных работах), его организм мгновенно подвергнется удару током.

Если этого не произойдет, остается вероятность получить удар при касании контакта выключателя.

Это приводит к значительному снижению электробезопасности при пользовании электросетью и освещением.

Во избежание такой ситуации рекомендуется отключать хотя бы ту силовую линию от распределительного щитка, на которой планируется работа, если это возможно. Если нет – желательно обесточить весь дом.

Снятие питания гарантирует личную безопасность при отсутствии представления о задействованном способе монтажа проводки и состоянии ее изоляции.

Нормативные документы по этому поводу говорят следующее (см. ПУЭ): выключатели с одним полюсом допускаются к применению для двухпроводных и трехпроводных линий с одной фазой и заземляемой нейтралью, если они монтируются на провод с фазой.

Стоит сделать оговорку: речь не только о бытовых, но и автоматических механизмах.

Но суть остается прежней: обеспечить электробезопасность при случайном касании к контакту разомкнутого выключателя.

А если вспомнить, что УЗО под освещение почти не применяется, то последствия становятся сильнее.

Световые диоды могут мерцать – после долговременной эксплуатации или они поставляются ненадежным изготовителем.

Ввиду простоты их как оптических приборов причина мерцания заключается с соединением на фазу.

Если подвести итог: следует не допускать разночтений и своеволия при электромонтаже, а контролировать установку выключателя только на фазный провод.

С этой целью на выключатель из коробки выводятся фаза общей линии и фаза светильника (парный контакт лампы – ноль).

Только так возможно обеспечить безопасность в эксплуатации и доработке системы освещения и электросети в целом.

Мы, профессиональные электрики с мощным стажем, можем помочь не только с этим вопросом – нам приходилось выполнять как единичные ремонтные операции, так и комплексные монтажи сложных электросетей.

P.S. Для тех кто любит всё делать сам, смотрите видео по установке выключателя;

Магазин антиквариата Charles Edwards — Лампы и фонари — King’s Road London England

На что обратить внимание при выборе лампочки

ФОРМА ЛАМПЫ

Обратите внимание, что если вы указали влагозащищенный плафон лампы IP44, то для этого фитинга подходят галогенные лампы G9 (Великобритания и Европа) или G4 (США).См. руководство по установке ЗДЕСЬ

МОЩНОСТЬ

Распространенный вопрос: можно ли увеличить мощность светильника, чтобы увеличить количество света?

Проблема с традиционными лампами накаливания заключается в том, что они тратят энергию (мощность), излучая не только свет, но и тепло. Дополнительное тепло, создаваемое лампой накаливания более высокой мощности, со временем может начать вызывать проблемы, поскольку внутри светильника будет накапливаться слишком много тепла.Более полезный способ увидеть, сколько света излучает прибор, — это учитывать люмены.
Люмен — это мера яркости. Чем больше люменов в лампочке, тем ярче свет. Энергосберегающие лампы, такие как галогенные лампы и светодиодные лампы, потребляют меньше энергии (ватт), чем лампы накаливания, для производства эквивалентного количества света (люмен). При замене лампы накаливания просто ищите эквивалентное количество люменов в энергосберегающей лампе.

Поэтапный запрет на продажу ламп накаливания завершен в соответствии с директивой ЕС по сокращению энергопотребления освещения.

ИНДЕКС ЦВЕТОПЕРЕДАЧИ (CRI)

ПРИМЕНЕНИЕ

Мы рекомендуем, чтобы освещение для картин, используемое для изобразительного искусства, было оснащено лампами с нулевым нагревом и нулевым ультрафиолетовым излучением, чтобы гарантировать, что произведение искусства не будет повреждено освещением.

Электроэнергия и энергия | Физика II

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

Рассчитайте мощность, рассеиваемую резистором, и мощность, отдаваемую источником питания.
Рассчитать стоимость электроэнергии при различных обстоятельствах.

Мощность в электрических цепях

Энергия у многих ассоциируется с электричеством. Зная, что мощность — это скорость использования энергии или преобразования энергии, каково выражение для электроэнергии ? На ум могут прийти линии электропередач. Мы также думаем о лампочках с точки зрения их номинальной мощности в ваттах. Сравним 25-ваттную лампочку с 60-ваттной.(См. рис. 1(a).) Поскольку обе лампы работают при одинаковом напряжении, лампочка мощностью 60 Вт должна потреблять больший ток, чтобы иметь большую номинальную мощность. Таким образом, сопротивление лампочки мощностью 60 Вт должно быть меньше, чем у лампы мощностью 25 Вт. Если мы увеличиваем напряжение, мы также увеличиваем мощность. Например, когда лампочка мощностью 25 Вт, рассчитанная на работу от сети 120 В, подключается к сети 240 В, она короткое время очень ярко светится, а затем перегорает. Как именно напряжение, ток и сопротивление связаны с электроэнергией?

Рис. 1. (a) Какая из этих ламп накаливания — 25-ваттная (вверху слева) или 60-ваттная (вверху справа) — имеет большее сопротивление? Что потребляет больше тока? Что потребляет больше всего энергии? Можно ли по цвету сказать, что нить накаливания 25 Вт холоднее? Является ли более яркая лампочка другого цвета, и если да, то почему? (кредиты: Dickbauch, Wikimedia Commons; Greg Westfall, Flickr) (b) Этот компактный люминесцентный светильник (CFL) излучает ту же интенсивность света, что и лампа накаливания мощностью 60 Вт, но с мощностью от 1/4 до 1/10 входной мощности.(кредит: dbgg1979, Flickr)

Электрическая энергия зависит как от задействованного напряжения, так и от перемещенного заряда. Проще всего это выражается как PE = qV , где q — пройденный заряд, а q — напряжение (или, точнее, разность потенциалов, через которую проходит заряд). Мощность — это скорость, с которой перемещается энергия, поэтому электрическая мощность равна

[латекс]P=\frac{PE}{t}=\frac{qV}{t}\\[/latex].

Учитывая, что ток равен I = q / t (обратите внимание, что здесь Δ t = t ), выражение для мощности становится равным

П = IV

Электроэнергия ( P ) — это просто произведение тока на напряжение.Мощность имеет привычные единицы измерения ватт. Поскольку единицей СИ для потенциальной энергии (PE) является джоуль, мощность измеряется в джоулях в секунду или ваттах. Таким образом, 1 А ⋅ В = 1 Вт. Например, в автомобилях часто есть одна или несколько дополнительных розеток, с помощью которых можно заряжать сотовый телефон или другие электронные устройства. Эти розетки могут быть рассчитаны на 20 А, чтобы цепь могла выдавать максимальную мощность P = IV = (20 А)(12 В) = 240 Вт.{2}R\\[/латекс].

Обратите внимание, что первое уравнение справедливо всегда, а два других можно использовать только для резисторов. В простой схеме с одним источником напряжения и одним резистором мощность, подаваемая источником напряжения, и мощность, рассеиваемая резистором, идентичны. (В более сложных цепях P может быть мощностью, рассеиваемой одним устройством, а не общей мощностью в цепи.) Из трех разных выражений для электрической мощности можно получить разные выводы. Например, P = В ² / R означает, что чем ниже сопротивление, подключенное к данному источнику напряжения, тем больше отдаваемая мощность.Кроме того, поскольку квадрат напряжения равен P = В ² / R , эффект от приложения более высокого напряжения, возможно, больше, чем ожидалось. Таким образом, когда напряжение удваивается до 25-ваттной лампы, ее мощность увеличивается почти в четыре раза до примерно 100 Вт, что приводит к ее перегоранию. Если бы сопротивление лампочки оставалось постоянным, ее мощность была бы ровно 100 Вт, но при более высокой температуре ее сопротивление также выше.

Пример 1. Расчет рассеиваемой мощности и тока: горячая и холодная мощность

(a) Рассмотрите примеры, приведенные в Законе Ома: Сопротивление и простые цепи и Сопротивление и удельное сопротивление.Затем найдите мощность, рассеиваемую автомобильной фарой в этих примерах как в горячем, так и в холодном состоянии. б) Какой ток он потребляет в холодном состоянии?

Стратегия для (а)

Для горячей фары нам известны напряжение и ток, поэтому мы можем использовать P = IV , чтобы найти мощность. Для холодной фары нам известны напряжение и сопротивление, поэтому мы можем использовать P = В ² / R , чтобы найти мощность.

Решение для (а)

Вводя известные значения тока и напряжения для горячей фары, получаем

П = IV = (2.{2}}{0,350\text{ }\Omega }=411\text{ W}\\[/latex].

Обсуждение для (а)

Мощность, рассеиваемая горячей фарой, составляет 30 Вт. Но 411 Вт в холодном состоянии на удивление выше. Начальная мощность быстро уменьшается по мере увеличения температуры лампы и увеличения ее сопротивления.

Стратегия и решение для (b)

Ток при холодной лампочке можно определить несколькими способами. Преобразуем одно из уравнений мощности, P = I ² R , и введем известные значения, получив

[латекс] I = \ sqrt {\ frac {P} {R}} = \ sqrt {\ frac {411 \ text {W}} {{0.350}\text{ }\Omega }}=34.3\text{ A}\\[/latex].

Обсуждение для (б)

Холодный ток заметно выше установившегося значения 2,50 А, но ток быстро снизится до этого значения по мере повышения температуры лампы. Большинство предохранителей и автоматических выключателей (используемых для ограничения тока в цепи) рассчитаны на то, чтобы кратковременно выдерживать очень высокие токи при включении устройства. В некоторых случаях, например, с электродвигателями, ток остается высоким в течение нескольких секунд, что требует использования специальных плавких предохранителей.

Чем больше электроприборов вы используете и чем дольше они остаются включенными, тем выше ваш счет за электроэнергию. Этот известный факт основан на соотношении между энергией и мощностью. Вы платите за использованную энергию. Поскольку P = E / t , мы видим, что

Е = Pt

— это энергия, потребляемая устройством с мощностью P за интервал времени t . Например, чем больше горит лампочек, тем больше используется P ; чем дольше они горят, тем больше т .Единицей энергии в счетах за электроэнергию является киловатт-час (кВт ⋅ ч), что соответствует соотношению E = Pt . Стоимость эксплуатации электроприборов легко оценить, если иметь представление об их энергопотреблении в ваттах или киловаттах, времени их работы в часах и стоимости киловатт-часа для вашего электроснабжения. Киловатт-часы, как и все другие специализированные единицы энергии, такие как пищевые калории, могут быть преобразованы в джоули. Вы можете доказать себе, что 1 кВт ⋅ ч = 3.6 × 10 ⁶ Дж.

Потребляемая электрическая энергия ( E ) может быть уменьшена либо за счет сокращения времени использования, либо за счет уменьшения энергопотребления этого прибора или приспособления. Это не только снизит стоимость, но и уменьшит воздействие на окружающую среду. Улучшение освещения — один из самых быстрых способов сократить потребление электроэнергии в доме или на предприятии. Около 20% энергии, потребляемой домом, идет на освещение, в то время как в коммерческих учреждениях этот показатель приближается к 40%.Люминесцентные лампы примерно в четыре раза более эффективны, чем лампы накаливания — это верно как для длинных трубок, так и для компактных люминесцентных ламп (КЛЛ). (См. рис. 1(b).) Таким образом, лампочку накаливания мощностью 60 Вт можно заменить КЛЛ мощностью 15 Вт, имеющей ту же яркость и цвет. КЛЛ имеют изогнутую трубку внутри шара или спиралевидную трубку, все они соединены со стандартным ввинчивающимся основанием, которое подходит для стандартных патронов для ламп накаливания. (Первоначальные проблемы с цветом, мерцанием, формой и высокими первоначальными вложениями в КЛЛ были решены в последние годы.) Теплоотдача от этих КЛЛ меньше, а служат они до 10 раз дольше. Значение инвестиций в такие лампочки рассматривается в следующем примере. Новые белые светодиодные лампы (которые представляют собой группы небольших светодиодных лампочек) еще более эффективны (в два раза эффективнее, чем КЛЛ) и служат в 5 раз дольше, чем КЛЛ. Однако их стоимость по-прежнему высока.

Установление соединений: энергия, мощность и время

Связь E = Pt вы найдете полезной во многих различных контекстах.Энергия, которую ваше тело использует во время упражнений, связана, например, с уровнем мощности и продолжительностью вашей активности. Величина нагрева источником питания связана с уровнем мощности и временем его применения. Даже доза облучения рентгеновского изображения связана с мощностью и временем облучения.

Пример 2. Расчет рентабельности компактных люминесцентных ламп (КЛЛ)

Если стоимость электроэнергии в вашем районе составляет 12 центов за кВтч, какова общая стоимость (капитальные плюс эксплуатация) использования лампы накаливания мощностью 60 Вт в течение 1000 часов (срок службы этой лампы), если лампочка стоит 25 центов? (b) Если мы заменим эту лампочку компактной люминесцентной лампой, которая дает такой же световой поток, но в четыре раза меньше мощности и стоит 1 доллар.50, но служит в 10 раз дольше (10 000 часов), какова будет общая стоимость?

Стратегия

Чтобы найти эксплуатационные расходы, мы сначала находим использованную энергию в киловатт-часах, а затем умножаем на стоимость киловатт-часа.

Решение для (а)

Энергия, используемая в киловатт-часах, находится путем ввода мощности и времени в выражение для энергии:

E = Pt = (60 Вт)(1000 ч) = 60 000 Вт ⋅ ч

В киловатт-часах это

E = 60.0 кВт⋅ч.

Теперь стоимость электроэнергии

Стоимость

= (60,0 кВт ⋅ ч) (0,12 долл. США/кВт ⋅ ч) = 7,20 долл. США.

Общая стоимость составит $7,20 за 1000 часов (около полугода при 5 часах в день).

Решение для (b)

Поскольку КЛЛ использует только 15 Вт, а не 60 Вт, стоимость электроэнергии составит 7,20/4 = 1,80 доллара. КЛЛ прослужит в 10 раз дольше, чем лампа накаливания, так что инвестиционные затраты составят 1/10 стоимости лампы на этот период использования или 0.1 (1,50 доллара США) = 0,15 доллара США. Таким образом, общая стоимость составит $1,95 за 1000 часов.

Обсуждение

Таким образом, использование компактных люминесцентных ламп намного дешевле, хотя первоначальные инвестиции выше. Повышенная стоимость рабочей силы, которую бизнес должен включать в себя для более частой замены ламп накаливания, здесь не учитывалась.

Установление соединений: домашний эксперимент — инвентаризация использования электроэнергии

1) Составьте список номинальных мощностей различных приборов в вашем доме или комнате.Объясните, почему что-то вроде тостера имеет более высокий рейтинг, чем электронные часы. Оцените энергию, потребляемую этими приборами в среднем в день (путем оценки времени их использования). Некоторые приборы могут указывать только рабочий ток. Если бытовое напряжение 120 В, то используйте P = IV . 2) Проверьте общую мощность, используемую в туалетах на этаже или в здании вашей школы. (Возможно, вам придется предположить, что мощность используемых флуоресцентных ламп рассчитана на 32 Вт.) Предположим, что здание было закрыто на все выходные и эти лампы оставались включенными с 18:00 до 18:00.{2}R\\[/латекс].

Энергия, потребляемая устройством мощностью P за время t , составляет E = Pt .

Концептуальные вопросы

1. Почему лампы накаливания тускнеют в конце срока службы, особенно непосредственно перед тем, как их нити накаливания порвутся?

Мощность, рассеиваемая на резисторе, определяется как P = V ² /R , что означает, что мощность уменьшается, если сопротивление увеличивается. Тем не менее, эта мощность также определяется как P = I ² R , что означает, что мощность увеличивается, если увеличивается сопротивление.Объясните, почему здесь нет противоречия.

Задачи и упражнения

1. Какова мощность разряда молнии 1,00 × 10 ² МВ с током 2,00 × 10 ⁴ А ?

2. Какая мощность подается на стартер большого грузовика, потребляющего ток 250 А от аккумуляторной батареи 24,0 В?

3. Заряд 4,00 Кл проходит через солнечные элементы карманного калькулятора за 4,00 ч. Какова выходная мощность, если выходное напряжение калькулятора равно 3.00 В? (См. рис. 2.)

Рисунок 2. Полоса солнечных элементов над клавишами этого калькулятора преобразует свет в электричество для удовлетворения своих энергетических потребностей. (кредит: Эван-Амос, Wikimedia Commons)

4. Сколько ватт потребляет фонарик, через который проходит 6,00×10 ² за 0,500 ч, если его напряжение составляет 3,00 В?

5. Найдите мощность, рассеиваемую в каждом из этих удлинителей: (a) удлинитель с сопротивлением 0,0600 Ом, через который 5.00 А течет; (b) более дешевый шнур с использованием более тонкой проволоки и сопротивлением 0,300 Ом.

6. Убедитесь, что единицей измерения вольт-ампер являются ватты, как следует из уравнения P = IV .

7. Покажите, что единицы измерения 1В ² /Ом = 1 Вт, что следует из уравнения P = В ² / R .

8. Покажите, что единицы измерения 1 A ² ⋅ Ω = 1 Вт, что следует из уравнения P = I ² R .

9. Проверьте эквивалентность единиц энергии, что 1 кВт ⋅ ч = 3,60 × 10 ⁶ Дж.

10. Электроны в рентгеновской трубке ускоряются до 1,00 × 10 ² кВ и направляются к мишени для получения рентгеновских лучей. Рассчитайте мощность электронного пучка в этой трубке при силе тока 15,0 мА.

11. Электрический водонагреватель потребляет 5,00 кВт в течение 2,00 ч в сутки. Какова стоимость его эксплуатации в течение одного года, если электричество стоит 12,0 центов/кВт⋅ч? См. рис. 3.

Рис. 3. Электрический водонагреватель по требованию. Тепло подается воде только тогда, когда это необходимо. (кредит: aviddavid, Flickr)

12. Сколько электроэнергии требуется тостеру мощностью 1200 Вт для приготовления ломтика тоста (время приготовления = 1 минута)? Сколько это стоит при 9,0 центов/кВт·ч?

13. Какова будет максимальная стоимость КЛЛ, чтобы общая стоимость (инвестиции плюс эксплуатация) была одинаковой как для КЛЛ, так и для ламп накаливания мощностью 60 Вт? Предположим, что стоимость лампы накаливания составляет 25 центов, а электричество стоит 10 центов/кВтч.Рассчитайте стоимость 1000 часов, как в примере с экономической эффективностью КЛЛ.

14. Некоторые модели старых автомобилей имеют электрические системы с напряжением 6,00 В. а) Каково тепловое сопротивление фары мощностью 30,0 Вт в таком автомобиле? б) Какой ток течет по нему?

15. Преимущество щелочных батарей заключается в том, что они обеспечивают постоянное напряжение практически до конца своего срока службы. Как долго щелочная батарея с номиналом 1,00 А ⋅ ч и 1,58 В будет поддерживать горение лампы фонарика мощностью 1,00 Вт?

16.Прижигатель, используемый для остановки кровотечения в хирургии, выдает 2,00 мА при 15,0 кВ. а) Какова его мощность? б) Чему равно сопротивление пути?

17. В среднем телевизор работает 6 часов в день. Оцените годовую стоимость электроэнергии для эксплуатации 100 миллионов телевизоров, предполагая, что их средняя потребляемая мощность составляет 150 Вт, а средняя стоимость электроэнергии составляет 12,0 центов/кВт⋅ч.

18. Старая лампочка потребляет всего 50,0 Вт вместо исходных 60,0 Вт из-за истончения ее нити накаливания.Во сколько раз уменьшится его диаметр, если предположить равномерное утончение по длине? Любыми эффектами, вызванными разницей температур, пренебречь.

Медная проволока калибра 19,00 имеет диаметр 9,266 мм. Рассчитайте потери мощности на километр такого провода, если по нему проходит 1,00 × 10 ² А.

Холодные испарители пропускают ток через воду, испаряя ее лишь при небольшом повышении температуры. Одно такое домашнее устройство рассчитано на 3,50 А и использует переменное напряжение 120 В с КПД 95,0%.а) Какова скорость испарения в граммах в минуту? (б) Сколько воды нужно налить в испаритель за 8 часов ночной работы? (См. рис. 4.)

Рисунок 4. Этот холодный испаритель пропускает ток непосредственно через воду, испаряя ее напрямую с относительно небольшим повышением температуры.

21. Integrated Concepts (a) Какая энергия рассеивается при ударе молнии с током 20 000 А, напряжением 1,00 × 10 ² МВ и длиной 1.00 мс? (b) Какая масса древесного сока может быть поднята с 18ºC до точки кипения, а затем испарена за счет этой энергии, если предположить, что сок имеет те же тепловые характеристики, что и вода?

22. Integrated Concepts Какой ток должен производить подогреватель бутылочек с питанием от батареи 12,0 В, чтобы нагреть 75,0 г стекла, 250 г детской смеси и 3,00×10 ² алюминия от 20ºC до 90º за 5,00 мин?

23. Интегрированные концепции Сколько времени требуется хирургическому прижигателю, чтобы поднять температуру 1.00 г ткани от 37º до 100, а затем выкипятить 0,500 г воды, если она выдает 2,00 мА при 15,0 кВ? Не учитывать передачу тепла в окружающую среду.

24. Комплексные концепции Гидроэлектрогенераторы (см. рис. 5) на плотине Гувера производят максимальный ток 8,00 × 10 ³ А при напряжении 250 кВ. а) Какова выходная мощность? (b) Вода, питающая генераторы, входит и выходит из системы с малой скоростью (таким образом, ее кинетическая энергия не меняется), но теряет 160 м по высоте.Сколько кубических метров в секунду необходимо, при КПД 85,0%?

Рис. 5. Гидрогенераторы на плотине Гувера. (кредит: Джон Салливан)

25. Интегрированные концепции (a) Если предположить, что эффективность преобразования электроэнергии двигателем составляет 95,0 %, какой ток должны обеспечить 12,0-В аккумуляторы 750-килограммового электромобиля: (a) Для ускорения с отдых до 25,0 м/с за 1,00 мин? (b) Подняться на холм высотой 2,00 × 10 ² м за 2,00 мин при постоянной скорости 25.0 м/с при приложении силы 5,00 × 10 ² Н для преодоления сопротивления воздуха и трения? (c) Чтобы двигаться с постоянной скоростью 25,0 м/с, прилагая силу 5,00 × 10 ² Н для преодоления сопротивления воздуха и трения? См. рис. 6.

Рис. 6. Этот электромобиль REVAi заряжается на одной из улиц Лондона. (кредит: Фрэнк Хебберт)

26. Интегрированные концепции Легкорельсовый пригородный поезд потребляет 630 А постоянного тока напряжением 650 В при ускорении.а) Какова его потребляемая мощность в киловаттах? (b) Сколько времени требуется, чтобы достичь скорости 20,0 м/с, начиная с состояния покоя, если его загруженная масса составляет 5,30 × 10 ⁴ кг при КПД 95,0 % и постоянной мощности? в) Найдите его среднее ускорение. (d) Обсудите, как ускорение, которое вы нашли для легкорельсового поезда, можно сравнить с тем, которое может быть типичным для автомобиля.

27. Комплексные концепции (a) Алюминиевая линия электропередачи имеет сопротивление 0,0580 Ом/км. Какова его масса на километр? б) Какова масса километра медной линии с таким же сопротивлением? Более низкое сопротивление сократит время нагрева.Обсудите практические пределы ускорения нагрева за счет снижения сопротивления.

28. Integrated Concepts (a) Погружной нагреватель на 120 В может повысить температуру алюминиевого стакана размером 1,00 × 10 ² г, содержащего 350 г воды, с 20º C до 95 º C за 2,00 мин. Найти его сопротивление, считая его постоянным в процессе. (б) Более низкое сопротивление сократит время нагрева. Обсудите практические пределы ускорения нагрева за счет снижения сопротивления.

29. Интегрированные концепции (a) Какова стоимость нагрева джакузи, содержащего 1500 кг воды, с 10°C до 40°C при КПД 75,0 % с учетом теплопередачи в окружающую среду? Стоимость электроэнергии 9 центов/кВт⋅ч. б) Какой ток потреблял электрический нагреватель на 220 В переменного тока, если на это уходило 4 часа?

30 . Необоснованные результаты (a) Какой ток необходим для передачи 1,00 × 10 ² МВт мощности при 480 В? б) Какая мощность рассеивается в линиях электропередачи, если они имеют коэффициент 1.00 – сопротивление Ом? в) Что неразумного в этом результате? (d) Какие предположения неразумны, а какие предпосылки противоречивы?

31. Необоснованные результаты (a) Какой ток необходим для передачи 1,00 × 10 ² МВт мощности при 10,0 кВ? б) Найдите сопротивление провода длиной 1,00 км, при котором потеря мощности составит 0,0100 %. в) Каков диаметр медного провода длиной 1,00 км, имеющего такое сопротивление? г) Что неразумного в этих результатах? (e) Какие допущения неразумны или какие предпосылки противоречивы?

32.Создайте свою собственную задачу Рассмотрим электрический погружной нагреватель, используемый для нагревания чашки воды для приготовления чая. Составьте задачу, в которой вы вычисляете необходимое сопротивление нагревателя, чтобы он повышал температуру воды и чашки за разумное время. Также рассчитайте стоимость электроэнергии, используемой в вашем процессе. Среди вещей, которые следует учитывать, — используемое напряжение, задействованные массы и теплоемкости, тепловые потери и время, в течение которого происходит нагрев.Ваш инструктор может пожелать, чтобы вы рассмотрели тепловой предохранительный выключатель (возможно, биметаллический), который остановит процесс до того, как в погружном блоке будет достигнута опасная температура.

Глоссарий

электроэнергия:: скорость, с которой электрическая энергия подается источником или рассеивается устройством; это произведение тока на напряжение

Избранные решения задач и упражнений

1. 2,00 × 10 ¹² Ш

5.{6}\text{J}\\[/латекс]

11. 438 долл. США/год

13. 6,25 долл. США

15. 1,58 ч

17. 3,94 миллиарда долларов в год

19. 25,5 Вт

21.(a) 2,00 × 10 ⁹ Дж (b) 769 кг

23. 45,0 с

25. (а) 343 А (б) 2,17 × 10 ³ А (в) 1,10 × 10 ³ А

27. (a) 1,23 × 10 ³ кг (b) 2,64 × 10 ³ кг

29. (a) 2,08 × 10 ⁵ A
(b) 4,33 × 10 ⁴ МВт
(c) Линии передачи рассеивают больше мощности, чем должны передавать.
(d) Напряжение 480 В является необоснованно низким для напряжения передачи. Линии электропередачи на большие расстояния поддерживаются при гораздо более высоком напряжении (часто сотни киловольт) для снижения потерь мощности.

Трехфазная электроэнергия | Передача электроэнергии

Трехфазная электроэнергия является распространенным методом передачи электроэнергии. Это тип многофазной системы, в основном используемый для питания двигателей и многих других устройств. Трехфазная система использует меньше материала проводника для передачи электроэнергии, чем эквивалентные однофазные, двухфазные системы или системы постоянного тока при том же напряжении.

В трехфазной системе по трем проводникам цепи текут три переменных тока (одной и той же частоты), которые достигают своих мгновенных пиковых значений в разное время. Принимая один проводник за эталон, два других тока задерживаются во времени на одну треть и две трети одного цикла электрического тока. Эта задержка между «фазами» обеспечивает постоянную передачу мощности в каждом цикле тока, а также позволяет создавать вращающееся магнитное поле в электродвигателе.

Трехфазные системы могут иметь или не иметь нейтральный провод. Нейтральный провод позволяет трехфазной системе использовать более высокое напряжение, в то же время поддерживая однофазные приборы с более низким напряжением. В ситуациях распределения высокого напряжения обычно не используется нейтральный провод, поскольку нагрузки могут быть просто подключены между фазами (соединение фаза-фаза).

Три фазы обладают свойствами, которые делают их очень востребованными в системах электроснабжения. Во-первых, фазные токи имеют тенденцию компенсировать друг друга и в сумме равняться нулю в случае линейной сбалансированной нагрузки.Это позволяет исключить нулевой провод на некоторых линиях; все фазные проводники пропускают один и тот же ток и поэтому могут быть одинакового размера для сбалансированной нагрузки. Во-вторых, передача мощности на линейную сбалансированную нагрузку является постоянной, что помогает уменьшить вибрации генератора и двигателя. Наконец, трехфазные системы могут создавать магнитное поле, вращающееся в заданном направлении, что упрощает конструкцию электродвигателей. Третий — это самый низкий фазовый порядок, демонстрирующий все эти свойства.

Большинство бытовых нагрузок однофазные. Как правило, трехфазное питание либо вообще не входит в жилые дома, либо там, где оно есть, оно распределяется на главном распределительном щите.

На электростанции электрический генератор преобразует механическую энергию в набор переменных электрических токов, по одному от каждой электромагнитной катушки или обмотки генератора. Токи представляют собой синусоидальные функции времени, все с одной и той же частотой, но со смещением во времени, что дает разные фазы.В трехфазной системе фазы расположены на одинаковом расстоянии друг от друга, что дает разделение фаз на одну треть цикла. Частота сети обычно составляет 50 Гц в Азии, Европе, Южной Америке и Австралии и 60 Гц в США и Канаде (но более подробную информацию см. в разделе «Системы сетевого питания»).

Генераторы выдают напряжение от сотен вольт до 30 000 вольт. На электростанции трансформаторы «повышают» это напряжение до более пригодного для передачи.

После многочисленных преобразований в сети передачи и распределения мощность наконец преобразуется в стандартное сетевое напряжение ( i.е. «бытовое» напряжение). Возможно, в этот момент мощность уже была разделена на одну фазу или она все еще может быть трехфазной. Там, где понижающее напряжение трехфазное, выход этого трансформатора обычно соединен звездой со стандартным сетевым напряжением (120 В в Северной Америке и 230 В в Европе и Австралии), являющимся фазно-нейтральным напряжением. Другая система, обычно встречающаяся в Северной Америке, состоит в том, чтобы иметь вторичную обмотку, соединенную треугольником, с центральным отводом на одной из обмоток, питающих землю и нейтраль.Это позволяет использовать трехфазное напряжение 240 В, а также три различных однофазных напряжения (120 В между двумя фазами и нейтралью, 208 В между третьей фазой (известной как верхняя ветвь) и нейтралью и 240 В между любыми двумя фазами). быть доступным из того же источника.

В большом оборудовании для кондиционирования воздуха и т. д. используются трехфазные двигатели из соображений эффективности, экономичности и долговечности.

Нагреватели сопротивления, такие как электрические котлы или отопление помещений, могут быть подключены к трехфазным системам.Аналогичным образом может быть подключено электрическое освещение. Эти типы нагрузок не требуют вращающегося магнитного поля, характерного для трехфазных двигателей, но используют преимущества более высокого уровня напряжения и мощности, обычно связанные с трехфазным распределением. Системы люминесцентного освещения также выигрывают от уменьшения мерцания, если соседние светильники питаются от разных фаз.

Большие системы выпрямителей могут иметь трехфазные входы; результирующий постоянный ток легче фильтровать (сглаживать), чем выходной сигнал однофазного выпрямителя.Такие выпрямители можно использовать для зарядки аккумуляторов, процессов электролиза, таких как производство алюминия, или для работы двигателей постоянного тока.

Интересным примером трехфазной нагрузки является электродуговая печь, используемая в сталеплавильном производстве и при рафинировании руд.

В большей части Европы печи рассчитаны на трехфазное питание. Обычно отдельные нагревательные элементы подключаются между фазой и нейтралью, чтобы можно было подключиться к однофазному источнику питания. Во многих регионах Европы однофазное питание является единственным доступным источником.

Иногда преимущества трехфазных двигателей делают целесообразным преобразование однофазного питания в трехфазное. Мелкие потребители, такие как жилые дома или фермы, могут не иметь доступа к трехфазному электроснабжению или могут не захотеть платить за дополнительную стоимость трехфазного обслуживания, но все же могут захотеть использовать трехфазное оборудование. Такие преобразователи могут также позволять изменять частоту, позволяя регулировать скорость. Некоторые локомотивы переходят на многофазные двигатели, приводимые в действие такими системами, даже несмотря на то, что входное питание локомотива почти всегда является либо постоянным, либо однофазным переменным током.

Поскольку однофазная мощность падает до нуля в каждый момент, когда напряжение пересекает ноль, а трехфазная подает мощность непрерывно, любой такой преобразователь должен иметь способ хранения энергии в течение необходимой доли секунды.

Одним из методов использования трехфазного оборудования с однофазным питанием является использование вращающегося преобразователя фаз, представляющего собой трехфазный двигатель со специальными пусковыми устройствами и коррекцией коэффициента мощности, который обеспечивает сбалансированное трехфазное напряжение. При правильной конструкции эти вращающиеся преобразователи могут обеспечить удовлетворительную работу трехфазного оборудования, такого как станки, от однофазной сети.В таком устройстве накопление энергии осуществляется за счет механической инерции (эффект маховика) вращающихся компонентов. Внешний маховик иногда находится на одном или обоих концах вала.

Вторым методом, который был популярен в 1940-х и 50-х годах, был метод, который назывался «метод трансформатора». В то время конденсаторы были дороже трансформаторов. Таким образом, автотрансформатор использовался для подачи большей мощности через меньшее количество конденсаторов. Этот метод хорошо работает и имеет сторонников даже сегодня.Использование метода имени трансформатора отделило его от другого распространенного метода, статического преобразователя, поскольку оба метода не имеют движущихся частей, что отличает их от вращающихся преобразователей.

Еще один метод, который часто пытаются использовать, — это устройство, называемое статическим преобразователем фазы. Этот метод запуска трехфазного оборудования обычно используется с двигателями, хотя он обеспечивает только 2/3 мощности и может привести к перегреву двигателей, а в некоторых случаях и к перегреву. Этот метод не работает, когда задействованы чувствительные схемы, такие как устройства с ЧПУ, а также нагрузки индукционного и выпрямительного типа.

Изготавливаются устройства, создающие имитацию трехфазного тока из трехпроводного однофазного питания. Это делается путем создания третьей «подфазы» между двумя проводниками под напряжением, в результате чего фазовое разделение составляет 180° — 90° = 90°. Многие трехфазные устройства будут работать в этой конфигурации, но с меньшей эффективностью.

Преобразователи частоты (также известные как полупроводниковые инверторы) используются для обеспечения точного управления скоростью и крутящим моментом трехфазных двигателей. Некоторые модели могут питаться от однофазного источника питания.ЧРП работают, преобразовывая напряжение питания в постоянный ток, а затем преобразуя постоянный ток в подходящий трехфазный источник для двигателя.

Цифровые фазовые преобразователи — это новейшая разработка в технологии фазовых преобразователей, в которой используется программное обеспечение в мощном микропроцессоре для управления полупроводниковыми силовыми коммутационными компонентами. Этот микропроцессор, называемый цифровым сигнальным процессором (DSP), контролирует процесс фазового преобразования, постоянно регулируя входные и выходные модули преобразователя для поддержания сбалансированной трехфазной мощности при любых условиях нагрузки.

Трехпроводное однофазное распределение полезно, когда трехфазное питание недоступно, и позволяет удвоить нормальное рабочее напряжение для мощной нагрузки.
Двухфазное питание, как и трехфазное, обеспечивает постоянную передачу мощности на линейную нагрузку. Для нагрузок, которые соединяют каждую фазу с нейтралью, при условии, что нагрузка имеет одинаковую потребляемую мощность, двухпроводная система имеет ток нейтрали, который больше, чем ток нейтрали в трехфазной системе.Кроме того, двигатели не являются полностью линейными, а это означает, что, несмотря на теорию, двигатели, работающие от трех фаз, имеют тенденцию работать более плавно, чем двигатели, работающие от двух фаз. Генераторы на Ниагарском водопаде, установленные в 1895 году, были самыми большими генераторами в мире в то время и представляли собой двухфазные машины. Настоящее двухфазное распределение электроэнергии по существу устарело. Системы специального назначения могут использовать для управления двухфазную систему. Двухфазная мощность может быть получена из трехфазной системы с использованием трансформаторов, называемых трансформатором Скотта-Т.
Моноциклическая мощность — это название асимметричной модифицированной двухфазной энергосистемы, использовавшейся компанией General Electric примерно в 1897 году (поддерживаемой Чарльзом Протеусом Стейнмецем и Элиу Томсоном; как сообщается, это использование было предпринято, чтобы избежать нарушения патентных прав). В этой системе генератор был намотан с однофазной обмоткой полного напряжения, предназначенной для осветительной нагрузки, и с малой (обычно ¼ линейного напряжения) обмоткой, которая создавала напряжение в квадратуре с основными обмотками. Намерение состояло в том, чтобы использовать дополнительную обмотку этого «провода питания» для обеспечения пускового момента для асинхронных двигателей, а основная обмотка обеспечивает питание для осветительных нагрузок.После истечения срока действия патентов Вестингауза на симметричные двухфазные и трехфазные системы распределения электроэнергии моноциклическая система вышла из употребления; его было трудно анализировать, и он длился недостаточно долго, чтобы можно было разработать удовлетворительный учет энергии.
Системы высокого порядка фаз для передачи электроэнергии были построены и испытаны. Такие линии электропередачи используют 6 или 12 фаз и методы проектирования, характерные для линий электропередачи сверхвысокого напряжения. Линии передачи с высоким порядком фаз могут обеспечивать передачу большей мощности по данной линии передачи в полосе отчуждения без затрат на преобразователь постоянного тока высокого напряжения на каждом конце линии.

Многофазная система – это средство распределения электроэнергии переменного тока. Многофазные системы имеют три или более электрических проводника под напряжением, по которым текут переменные токи с определенным временным сдвигом между волнами напряжения в каждом проводнике. Многофазные системы особенно полезны для передачи мощности на электродвигатели. Наиболее распространенным примером является трехфазная система питания, используемая в большинстве промышленных приложений.

Один цикл напряжения трехфазной системы

На заре коммерческой электроэнергетики в некоторых установках для двигателей использовались двухфазные четырехпроводные системы.Главное их преимущество заключалось в том, что конфигурация обмотки была такой же, как и у однофазного двигателя с конденсаторным пуском, а при использовании четырехпроводной системы концептуально фазы были независимыми и легко анализировались с помощью математических инструментов, доступных в то время. . Двухфазные системы были заменены трехфазными системами. Двухфазное питание с углом между фазами 90 градусов может быть получено из трехфазной системы с использованием трансформатора Скотта.

Многофазная система должна обеспечивать определенное направление вращения фаз, поэтому напряжения зеркального отражения не учитываются при определении порядка фаз.Трехпроводная система с двумя фазными проводами, расположенными на 180 градусов друг от друга, по-прежнему является однофазной. Такие системы иногда называют расщепленными фазами.

Многофазная энергия особенно полезна в двигателях переменного тока, таких как асинхронные двигатели, где она генерирует вращающееся магнитное поле. Когда трехфазное питание завершает один полный цикл, магнитное поле двухполюсного двигателя поворачивается на 360 ° в физическом пространстве; двигателям с большим количеством пар полюсов требуется больше циклов подачи питания, чтобы совершить один физический оборот магнитного поля, и поэтому эти двигатели работают медленнее.Никола Тесла и Михаил Доливо-Добровольский изобрели первые практические асинхронные двигатели, использующие вращающееся магнитное поле — ранее все коммерческие двигатели были постоянного тока, с дорогими коммутаторами, требующими обслуживания щетками и характеристиками, непригодными для работы в сети переменного тока. Многофазные двигатели просты в конструкции, самозапускающиеся и маловибрирующие.

Количество фаз больше трех. Обычная практика для выпрямительных установок и преобразователей HVDC состоит в том, чтобы обеспечить шесть фаз с интервалом между фазами 60 градусов, чтобы уменьшить генерацию гармоник в системе питания переменного тока и обеспечить более плавный постоянный ток.Были построены экспериментальные линии передачи высокого фазового порядка с числом фаз до 12. Это позволяет применять правила проектирования сверхвысокого напряжения (СВН) при более низких напряжениях и позволит увеличить передачу мощности при той же ширине коридора линии электропередачи.

Жилые дома и предприятия малого бизнеса обычно снабжаются одной фазой, взятой из одной из трех фаз коммунального хозяйства. Индивидуальные клиенты распределяются между тремя фазами для балансировки нагрузки. Однофазные нагрузки, такие как освещение, могут быть подключены от фазы под напряжением к нейтрали цепи, что позволяет сбалансировать нагрузку в большом здании по трем фазам питания.Смещение фаз фазных напряжений к нейтрали составляет 120 градусов; напряжение между любыми двумя проводами под напряжением всегда в 3 раза больше, чем между проводом под напряжением и нейтралью. См. Статью Системы электроснабжения для получения списка однофазных распределительных напряжений по всему миру; трехфазное линейное напряжение будет в 3 раза больше этих значений.

В Северной Америке жилые многоквартирные дома могут иметь распределение 120 вольт (фаза-нейтраль) и 208 вольт (фаза-фаза). Крупные однофазные приборы, такие как духовки или варочные панели, предназначенные для двухфазной системы на 240 В, обычно используемые в односемейных домах, могут плохо работать при подключении к напряжению 208 В; отопительные приборы будут развивать только 3/4 своей номинальной мощности, а электродвигатели будут работать некорректно при на 13% меньшем приложенном напряжении.

можно ли зажечь лампочку без использования нейтрали

Как рассчитать размер кабеля ВН и какие факторы быть рассмотрены для выбора?.

2 ответа

что произойдет, если питание подается на статор 3 фазы асинхронный двигатель без сборки ротора?

0 ответов

определить напряжение возбуждения и ток возбуждения?

2 ответа союзная группа,

В чем разница между мегомметром и приборами для измерения контактного сопротивления?

0 ответов

источник питания, сооруженный из элементов напряжения, необходимо предоставить Макс.20A Ток при напряжении на клеммах 6 В. Доступны несколько ячеек напряжения, каждая из которых имеет напряжение на клеммах 1,5 В, каждый из которых может обеспечить макс. ток 5А. Количество необходимых ячеек будет ??

5 ответов

что такое вставить vt где используется и y используется?

0 ответов

Как рассчитать срок службы свинцово-кислотной батареи

0 ответов азбука,

что означает отвод тангенса треугольника в трансформаторе напряжения??

2 ответа

Каков срок службы MCCB

1 Ответ Сименс,

Какие типы кабелей используются при подземной добыче угля?

0 ответов

Может ли кто-нибудь опубликовать вопросы, заданные в Engineers India Limited Опрос? Заранее спасибо.

0 ответов Инженеры Индия Лимитед,

Привет. Я хочу спросить, как рассчитать номинальный ток контактора? например у меня 460 В, 100 А (асинхронный двигатель) рассчитать номинальный ток контактора?

2 ответа

AN-1124 Диммер для управления фазой переменного тока

Дополнительные документы и программное обеспечение см. по адресу:

https://www.dialog-semiconductor.com/products/greenpak

Загрузите наше бесплатное программное обеспечение GreenPAK Designer [1], чтобы открыть файл .gp [2], и используйте инструменты разработки GreenPAK [3], чтобы в считанные минуты зафиксировать проект в собственной индивидуальной ИС.

Dialog Semiconductor предоставляет полную библиотеку заметок по применению [4] с примерами дизайна, а также объяснениями функций и блоков в ИЦ Диалог.

Программное обеспечение GreenPAK Designer, загрузка программного обеспечения и руководство пользователя, Dialog Semiconductor
AN-1124 Диммер для лампочек переменного тока с GreenPAK и TRIAC.gp, файл проекта GreenPAK, Dialog Semiconductor
Средства разработки GreenPAK, веб-страница средств разработки GreenPAK, Dialog Semiconductor
Примечания по применению GreenPAK, веб-страница примечаний по применению GreenPAK, Dialog Semiconductor
SLG46140 Спецификация Dialog Semiconductor

В этих указаниях по применению описывается управление питанием цепей переменного тока с помощью управление фазой или схема обрезания фазы.Это достигается поворотом симистора включение/выключение через определенные промежутки времени, синхронизированное с сигналом переменного тока. То TRIAC включен только во время части синусоиды переменного тока; это называется ведущим кромочная резка. Микросхема GreenPAK4 обеспечивает управляемый напряжением интерфейс для установки степень затемнения лампы накаливания.

Запуск TRIAC должен быть синхронизирован с синусоидой переменного тока для предсказуемое отсечение фазы переменного тока. Для этого контрольная точка в АС нужна синусоида.Для этого используется обнаружение пересечения нулевой точки. используется схема, которая дает входной импульс 5v на цифровой вход GreenPAK SLG46140V [5]. После обнаружения пересечения нулевой точки симистор включается на определенное время, но на этот раз им можно управлять с помощью пользователя через код GreenPAK.

Отсечка фазы нагрузки переменного тока определяется аналоговым входом от потенциометр к GreenPAK SLG46140V.Пользователь может использовать любой настроенный сигнала в логическом генераторе для получения индивидуальной формы сигнала переменного тока выходной сигнал.

Рисунок 1. Схема пересечения нуля

Переменное напряжение проходит через 2 резистора (33k, 1ватт) и выпрямляется мостовой выпрямитель (KBJ608G). Это выпрямление приводит к пульсирующему постоянному току. напряжение, которое подается на выход фототранзистора оптрона (4N25). То напряжение позволяет оптрону оставаться включенным, сохраняя при этом сигнал пересечения нуля (на коллекторе фототранзистора) НИЗКИЙ, пока напряжение не упадет до ‘нуль’.

В соответствующий момент оптопара больше не будет проводить ток и сигнал пересечения нуля будет высоким до тех пор, пока пульсирующее напряжение постоянного тока поднимается достаточно, чтобы оптрон снова стал проводящим, что в конечном итоге приводит к тому, что контакт перехода через ноль становится НИЗКИМ.

Качество этого импульса пересечения нуля зависит от ряда факторов, но наиболее важными из них являются: быстродействие оптопары, значение резистор коллектора и значение двух резисторов в основной линии.

Если сопротивление коллектора слишком низкое, то оптопара сгорит, но если оно слишком высокое, напряжение (при котором еще через оптопару, чтобы он оставался проводящим) будет продолжать расти и выше.

Это означает, что если значение резистора слишком велико, переключение оптопары будет происходить чаще на восходящих и нисходящих флангах синусоида; что приводит к широкому сигналу пересечения нуля.

Рис. 2. 220 В переменного тока, пульсирующий постоянный ток и выходные сигналы оптопары

После определения обнаружения нуля схема SLG46140V включит Оптопара драйвера симистора (MOC3021). Период времени, в течение которого TRIAC оптопара драйвера остается включенной в зависимости от настроенного сигнала (от 0 до 1в) полученный АЦП SLG46140V через логический генератор или какой-либо потенциометр.

Еще один важный фактор, определяющий время, в течение которого драйвер TRIAC работает частота синусоидальной волны переменного тока.Например, для частоты 50 Гц. частоты, каждый цикл синусоидальной волны занимает 1000 мс/50 = 20 мс (миллисекунд).

Поскольку в волне есть два пика синусоиды, это означает, что после каждого нуля обнаружение, есть период 10 мс, который можно регулировать. Итак, ТРИАК Драйвер (MOC3021) должен включать/выключать TRIAC (BT136) в течение 10 мс.

Сигнал от MOC3021 на затвор BT136 включает TRIAC. TRIAC должен оставаться в состоянии проводимости (независимо от входного сигнал на своем затворе) до полупериода переменного тока.Таким образом, стробирующий сигнал от MOC3021 должен быть выключен, как только BT136 начнет проводить ток (так что что он может включить BT136 во время следующей половины цикла переменного тока и так далее).

Индивидуальный сигнал от логического генератора или потенциометра на аналоговый вход SLG46140V будет определять временную задержку, после которой TRIAC настроен на проводимость (включен, а затем выключен). Это время должно начаться после обнаружения сигнала пересечения нуля.

Если TRIAC включается в начале полупериода переменного тока, нагрузка получит полную мощность. Кроме того, если TRIAC включается в конце период 10 мс, нагрузка не будет получать питание; на полпути нагрузка будет получить половину мощности. Если сигнал логического генератора или потенциометра не постоянная нагрузка будет получать переменную мощность.

Рисунок 3. Рабочая схема TRIAC

Рисунок 4.Входной и выходной сигнал переменного тока (после обрезания фазы)

Сигнал обнаружения нуля

Сигнал обнаружения нуля от цепи обнаружения нуля должен заканчиваться на PIN 9 (цифровой вход) GreenPAK4 SLG46140V. Сигнал пересечения нуля имеет частоту 100 Гц (поскольку сигнал переменного тока частотой 50 Гц пересекает нуль 100 раз).

Сигнал PIN 9 низкий, но при пересечении нуля появляется высокий импульс. синусоидой переменного тока.

Схема с двумя вентилями ИЛИ-НЕ (2-L3 и 2-L4) будет работать как защелка RS. Защелка устанавливается на «ЕДИНИЦУ» (логический высокий уровень) при каждом обнаружении импульса на вход 2-L3 вентиля ИЛИ-ИЛИ. Таким образом, всякий раз, когда синусоида переменного тока пересекает ноль, возникает высокий импульс обнаруживается на цифровом входе PIN 9 и в конечном итоге устанавливает выход защелки RS на «ЕДИНИЦУ» (логический высокий уровень).

Защелка RS имеет два входа для схемы сброса. Один из них происходит из Цифровой вход PIN 4 через логический элемент ИЛИ 2-L2; этот ввод является необязательным и предназначен только для целей тестирования.Другой — от драйвера TRIAC Digital. вывод и будет объяснено позже в примечаниях по применению.

TRIAC ON Контур после обнаружения нуля

Как только защелка RS обнаруживает нулевой сигнал, ее выход устанавливается в ЕДИНИЦУ. Следующим этапом является включение оптопары драйвера симистора MOC3021 и, следовательно, включите TRIAC BT136. TRIAC должен быть включен после определенного период времени, и это время определяется входом АЦП в счетчик CNT3/DLY3/FSM1.

В свойствах блока Oscillator OSC выбрана вкладка RC OSC и свойство режима питания RC OSC установлено для принудительного включения питания.

В свойстве RC OSC частота установлена на 25 кГц. Время цикла для этого частота составляет 0,04 миллисекунды.

Это помогает в подсчете счетчика и задержке сигналов, так как приложение необходимо иметь дело с общим временем 10 мс. Для 8-битного счетчика (который имеет максимум 255 отсчетов), часы с временем цикла 0.04 мс нужно всего отсчитывает 250 (250 x 0,04 = 10 мс).

Свойство Clock selector установлено на RC OSC; но если внешние часы использоваться, его можно установить на EXT CLK 0.

Как только выходной сигнал RS Latch становится ВЫСОКИМ, он отправляется для СБРОСА вывода IN Блок счетчика CNT3/DLY3/FSM1.

Счетчик на самом деле представляет собой 3-битный LUT7/8-битный CNT3/DLY3/FSM1. После выбора его свойство Type изменено на CNT/DLY, так что оно будет преобразовано в 14-битный блок счетчика/задержки.

Для свойства Mode установлено значение Delay, которое преобразует блок в Delay. блокировать. Свойство Edge Select имеет значение Rising, что задерживает рост. фронт сигнала RESET IN.

В свойстве данных счетчика FSM выберите ADC, который позволит счетчику принимать вход от блока АЦП. Основываясь на этом входе, время задержки для включения TRIAC ON должен быть определен.

Тактовый сигнал блока задержки представляет собой тактовый сигнал 25 кГц.Это означает, что когда на выходе RS Latch высокий уровень, блок задержки сбрасывается и генерирует одиночный импульсный сигнал (тактовой частотой 25 кГц) на выходе «OUT» задержки блокировать. Но, так как это блок задержки, OUT перейдет в высокое состояние после задержка.

Время задержки блока определяет, как долго должен работать выход «OUT». взять, чтобы перейти в высокое состояние, как только RESET IN будет высоким.

Время задержки от АЦП

PIN 6 настроен как аналоговый вход; этот вывод может принимать вход сигнал от логического генератора (эмуляция) или внешний сигнал от потенциометр.В этом примере логический генератор используется для настройки сигнал, который изменяется от 0 до 1 В с небольшими шагами, как показано ниже.

В качестве альтернативы сигнал от 0 до 1 В может подаваться с потенциометра на Аналоговый вход PIN 6.

Затем входной сигнал от 0 до 1v отправляется в блок PGA.

Рис. 5. Сигнал пересечения нуля, хранящийся в RS-защелке

Рисунок 6. Свойства блока OSC

Рис. 7.Блок задержки (CNT3/DLY3/FSM1) свойства

Рисунок 8. Контур времени задержки

В свойствах блока PGA сигнал Power on необходимо установить значение Power on и свойство Gain . должен быть установлен на x1 . Свойство усиления можно использовать для усиления ввод, до 8 раз. Свойство режима АЦП установлено на несимметричный.

Выход PGA затем отправляется на вход « PGA in » АЦП. блокировать; свойство Vref АЦП установлено на внутреннее 1.0в. То источник тактового сигнала — RC OSC.

Рисунок 9. Конфигурация сигнала логического генератора

Рисунок 10. Свойства блока PGA

Выход PAR DATA блока АЦП подключен к входу DATA IN блока ADC. блок задержки CNT3/DLY3/FSM1.

Теперь входной сигнал на аналоговом входе PIN 6 (от логического генератора или потенциометр) проходит через блок PGA, который не усиливает входной сигнал.

Затем сигнал отправляется в блок АЦП, который преобразует сигнал в 8 битовый поток данных.

Эти 8-битные данные отправляются в PAR DATA, который, в свою очередь, отправляет их в DATA. IN блока задержки. Данные с АЦП — это время задержки в отсчетах для выхода RS Latch ВЫСОКИЙ сигнал.

Выходной сигнал RS Latch становится ВЫСОКИМ по истечении этого времени задержки.

Аналоговый вход от 0 до 1 В на PIN-коде 6 отображается от 0 до 255 (8-битные данные), который затем отображается в масштабе времени от 0 до 10 мс.Например, вход сигнал 0,5 В на входе отображается от 0 до 127 (8-битные данные), что эквивалентно времени задержки 5 мс. Таким образом, защелка RS Высокий выход сигнал задерживается на время 5 мс, когда он проходит через блок задержки.

Включение драйвера TRIAC

Затем выходной сигнал блока задержки устанавливается на логический элемент И 2-L5. С выход RS Latch ВЫСОКИЙ, и он уже включил логический элемент И, следовательно, задержанный сигнал от блока задержки должен проходить через И ворота.

Рисунок 11. Свойства блока АЦП

Затем он включает драйвер TRIAC MOC3021, устанавливая PIN-код цифрового выхода. 11 до ВЫСОКОГО.

Затем MOC3021 включает TRIAC BT136, устанавливая HIGH на его затворе. Вход. Это позволяет части полупериода волны переменного тока пройти через него.

TRIAC выключается автоматически, как только волна переменного тока достигает нуля . Точно так же симистор должен включиться в следующем полупериоде через время задержка с последующим автоматическим отключением при достижении нуля достиг.Для сигнала входной частоты 50 Гц симистор включается и выключается, 100 раз за одну секунду.

Выключение драйвера TRIAC

Мы упоминали выше, что TRIAC BT136 должен быть включен во время каждого полупериода сигнала переменного тока. Таким образом, цифровой выходной сигнал (PIN 11) должен быть сброшен, как только TRIAC будет включен (чтобы он мог включить TRIAC драйвер MOC3021 включен в течение следующего полупериода синусоиды переменного тока).

Рис. 12.Включение драйвера TRIAC

После включения TRIAC не нуждается в высоком уровне сигнала на своем затворе во время полупериод синусоиды переменного тока; это потому, что он продолжает работать до тех пор, пока заканчивается полупериод.

Рисунок 13. Сброс вывода драйвера TRIAC

Выход вентиля 2-L5 подается обратно на вывод сброса защелки RS. после прохождения через блок задержки CNT1/DLY1 и логический элемент ИЛИ 2-L2.

Блок задержки используется для тех симисторов, которым требуется больше времени для их сигнал ворот.Блок задержки CNT1/DLY1 может задерживать сигнал высокого уровня в ввод за время, определенное свойством данных счетчика; на этот раз может быть настраивается пользователем. Сокращение этого времени важно для надежных резка сигнала переменного тока; поэтому TRIAC с меньшим временем (требуется для ворот сигнал) должен быть выбран.

Высокий уровень выхода 2-L5 сбрасывает выход RS-защелки на НИЗКИЙ уровень после время задержки определяется блоком CNT1/DLY1.Низкий выход RS Latch повернется выход 2-L5 затвора на НИЗКИЙ; что в результате превращает драйвер симистора выключенный.

Рис. 14. Свойства блока задержки (CNT1/DLY1)

Примером применения резки формы сигнала переменного тока является диммер. То интенсивность лампы можно варьировать, изменяя разрез формы волны переменного тока. сигнал. Код, включенный в приложение, имеет логический генератор настроен на аналоговом входе PIN 6.

Логический генератор медленно уменьшает яркость лампочки, пока она не погаснет. полностью выключается, а затем медленно увеличивает интенсивность до полной яркости. Видео этого примера также прилагается.

Для индуктивных нагрузок переменного тока (таких как вентиляторы, двигатели переменного тока и т. д.) необходимо соблюдать осторожность, т. к. тяжелые моторы ведут себя непредсказуемо на малых оборотах. напряжения. Щеточные двигатели переменного тока проще.

Мощность переменного тока можно довольно точно изменять с помощью этой схемы управления фазой.Мы продемонстрировал правильную проводимость симистора, контролируя его вход затвора с быстродействующая оптопара.

Микросхема GreenPAK SLG46140V обеспечивает синхронизацию и управление напряжением. вход для многих интерфейсных устройств. Этот пример приложения показал схема диммера лампы накаливания и другие резистивные нагрузки совместимы таких как нагревательные элементы, кофеварки. Вход, управляемый напряжением, подходит для некоторых интерфейсов устройств домашней автоматизации.

Mark Gurries — Лампы накаливания

2) ЗАЩИТА ФОН

Вызывает обеспокоенность применение, связанное с коротким замыканием, где протекает опасный ток. Опасный ток – это ток достаточного уровня, который может привести к реальному повреждению оборудования или проводки. Базовая защита цепи включала обнаружение опасного тока и его удаление или модификацию таким образом, чтобы не было никаких повреждений. Простейшая форма защиты цепи включает в себя концепцию использования простого выключателя ВКЛ-ВЫКЛ, который подключается последовательно с цепью, подверженной короткому замыканию.Если вы можете выключить выключатель, вы можете остановить протекание опасного тока. Наиболее распространенную форму этого типа защиты можно найти в домашней панели питания переменного тока в устройствах, называемых «автоматическими выключателями». Название подразумевает действия переключателя, который каким-то образом автоматически срабатывает в случае неисправности, приводящей к опасному току.

3) ЛАМПЫ ЗАЩИТЫ ПУТЕМ СНИЖЕНИЯ ЗНАЧЕНИЯ ТОКА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

Лампа накаливания, соединенная последовательно с участком пути, может использоваться для реализации функции защиты цепи.Когда происходит короткое замыкание, ток должен течь через лампу. Лампы похожи на резисторы в том смысле, что они могут УМЕНЬШИТЬ значение тока, протекающего до чего-то намного меньшего, чем значение тока, протекающего в момент начала короткого замыкания.

4) ЛАМПЫ НЕ ЯВЛЯЮТСЯ АВТОМАТИЧЕСКИМИ ВЫКЛЮЧАТЕЛЯМИ

Лампочка похожа на автоматический выключатель, но не является настоящим автоматическим выключателем. Почему? При коротком замыкании цепь никогда не разрывается, а значит, ток никогда не прекращается.Истинный автоматический выключатель (переключатель ВКЛ-ВЫКЛ) выключается и «размыкает цепь», что приводит к нулевому значению тока.

5) ЧТО ЛУЧШЕ? DCC ВЫКЛЮЧАТЕЛИ ЛАМП?

Зависит от ваших целей защиты, условий эксплуатации поезда и риска, на который вы готовы пойти.

АВТОМАТИЧЕСКИЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ НЕ ПРЕДОСТАВЛЯЮТ ПОВРЕЖДЕНИЯ ОБОРУДОВАНИЮ, КАКОЕ бы оно ни было. Отсутствие протекания тока означает нулевое выделение тепла где бы то ни было.

ЛАМПЫ ПРЕДЛАГАЮТ НАИМЕНЬШУЮ РАСХОДНУЮ СТОИМОСТЬ ПРИ НЕКОТОРОМ РИСКЕ ПОВРЕЖДЕНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ.

При коротком замыкании протекающий ток по сравнению с отсутствием может быть или не быть опасным в зависимости от того, что защищается. Чувствительные к нагреву детали или небольшие провода, участвующие в пути создания короткого замыкания, по которым должен проходить ток лампы, могут нагреться и деформироваться или, что еще хуже, сгореть. Вы не можете предположить, что только лампочка нагреется.

ЛАМПЫ НЕ МОГУТ ПОДДЕРЖИВАТЬ МНОГО РАБОТАЮЩИХ ДВИГАТЕЛЕЙ.

При использовании в качестве защиты энергосистемы возникают проблемы с работой, если поезд имеет более одной лампочки двигателя (HO с использованием # 1156).Проблема возникает из-за того, что ток поезда должен проходить и через лампочку, даже если короткого замыкания нет. Если поезда или поезда потребляют достаточный ток, лампочка начнет светиться, что приведет к увеличению сопротивления нити накала. Лампа начнет сбрасывать часть напряжения на пути, что приведет к уменьшению напряжения на пути для поезда. Вы действительно увидите, как свечение лампочки меняется в зависимости от скорости поезда. Потеря путевого напряжения означает, что поезд потеряет мощность, ограничивая скорость поезда и тяговое усилие.Дроссель, кажется, не очень хорошо контролирует скорость поезда. Если бы вы могли временно обойти лампочку с тем же поездом, вы бы увидели большую разницу в производительности поездов. Скорость поезда внезапно увеличится, когда лампочка исчезнет из поля зрения, и будет реагировать на изменения скорости дроссельной заслонки, как вы ожидаете. Вывод: используйте лампочки в качестве защиты электросети только в том случае, если у вас есть простые поезда с одним двигателем.

6) НАИЛУЧШЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЦЕПЕЙ С ЛАМПОЧКАМИ

1) Системы DCC с малым током: Большинство автоматических выключателей DCC работают только с усилителем высокого тока (обычно 5 А).Многие могут работать на более низком текущем уровне. Однако, когда уровень тока становится очень низким, как в небольших системах DCC (2 ампера или меньше), варианты с автоматическим выключателем DCC отсутствуют.

2) Защита силовой лягушки: Необходимость в этом возникает, когда на стрелочном переводе используется силовая лягушка, полярность которой зависит от положения указателей. Поезд, идущий против стрелочных переводов, будет иметь ситуацию, когда металлическое колесо входит в крестовину, полярность которой настроена на противоположное значение рельса, по которому колесо движется, входя или выходя из стрелки, создаст короткое замыкание.Что происходит, когда одни и те же колеса достигают рельсов… ну, это уже другая проблема. Здесь есть два варианта.

2A) При использовании небольшой лампочки, соединенной последовательно с крестовиной, лампочка загорается, а короткое замыкание не останавливает поезд.

2B) Соковыжималка для лягушек DCC. Это специализированные устройства, которые автоматически запитывают крестовину, решая как проблему полярности проводки, так и постоянное короткое замыкание в крестовине. Стоимость соковыжималки с одной лягушкой такая же, как у базового декодера DCC, поэтому они являются более дорогими решениями по сравнению с лягушкой.Они совместимы с маломощными системами DCC. Соковыжималки Frog производятся компанией «Tam Valley».

7) КАК РАБОТАЮТ ЛАМПЫ?

Лампы имеют резистивную нить накала, которая представляет собой особый тип провода, который при протекании достаточного тока начинает светиться и излучать свет. Нить накала очень сильно нагревается, причем температура нити напрямую связана с тем, насколько яркой она становится. Поскольку внутри колбы нет кислорода, нить накала фактически не может гореть и потребляться. Нить накала просто принимает тепло и светится.

8) КАК ОЦЕНЯЮТСЯ ЛАМПЫ?

Поскольку нить накала является резистивной, приложенное к лампе напряжение приведет к протеканию через нее тока. Ток, протекающий, умноженный на приложенное к лампе напряжение, является номинальной мощностью лампы.

Вольт x Ток = Вт = Тепло. —> МОЩНОСТЬ ЛАМПЫ = ЯРКОСТЬ ЛАМПЫ

Вот почему мощность ламп указана в ваттах для заданного стандартного напряжения, например, 120 В для домов или 12 В для автомобилей. Лампы с более высокой мощностью будут иметь больший ток, протекающий по нити накала, что позволяет нити нагреваться и светиться ярче.Следовательно, мы связываем яркость лампы с ее мощностью в ваттах.

9) КАК ЛАМПЫ ОБЕСПЕЧИВАЮТ ЗАЩИТУ ЦЕПИ?

Простые переключатели ON-OFF работают, предлагая ДВА биполярных значения сопротивления, противоположных протеканию тока.

а) Когда переключатель включен, сопротивление почти равно нулю.

б) Когда выключатель выключен, сопротивление почти бесконечно.

Подобно выключателю, сопротивление нити накала лампы имеет ДВА значения сопротивления. Сопротивление нити зависит от рабочей температуры нити.Две общие температуры:

1) ХОЛОДНАЯ НИТЬ, когда лампа выключена. Это очень низкое значение сопротивления. Это значение обычно связано со значением пускового тока лампы, которое здесь не является электрическим параметром, но важно для его работы.

2) HOT FILAMNET при включенной лампочке. Это значение сопротивления, которое в 10 и более раз превышает значение холодного сопротивления.

КЛЮЧЕВОЙ МОМЕНТ: 10-кратное изменение сопротивления лампы имитирует значения сопротивления переключателя ON-OFF.Именно эти ДВА ОЧЕНЬ РАЗЛИЧНЫХ СОСТОЯНИЯ ЗНАЧЕНИЙ СОПРОТИВЛЕНИЯ позволяют лампе предлагать себя в качестве защитного устройства.

10) ЛАМПЫ СНИЖАЮТ ТОК. ОНИ НЕ ОГРАНИЧИВАЮТ ЕГО И НЕ ЗАЖИМАЮТ.

Нулевой момент времени, когда возникает короткое замыкание, протекающий ток превышает максимальный номинальный ток усилителя. Низкое сопротивление нити накала лампы в холодном состоянии недостаточно для ограничения пускового тока. Однако сильный ток протекает через холодную нить накала, заставляя ее нагреваться.Нить накала светится, а сопротивление нити поднимается выше значения сопротивления холодной нити. Процесс продолжается до тех пор, пока лампочка не достигнет максимальной яркости и одновременно максимального значения сопротивления нити накала. Только когда сопротивление поднимается выше уровня, который может уменьшить ток бустера ниже номинального тока бустера, происходит успешная защита лампы. Дело в том, что ток снижается до более низкого уровня, равного номинальному току лампы, и для этого требуется ВРЕМЯ.

Утверждать, что лампочка ограничена или зажать ток короткого замыкания, НЕПРАВИЛЬНО. Эти термины подразумевают, что лампа никогда не позволяла току превышать номинальный ток лампы. Это просто не то, что происходит физически. В начале короткого замыкания протекает полный бустерный ток, который значительно превышает номинальный ток лампы.

11) ЧТО ТРЕБУЕТСЯ ОТ ЛАМПЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЦЕПИ С DCC?

Он должен быть совместим с функцией автоматического выключателя DCC.Автоматический выключатель имеет два параметра.

a) Текущее значение отключения, которое совпадает с номинальным током бустера.

b) Время задержки отключения и отключения. Неуказанный временной параметр, уникальный для бустера.

Автоматический выключатель DCC работает, определяя ток, превышающий уровень срабатывания. Он запускает таймер обратного отсчета, и когда таймер истекает, он проверяет, не упал ли ток НИЖЕ отключения. Если он не упал ниже уровня срабатывания, бустер выключается, что приводит к потере мощности компоновки.Если да, то питание не пропало и макет может продолжать работать как ни в чем не бывало. Это ограничения, при которых лампа должна работать, чтобы быть успешной.

Это означает, что лампа должна иметь:

a) ток горячей нити накала, который меньше уровня срабатывания вспомогательного тока.

b) малое время задержки нагрева нити накала (быстро нагревается) ДО истечения времени таймера бустера.

Проще говоря, лампа должна реагировать быстрее, чем усилитель, с точки зрения управления током короткого замыкания.Это гонка между лампой и усилителем, чтобы увидеть, кто первым устранит короткое замыкание. Вы хотите, чтобы лампочка выиграла!

12) КАК ВЫБРАТЬ ПОДХОДЯЩУЮ ЛАМПОЧКУ?

ШАГ 1: ОПРЕДЕЛИТЕ ПРИМЕНЕНИЕ

а) Лампа, реализующая электроэнергию, должна иметь номинальный ток, близкий к номиналу бустера, но никогда не равный или превышающий его.

b) Лампа, реализующая защиту от крестовины, должна иметь номинальный ток примерно такой же, как потребляемый ток одного локомотива.

ШАГ 2: РАСЧЕТ ЗАДАННОГО ТОКА ЛАМПЫ.

Поскольку речь идет об автомобильных лампах для DCC, напряжение лампы всегда одинаково. Зная мощность лампы и напряжение лампы, мы можем использовать закон Ома для расчета тока лампы.

Лампа (ток) = лампа накаливания (Ватт) / 13 В (12 В — минимальное напряжение при полностью заряженной батарее. 14 В при зарядке. 13 В номинально)

Проверьте значение тока на соответствие требованиям, выбранным на шаге 1.

ШАГ 3: ПРОВЕРЬТЕ ВЫБРАННУЮ ЛАМПОЧКУ.

Подсоедините лампочку к дорожке, чтобы зажечь ее. Если лампочка загорится БЕЗ отключения бустера, лампочка исправна. Если нет, то лампочка долго греется. Попробуйте еще раз с другой лампой с меньшей силой тока.

13) ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

У Маркуса есть раздел об использовании лампочек и его опыте вместе с другими.

http://www.members.optusnet.com.au/nswmn/1156.htm

ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК – Прикладное промышленное электричество

Переменный ток

Большинство студентов, изучающих электричество, начинают свое изучение с так называемого постоянного тока (постоянного тока), то есть электричества, протекающего в постоянном направлении и/или обладающего напряжением с постоянной полярностью.Постоянный ток — это вид электричества, производимого батареей (с определенными положительными и отрицательными клеммами), или вид заряда, генерируемый трением определенных типов материалов друг о друга.

Переменный ток против постоянного тока

Каким бы полезным и простым для понимания ни был постоянный ток, это не единственный «вид» используемого электричества. Некоторые источники электричества (в первую очередь, роторные электромеханические генераторы) естественным образом производят напряжение с чередующейся полярностью, меняя положительное и отрицательное с течением времени.Либо полярность переключения напряжения, либо направление переключения тока вперед и назад, этот «вид» электричества известен как переменный ток (AC):

.

Рисунок 4.1 Постоянный и переменный ток

В то время как знакомый символ батареи используется в качестве общего символа для любого источника напряжения постоянного тока, круг с волнистой линией внутри является общим символом для любого источника переменного напряжения.
Можно задаться вопросом, зачем вообще кому-то интересоваться такой вещью, как переменный ток. Это правда, что в некоторых случаях переменный ток не имеет практического преимущества перед постоянным током.В приложениях, где электричество используется для рассеивания энергии в виде тепла, полярность или направление тока не имеют значения, если на нагрузке достаточно напряжения и тока для производства желаемого тепла (рассеивание мощности). Однако с помощью переменного тока можно создавать электрические генераторы, двигатели и системы распределения электроэнергии, которые намного эффективнее, чем постоянный ток, и поэтому мы видим, что переменный ток используется преимущественно во всем мире в приложениях большой мощности. Чтобы объяснить детали того, почему это так, необходимо немного базовых знаний о AC.
Генераторы переменного тока
Если машина предназначена для вращения магнитного поля вокруг набора стационарных проволочных катушек с вращением вала, переменное напряжение будет создаваться на проволочных катушках при вращении этого вала в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея. Это основной принцип работы генератора переменного тока, также известного как генератор переменного тока :
. Рисунок 4.2 Работа генератора переменного тока
Обратите внимание, как меняется полярность напряжения на проволочных катушках, когда противоположные полюса вращающегося магнита проходят мимо.При подключении к нагрузке эта обратная полярность напряжения создаст обратное направление тока в цепи. Чем быстрее вращается вал генератора переменного тока, тем быстрее будет вращаться магнит, в результате чего переменное напряжение и ток чаще меняют направление за заданный промежуток времени.
Хотя генераторы постоянного тока работают по тому же общему принципу электромагнитной индукции, их конструкция не так проста, как у их аналогов переменного тока. В генераторе постоянного тока катушка провода устанавливается на валу, где магнит находится на генераторе переменного тока, и электрические соединения с этой вращающейся катушкой выполняются через стационарные угольные «щетки», контактирующие с медными полосками на вращающемся валу.Все это необходимо для переключения меняющейся полярности выхода катушки на внешнюю цепь, чтобы внешняя цепь видела постоянную полярность:

Рис. 4.3 Работа генератора постоянного тока
Генератор, показанный выше, вырабатывает два импульса напряжения за один оборот вала, причем оба импульса имеют одинаковое направление (полярность). Чтобы генератор постоянного тока вырабатывал постоянное напряжение , а не короткие импульсы напряжения каждые 1/2 оборота, несколько наборов катушек периодически контактируют со щетками.Диаграмма, показанная выше, немного более упрощена, чем то, что вы видели бы в реальной жизни.
Проблемы, связанные с установлением и разрывом электрического контакта с движущейся катушкой, должны быть очевидны (искрение и нагрев), особенно если вал генератора вращается с высокой скоростью. Если атмосфера, окружающая машину, содержит легковоспламеняющиеся или взрывоопасные пары, практические проблемы искрообразования щеточных контактов становятся еще более серьезными. Для работы генератора переменного тока (альтернатора) не требуются щетки и коммутаторы, и поэтому он невосприимчив к этим проблемам, с которыми сталкиваются генераторы постоянного тока.
Двигатели переменного тока
Преимущества переменного тока перед постоянным в отношении конструкции генератора также отражены в электродвигателях. В то время как двигатели постоянного тока требуют использования щеток для электрического контакта с движущимися катушками проволоки, двигатели переменного тока этого не делают. На самом деле, конструкции двигателей переменного и постоянного тока очень похожи на их аналоги-генераторы (идентичные для этого руководства), двигатель переменного тока зависит от реверсивного магнитного поля, создаваемого переменным током через его неподвижные катушки проволоки для вращения вращающегося магнита. вокруг его вала, а двигатель постоянного тока зависит от щеточных контактов, замыкающих и размыкающих соединения с обратным током через вращающуюся катушку каждые 1/2 оборота (180 градусов).
Трансформаторы
Итак, мы знаем, что генераторы переменного тока и двигатели переменного тока, как правило, проще, чем генераторы и двигатели постоянного тока. Эта относительная простота приводит к большей надежности и снижению производственных затрат. Но для чего еще хорош AC? Наверняка в нем должно быть что-то большее, чем детали конструкции генераторов и двигателей! Действительно есть. Существует эффект электромагнетизма, известный как взаимная индукция , при котором две или более катушек проволоки размещаются так, что изменяющееся магнитное поле, создаваемое одной, индуцирует напряжение в другой.Если у нас есть две взаимно индуктивные катушки, и мы питаем одну катушку переменным током, мы создадим переменное напряжение в другой катушке. При использовании как таковое это устройство известно как трансформатор :
. Рисунок 4.4 Трансформатор «трансформирует» переменное напряжение и ток.
Фундаментальное значение трансформатора заключается в его способности повышать или понижать напряжение от питающей катушки к обесточенной катушке. Напряжение переменного тока, индуцируемое в непитанной («вторичной») катушке, равно напряжению переменного тока на питаемой («первичной») катушке, умноженному на отношение витков вторичной катушки к виткам первичной катушки.Если вторичная катушка питает нагрузку, ток через вторичную катушку прямо противоположен: ток первичной катушки, умноженный на отношение первичных и вторичных витков. Это соотношение имеет очень близкую механическую аналогию, используя крутящий момент и скорость для представления напряжения и тока соответственно:

Рисунок 4.5. Зубчатая передача с умножением скорости снижает крутящий момент и увеличивает скорость. Понижающий трансформатор понижает напряжение и увеличивает ток.

Если соотношение обмотки изменено на противоположное, так что первичная обмотка имеет меньше витков, чем вторичная обмотка, трансформатор «повышает» напряжение от уровня источника до более высокого уровня на нагрузке:

Рисунок 4.Шестиступенчатая редукторная передача увеличивает крутящий момент и снижает скорость. Повышающий трансформатор повышает напряжение и понижает ток.

Способность трансформатора с легкостью повышать или понижать напряжение переменного тока дает переменному току преимущество, не имеющее аналогов по сравнению с постоянным током, в области распределения мощности, как показано на рисунке ниже. При передаче электрической энергии на большие расстояния гораздо эффективнее делать это с повышенным напряжением и пониженным током (провод меньшего диаметра с меньшими резистивными потерями мощности), а затем понижать напряжение и повышать ток в течение промышленности, бизнеса или потребительского использования.

Рисунок 4.7 Трансформаторы обеспечивают эффективную передачу электроэнергии высокого напряжения на большие расстояния.

Трансформаторная технология сделала возможным распределение электроэнергии на большие расстояния. Без возможности эффективного повышения и понижения напряжения было бы непомерно дорого строить энергосистемы для чего-либо, кроме использования на близком расстоянии (максимум в пределах нескольких миль).
Какими бы полезными ни были трансформаторы, они работают только с переменным, а не постоянным током. Поскольку явление взаимной индуктивности зависит от изменяющихся магнитных полей, а постоянный ток (DC) может создавать только устойчивые магнитные поля, трансформаторы просто не будут работать с постоянным током.Конечно, постоянный ток может быть прерван (импульсирован) через первичную обмотку трансформатора для создания изменяющегося магнитного поля (как это делается в автомобильных системах зажигания для получения высоковольтной энергии свечи зажигания от низковольтной батареи постоянного тока), но импульсный постоянный ток ничем не отличается от переменного. Возможно, больше, чем по какой-либо другой причине, переменный ток находит такое широкое применение в энергосистемах.

Постоянный ток означает «Постоянный ток», что означает напряжение или ток, который поддерживает постоянную полярность или направление, соответственно, во времени.
AC расшифровывается как «Переменный ток», что означает напряжение или ток, который меняет полярность или направление, соответственно, с течением времени.
Электромеханические генераторы переменного тока
, известные как генераторы переменного тока , имеют более простую конструкцию, чем электромеханические генераторы постоянного тока.
Конструкция двигателей переменного и постоянного тока модели
очень точно соответствует принципам конструкции соответствующих генераторов.
Трансформатор представляет собой пару катушек взаимной индукции, используемых для передачи мощности переменного тока от одной катушки к другой.Часто количество витков в каждой катушке устанавливается для создания увеличения или уменьшения напряжения от питаемой (первичной) катушки к непитанной (вторичной) катушке.
Вторичное напряжение = Первичное напряжение (вторичные витки / первичные витки)
Вторичный ток = первичный ток (первичные витки / вторичные витки)

Измерения величины переменного тока
До сих пор мы знали, что переменное напряжение меняет полярность, а переменный ток меняет направление.Мы также знаем, что переменный ток может меняться по-разному, и, отслеживая чередование во времени, мы можем изобразить его в виде «формы волны». Мы можем измерить скорость чередования, измерив время, которое требуется волне, чтобы развиться до того, как она повторится («период»), и выразить это как число циклов в единицу времени или «частоту». В музыке частота равна высоте тона , что является существенным свойством, отличающим одну ноту от другой.
Однако мы сталкиваемся с проблемой измерения, если пытаемся выразить, насколько велика или мала величина переменного тока.С постоянным током, где величины напряжения и тока обычно стабильны, у нас не возникает проблем с выражением того, сколько напряжения или тока мы имеем в любой части цепи. Но как придать единственное измерение величины чему-то, что постоянно меняется?
Способы выражения величины сигнала переменного тока
Одним из способов выражения интенсивности или величины (также называемой амплитудой ) величины переменного тока является измерение высоты ее пика на графике формы сигнала.Это известно как пик или пик значение сигнала переменного тока:
Рис. 4.8. Пиковое напряжение сигнала.
Другой способ — измерить общую высоту между противоположными вершинами. Это известно как пиковое значение (P-P) сигнала переменного тока:

Рисунок 4.9. Размах напряжения сигнала.
К сожалению, любое из этих выражений амплитуды волны может ввести в заблуждение при сравнении двух разных типов волн. Например, прямоугольная волна с пиком 10 вольт, очевидно, представляет собой большую величину напряжения в течение большего периода времени, чем треугольная волна с пиком 10 вольт.Эффекты этих двух напряжений переменного тока, питающих нагрузку, будут совершенно разными:

Рис. 4.10 Прямоугольная волна производит больший эффект нагрева, чем треугольная волна того же пикового напряжения.

Один из способов выразить амплитуду различных форм волны более эквивалентным образом — математически усреднить значения всех точек на графике формы волны до единого совокупного числа. Это измерение амплитуды известно просто как среднее значение сигнала.Если мы усредним все точки на сигнале алгебраически (т. е. рассмотрим их знак , положительный или отрицательный), среднее значение для большинства сигналов будет технически равно нулю, потому что все положительные точки нейтрализуют все отрицательные точки в течение некоторого времени. полный цикл:

Рисунок 4.11 Среднее значение синусоиды равно нулю.

Это, конечно, будет верно для любой формы волны, имеющей участки равной площади выше и ниже «нулевой» линии графика. Однако, как практическая мера совокупного значения формы волны, «среднее» обычно определяется как математическое среднее абсолютных значений точек за цикл.Другими словами, мы вычисляем практическое среднее значение формы волны, рассматривая все точки на волне как положительные величины, как если бы форма волны выглядела так:

Рисунок 4.12. Форма волны, наблюдаемая измерителем «средней чувствительности» переменного тока.

Движения механических счетчиков, нечувствительных к полярности (счетчики, спроектированные так, чтобы одинаково реагировать на положительные и отрицательные полупериоды переменного напряжения или тока) регистрируются пропорционально среднему значению формы волны, поскольку инерция указателя по отношению к натяжению пружина естественным образом усредняет силу, создаваемую изменяющимися значениями напряжения/тока с течением времени.И наоборот, чувствительные к полярности измерительные механизмы бесполезно вибрируют при воздействии переменного напряжения или тока, их стрелки быстро колеблются вокруг нулевой отметки, указывая истинное (алгебраическое) среднее значение нуля для симметричной формы волны. Когда в этом тексте упоминается «среднее» значение сигнала, предполагается, что подразумевается «практическое» определение среднего значения, если не указано иное.
Другой метод получения совокупного значения амплитуды сигнала основан на способности сигнала выполнять полезную работу при воздействии на сопротивление нагрузки.К сожалению, измерение переменного тока, основанное на работе, выполненной сигналом, не совпадает со «средним» значением этого сигнала, потому что мощность, рассеиваемая заданной нагрузкой (работа, выполняемая в единицу времени), не прямо пропорциональна величине любого из этих сигналов. прикладываемое к нему напряжение или ток. Скорее, мощность пропорциональна квадрату напряжения или тока, приложенного к сопротивлению (P = E ² /R и P = I ² R). Хотя математические расчеты такого измерения амплитуды могут быть непростыми, их полезность очевидна.
Возьмем ленточную пилу и электролобзик, две единицы современного деревообрабатывающего оборудования. Оба типа пил режут древесину тонким зубчатым металлическим диском с приводом от двигателя. Но в то время как ленточная пила использует непрерывное движение лезвия для резки, лобзик использует возвратно-поступательное движение. Сравнение переменного тока (AC) с постоянным током (DC) можно сравнить со сравнением этих двух типов пил:

Рисунок 4.13. Аналогия ленточной пилы и лобзика постоянного и переменного тока.

В этой аналогии с пилой также присутствует проблема, связанная с попыткой описать изменяющиеся величины переменного напряжения или тока в одном совокупном измерении: как мы можем выразить скорость полотна лобзика? Полотно ленточной пилы движется с постоянной скоростью, аналогично тому, как постоянное напряжение толкает или постоянный ток движется с постоянной величиной.Лезвие лобзика, с другой стороны, движется вперед и назад, его скорость постоянно меняется. Более того, возвратно-поступательное движение любых двух лобзиков может быть разным, в зависимости от механической конструкции пил. Один лобзик может двигать лезвие по синусоиде, а другой по треугольной волне. Оценивать лобзик на основе его пиковой скорости пилы было бы совершенно неверно при сравнении одного лобзика с другим (или лобзика с ленточной пилой!). Несмотря на то, что эти разные пилы двигают свои лезвия по-разному, они одинаковы в одном отношении: все они режут дерево, и количественное сравнение этой общей функции может служить общей основой для оценки скорости лезвия.
Представьте рядом лобзик и ленточнопильный станок, оснащенные одинаковыми полотнами (с одинаковым шагом зубьев, углом наклона и т. д.), которые в равной степени способны резать одинаковую толщину одного и того же типа древесины с одинаковой скоростью. Можно сказать, что две пилы были эквивалентны или равны по своей режущей способности. Можно ли использовать это сравнение, чтобы присвоить скорость полотна «эквивалента ленточной пилы» возвратно-поступательному движению полотна электролобзика; связать эффективность рубки одного с другим? Это общая идея, используемая для присвоения измерения «эквивалента постоянного тока» любому напряжению или току переменного тока: любая величина постоянного напряжения или тока будет производить такое же количество рассеиваемой тепловой энергии через одинаковое сопротивление:

Рисунок 4.14 Среднеквадратичное значение напряжения дает тот же эффект нагрева, что и такое же напряжение постоянного тока
Как среднеквадратичное значение (RMS) относится к переменному току?
В двух вышеприведенных цепях имеется одинаковое сопротивление нагрузки (2 Ом), рассеивающее одинаковое количество энергии в виде тепла (50 Вт), одна питается от переменного тока, а другая от постоянного. Поскольку изображенный выше источник переменного напряжения эквивалентен (с точки зрения мощности, подаваемой на нагрузку) 10-вольтовой батарее постоянного тока, мы бы назвали его «10-вольтовым» источником переменного тока. Более конкретно, мы бы обозначили его значение напряжения как 10 вольт RMS .Квалификатор «RMS» означает Root Mean Square , алгоритм, используемый для получения эквивалентного значения постоянного тока из точек на графике (по сути, процедура состоит из возведения в квадрат всех положительных и отрицательных точек на графике сигнала, усреднения этих квадратов значений). , затем извлеките квадратный корень из этого среднего значения, чтобы получить окончательный ответ). Иногда вместо «RMS» используются альтернативные термины , эквивалентный , или DC, эквивалентный , но количество и принцип одинаковы.
Измерение среднеквадратичной амплитуды
— это лучший способ соотнести величины переменного тока с величинами постоянного тока или другими величинами переменного тока с различными формами сигналов при измерении электрической мощности. По другим соображениям лучше всего использовать пиковые или размаховые измерения. Например, при определении надлежащего размера провода (силы тока) для передачи электроэнергии от источника к нагрузке лучше всего использовать измерение среднеквадратичного значения тока, поскольку основной проблемой, связанной с током, является перегрев провода, который является функцией рассеивание мощности, вызванное током через сопротивление провода.Однако при оценке изоляторов для работы в высоковольтных приложениях переменного тока наиболее подходящими являются измерения пикового напряжения, потому что здесь основной проблемой является «пробой» изолятора, вызванный краткими скачками напряжения, независимо от времени.
Инструменты, используемые для измерения амплитуды сигнала
Пиковые и размаховые измерения лучше всего выполнять с помощью осциллографа, который может регистрировать гребни сигнала с высокой степенью точности благодаря быстрому действию электронно-лучевой трубки в ответ на изменения напряжения.Для измерений среднеквадратичного значения аналоговые измерительные механизмы (D’Arsonval, Weston, железная крыльчатка, электродинамометр) будут работать до тех пор, пока они откалиброваны по среднеквадратичным значениям. Поскольку механическая инерция и демпфирующие эффекты движения электромеханического измерителя делают отклонение стрелки естественным образом пропорциональным среднему значению переменного тока, а не истинному среднеквадратичному значению, аналоговые измерители должны быть специально откалиброваны (или неправильно откалиброваны, в зависимости от как вы на это смотрите), чтобы указать напряжение или ток в единицах среднеквадратичного значения.Точность этой калибровки зависит от предполагаемой формы волны, обычно синусоиды.
Электронные счетчики
, специально разработанные для измерения среднеквадратичных значений, лучше всего подходят для этой задачи. Некоторые производители приборов разработали оригинальные методы определения среднеквадратичного значения сигнала любой формы. Один из таких производителей выпускает счетчики «True-RMS» с крошечным резистивным нагревательным элементом, питаемым напряжением, пропорциональным измеряемому. Эффект нагрева этого элемента сопротивления измеряется термически, чтобы получить истинное среднеквадратичное значение без каких-либо математических расчетов, только законы физики в действии в соответствии с определением среднеквадратичного значения.Точность этого типа измерения среднеквадратичного значения не зависит от формы волны.
Взаимосвязь пикового значения, полного размаха, среднего значения и среднеквадратичного значения
Для «чистых» сигналов существуют простые коэффициенты преобразования для приравнивания измерений пикового значения, размаха к пиковому, среднего (практического, а не алгебраического) и среднеквадратичного значения:

Рис. 4.15 Коэффициенты преобразования для обычных сигналов.
В дополнение к среднеквадратичным, средним, пиковым (гребенчатым) и размахам сигнала переменного тока существуют отношения, выражающие пропорциональность между некоторыми из этих фундаментальных измерений.Например, коэффициент амплитуды сигнала переменного тока представляет собой отношение его пикового (гребенчатого) значения к среднеквадратичному значению. Форм-фактор формы сигнала переменного тока представляет собой отношение его среднеквадратичного значения к его среднему значению. Сигналы прямоугольной формы всегда имеют пик и коэффициенты формы, равные 1, поскольку пик совпадает со среднеквадратичным и средним значениями. Синусоидальные сигналы имеют среднеквадратичное значение 0,707 (обратное значение квадратного корня из 2) и форм-фактор 1,11 (0,707/0,636). Сигналы треугольной и пилообразной формы имеют среднеквадратичное значение 0.577 (обратное значение квадратного корня из 3) и форм-фактор 1,15 (0,577/0,5).
Имейте в виду, что показанные здесь константы преобразования для пиковой, среднеквадратичной и средней амплитуд синусоидальных, прямоугольных и треугольных волн справедливы только для чистых форм этих волн. Среднеквадратичное значение и средние значения искаженных форм волны не связаны одними и теми же отношениями:

Рисунок 4.16 Сигналы произвольной формы не имеют простых преобразований.

Это очень важная концепция, которую необходимо понимать при использовании аналогового измерителя Д’Арсонваля для измерения напряжения или тока переменного тока.Аналоговый механизм Дарсонваля, откалиброванный для отображения среднеквадратичной амплитуды синусоидальной волны, будет точным только при измерении чистых синусоидальных волн. Если форма волны измеряемого напряжения или тока не является чистой синусоидальной волной, показания измерителя не будут истинным среднеквадратичным значением формы волны, потому что степень отклонения стрелки в движении аналогового измерителя Д’Арсонваля равна пропорционально среднему значению сигнала, а не среднеквадратичному значению. Калибровка измерителя среднеквадратичного значения достигается путем «перекоса» диапазона измерителя таким образом, чтобы он отображал небольшое кратное среднему значению, которое будет равно значению среднеквадратичного значения для определенной формы волны и для конкретной формы волны только .
Поскольку синусоидальная форма волны наиболее распространена в электрических измерениях, она является формой волны, принятой для калибровки аналогового измерителя, а малое кратное, используемое при калибровке измерителя, равно 1,1107 (форм-фактор: 0,707/0,636: отношение RMS деленное на среднее значение для синусоидальной формы волны). Любая форма волны, отличная от чистой синусоидальной волны, будет иметь другое соотношение среднеквадратичных и средних значений, и, таким образом, измеритель, откалиброванный для синусоидального напряжения или тока, не будет показывать истинное среднеквадратичное значение при считывании несинусоидальной волны.Имейте в виду, что это ограничение применяется только к простым аналоговым измерителям переменного тока, не использующим технологию «True-RMS».

Амплитуда сигнала переменного тока – это его высота, показанная на графике в зависимости от времени. Измерение амплитуды может принимать форму пика, размаха, среднего или среднеквадратичного значения.
Пик Амплитуда – это высота сигнала переменного тока, измеренная от нулевой отметки до самой высокой положительной или самой низкой отрицательной точки на графике.Также известен как гребень амплитуда волны.
Размах Амплитуда – это общая высота сигнала переменного тока, измеренная от максимального положительного до максимального отрицательного пика на графике. Часто обозначается аббревиатурой «ПП».
Средняя амплитуда – это математическое «среднее» всех точек сигнала за период одного цикла. Технически средняя амплитуда любого сигнала с участками равной площади выше и ниже «нулевой» линии на графике равна нулю.Однако в качестве практической меры амплитуды среднее значение сигнала часто рассчитывается как математическое среднее всех абсолютных значений точек (принимая все отрицательные значения и считая их положительными). Для синусоидального сигнала рассчитанное таким образом среднее значение составляет приблизительно 0,637 от его пикового значения.
«СКЗ» означает Среднеквадратичное значение и представляет собой способ выражения величины напряжения или тока переменного тока в терминах, функционально эквивалентных постоянному току. Например, среднеквадратичное значение переменного тока 10 вольт — это величина напряжения, которая будет производить такое же количество тепла, рассеиваемое на резисторе заданного номинала, как источник питания постоянного тока 10 вольт.Также известен как «эквивалент» или «эквивалент постоянного тока» напряжения или тока переменного тока. Для синусоидального сигнала среднеквадратичное значение составляет примерно 0,707 от его пикового значения.
Коэффициент амплитуды сигнала переменного тока представляет собой отношение его пика (гребня) к его среднеквадратичному значению.
Форм-фактор формы сигнала переменного тока представляет собой отношение его среднеквадратичного значения к его среднему значению.
Аналоговые, электромеханические движения счетчика реагируют пропорционально среднему значению переменного напряжения или тока.Когда требуется индикация среднеквадратичного значения, калибровка измерителя должна быть соответствующим образом «перекошена». Это означает, что точность показания среднеквадратичного значения электромеханического измерителя зависит от чистоты формы волны: является ли она точно такой же, как форма волны, используемая при калибровке.

Рисунок 4.17. Принципиальная схема однофазной энергосистемы мало что говорит о проводке практической силовой цепи.
Выше показана очень простая цепь переменного тока. Если бы рассеиваемая мощность нагрузочного резистора была существенной, мы могли бы назвать это «схемой питания» или «системой питания», а не рассматривать ее как обычную схему.Различие между «цепью питания» и «обычной схемой» может показаться произвольным, но с практической точки зрения это точно не так.
Практический анализ цепей
Одной из таких проблем является размер и стоимость проводки, необходимой для подачи питания от источника переменного тока к нагрузке. Обычно мы не задумываемся об этом, если просто анализируем цепь ради изучения законов электричества. Однако в реальном мире это может стать серьезной проблемой.Если мы зададим источнику в приведенной выше схеме значение напряжения, а также зададим значения рассеиваемой мощности для двух нагрузочных резисторов, мы сможем определить требования к проводке для этой конкретной схемы:
С практической точки зрения проводка для нагрузки 20 кВт при 120 В переменного тока довольно прочная (167 А).

[латекс]I=\frac{P}{E}[/латекс]

[латекс]I=\frac{10кВт}{120В}[/латекс]

[latex]I=83.33A \text{(для каждого нагрузочного резистора)}[/latex]

[латекс]I_{всего}= I_\текст{загрузка#1} + I_\текст{загрузка#2}[/латекс]

[латекс]P_{всего}= (10кВт) +(10кВт)[/латекс]

[латекс]I_{всего}= (83.33 А) +(83,33 А)[/латекс]

[латекс]P_{всего}= (20кВт)[/латекс]

[латекс]\pmb{I_{всего}= 166,67 А}[/латекс]

В приведенном выше примере 83,33 ампера для каждого нагрузочного резистора на рисунке выше дают в сумме 166,66 ампер общего тока цепи. Это немалое количество тока, и для него потребуются медные провода сечением не менее 1/0. Такая проволока имеет диаметр более 1/4 дюйма (6 мм) и весит более 300 фунтов на тысячу футов.Имейте в виду, что медь тоже недешева! В наших интересах было бы найти способы минимизировать такие затраты, если бы мы проектировали энергосистему с проводниками большой длины.
Одним из способов сделать это может быть увеличение напряжения источника питания и использование нагрузок, рассчитанных на рассеивание по 10 кВт каждая при этом более высоком напряжении. Нагрузки, конечно, должны были бы иметь более высокие значения сопротивления, чтобы рассеивать ту же мощность, что и раньше (по 10 кВт каждая) при большем напряжении, чем раньше. Преимуществом будет меньший ток, что позволит использовать меньший, легкий и дешевый провод:

[латекс]I=\frac{P}{E}[/латекс]

[латекс]I=\frac{10кВт}{240В}[/латекс]

[латекс]I=41.67 А \text{ (для каждого нагрузочного резистора)}[/latex]

[латекс]I_{всего}= I_\текст{загрузка#1} + I_\текст{загрузка#2}[/латекс]

[латекс]P_{всего}= (10кВт) +(10кВт)[/латекс]

[латекс]I_{всего}= (41,67 А) +(41,67 А)[/латекс]

[латекс]P_{всего}= (20кВт)[/латекс]

[латекс]\pmb{I_{всего}= 83,33 А}[/латекс]

Теперь наш общий ток цепи составляет 83.33 ампера, половина того, что было раньше. Теперь мы можем использовать проволоку 4 калибра, которая весит меньше половины веса проволоки 1/0 калибра на единицу длины. Это значительное снижение стоимости системы без ухудшения производительности. Вот почему разработчики систем распределения электроэнергии предпочитают передавать электроэнергию с использованием очень высокого напряжения (многие тысячи вольт): чтобы извлечь выгоду из экономии, полученной за счет использования меньшего, более легкого и дешевого провода.
Опасность повышения напряжения источника
Однако это решение не лишено недостатков.Еще одна практическая проблема с силовыми цепями — опасность поражения электрическим током от высокого напряжения. Опять же, это обычно не то, на чем мы концентрируемся при изучении законов электричества, но это очень важная проблема в реальном мире, особенно когда речь идет о больших объемах энергии. Повышение эффективности, достигнутое за счет повышения напряжения в цепи, представляет собой повышенную опасность поражения электрическим током. Энергораспределительные компании решают эту проблему, протягивая свои линии электропередач вдоль высоких столбов или вышек и изолируя линии от несущих конструкций большими фарфоровыми изоляторами.
В точке потребления (потребитель электроэнергии) остается вопрос, какое напряжение использовать для питания нагрузок. Высокое напряжение обеспечивает большую эффективность системы за счет снижения тока в проводнике, но не всегда практично держать силовую проводку вне досягаемости в точке использования так, как ее можно поднять вне досягаемости в распределительных системах. На этот компромисс между эффективностью и опасностью решили пойти европейские проектировщики энергосистем, поскольку все их домашние хозяйства и бытовые приборы работают при номинальном напряжении 240 вольт вместо 120 вольт, как в Северной Америке.Вот почему туристы из Америки, посещающие Европу, должны иметь при себе небольшие понижающие трансформаторы для своих портативных приборов, чтобы понизить мощность 240 В переменного тока до более подходящих 120 В переменного тока.
Решения для подачи напряжения потребителям
Понижающие трансформаторы в конечной точке потребления электроэнергии
Можно ли одновременно реализовать преимущества повышения эффективности и снижения угрозы безопасности? Одним из решений может быть установка понижающих трансформаторов в конечной точке потребления электроэнергии, как это должен делать американский турист, находясь в Европе.Однако это было бы дорого и неудобно для всего, кроме очень малых нагрузок (где трансформаторы можно построить дешево) или очень больших нагрузок (где стоимость толстых медных проводов превышала бы стоимость трансформатора).
Две нагрузки более низкого напряжения последовательно
Альтернативным решением может быть использование источника более высокого напряжения для питания двух последовательно подключенных нагрузок более низкого напряжения. Этот подход сочетает эффективность высоковольтной системы с безопасностью низковольтной системы:

Рисунок 4.18 Последовательно соединенные нагрузки 120 В переменного тока, приводимые в действие источником 240 В переменного тока с общим током 83,3 А.

Обратите внимание на маркировку полярности (+ и -) для каждого отображаемого напряжения, а также на однонаправленные стрелки для тока. По большей части я избегал обозначения «полярности» в цепях переменного тока, которые мы анализировали, даже несмотря на то, что это обозначение допустимо для обеспечения системы отсчета для фазы. В последующих разделах этой главы фазовые отношения станут очень важными, поэтому я ввожу это обозначение в начале главы для вашего ознакомления.
Ток через каждую нагрузку такой же, как и в простой 120-вольтовой цепи, но токи не складываются, потому что нагрузки подключены последовательно, а не параллельно. Напряжение на каждой нагрузке составляет всего 120 вольт, а не 240, поэтому коэффициент безопасности выше. Имейте в виду, у нас все еще есть полные 240 вольт на проводах системы питания, но каждая нагрузка работает при пониженном напряжении. Если кто-то и получит удар током, скорее всего, это произойдет от контакта с проводниками конкретной нагрузки, а не от контакта с основными проводами энергосистемы.
Модификации конструкции серии с двумя нагрузками
У этой конструкции есть только один недостаток: последствия отказа одной нагрузки или ее отключения (при условии, что каждая нагрузка имеет последовательный переключатель включения/выключения для прерывания тока) нехороши. Будучи последовательной цепью, если какая-либо нагрузка разомкнется, ток прекратится и в другой нагрузке. По этой причине нам нужно немного изменить дизайн:

Рис. 4.19 Добавление нейтрального проводника позволяет управлять нагрузками по отдельности.\циркуляр[/латекс] [латекс]I_1=\frac{P_1}{E_1}[/латекс] [латекс]=\фракция{10кВт}{120В}[/латекс] [латекс]I_1=83,33 А[/латекс] [латекс]I_2=\frac{P_2}{E_2}[/латекс] [латекс]=\фракция{10кВт}{120В}[/латекс] [латекс]I_2=83,33 А[/латекс] [латекс]P_{всего}= (10кВт) +(10кВт)[/латекс] [латекс]= (20 кВт)[/латекс]
Двухфазная система питания
Вместо одного источника питания на 240 вольт мы используем два источника на 120 вольт (в фазе друг с другом!) последовательно для получения 240 вольт, а затем прокладываем третий провод к точке соединения между нагрузками на случай возникновения одного загрузочное отверстие.Это называется системой питания с расщепленной фазой . Три меньших провода по-прежнему дешевле, чем два провода, необходимые для простой параллельной конструкции, поэтому мы по-прежнему впереди по эффективности. Проницательный наблюдатель заметит, что нейтральный провод должен переносить только разность тока между двумя нагрузками обратно к источнику. В приведенном выше случае с идеально «сбалансированными» нагрузками, потребляющими одинаковое количество энергии, нейтральный провод несет нулевой ток.
Обратите внимание, как нейтральный провод соединен с заземлением на стороне источника питания.Это общая черта в энергосистемах, содержащих «нейтральные» провода, поскольку заземление нейтрального провода обеспечивает минимально возможное напряжение в любой момент времени между любым «горячим» проводом и заземлением.
Важным компонентом системы питания с расщепленной фазой является двойной источник переменного напряжения. К счастью, спроектировать и построить его несложно. Поскольку большинство систем переменного тока в любом случае получают питание от понижающего трансформатора (понижающего напряжение с высоких уровней распределения до напряжения пользовательского уровня, такого как 120 или 240), этот трансформатор можно построить с вторичной обмоткой с отводом от середины:

Рисунок 4.20 Американское питание 120/240 В переменного тока производится от общего трансформатора с центральным отводом.
Если мощность переменного тока поступает непосредственно от генератора (альтернатора), катушки могут быть аналогичным образом соединены центральным отводом для того же эффекта. Дополнительные расходы на включение центрального отвода в обмотку трансформатора или генератора минимальны.
Вот где маркировка полярности (+) и (-) становится действительно важной. Это обозначение часто используется для ссылки на фазировку нескольких источников переменного напряжения , поэтому ясно, помогают ли они друг другу («усиливают») или противостоят друг другу («компенсируют»).Если бы не эта маркировка полярности, фазовые соотношения между несколькими источниками переменного тока могли бы быть очень запутанными. Обратите внимание, что источники с расщепленной фазой на схеме (каждый 120 вольт ∠ 0°) с полярностью (+) и (-), как и батареи с последовательным включением, могут быть альтернативно представлены как таковые:

Рисунок 4.21 Источник 120/240 В переменного тока с расщепленной фазой эквивалентен двум последовательным источникам 120 В переменного тока.

Чтобы математически рассчитать напряжение между «горячими» проводами, мы должны вычесть напряжений, потому что их отметки полярности показывают, что они противоположны друг другу:
Полярный
[латекс]\begin{align} & 120 \angle 0\text{°} \\ — & 120 \angle 180\text{°} \\ = & \pmb{120 \angle 0\text{°}}\ конец{выравнивание}[/латекс]
Прямоугольный
[латекс]\begin{align} & 120 + \text{j}0 \text{V} \\ — & (-{120} + \text{j}0) \text{V} \\ = & \ pmb{240 + \text{j}0 \text{V}}\end{align}[/latex]

Если мы пометим общую точку соединения двух источников (нейтральный провод) одним и тем же знаком полярности (-), мы должны выразить их относительные фазовые сдвиги как разнесенные на 180°.В противном случае мы бы обозначили два источника напряжения, находящихся в прямой оппозиции друг к другу, что дало бы 0 вольт между двумя «горячими» проводниками. Почему я трачу время на подробное описание меток полярности и фазовых углов? В следующем разделе будет больше смысла!
Энергетические системы в американских домах и легкой промышленности чаще всего имеют расщепленную фазу, обеспечивая так называемое питание 120/240 В переменного тока. Термин «расщепленная фаза» просто относится к раздельному питанию в такой системе. В более общем смысле этот тип источника питания переменного тока называется однофазным , поскольку обе формы волны напряжения находятся в фазе или в шаге друг от друга.
Термин «однофазный» является противоположностью другому типу энергосистемы, называемой «многофазной», которую мы собираемся подробно исследовать. Приносим извинения за длинное вступление, предшествующее заглавной теме этой главы. Преимущества многофазных энергосистем становятся более очевидными, если сначала хорошо разобраться в однофазных системах.

Однофазные энергосистемы определяются наличием источника переменного тока только с одной формой волны напряжения.
Система питания с расщепленной фазой – это система с несколькими (синфазными) источниками переменного напряжения, соединенными последовательно, обеспечивающими питание нагрузки более чем одним напряжением с более чем двумя проводами. Они используются в первую очередь для достижения баланса между эффективностью системы (низкие токи в проводниках) и безопасностью (низкие напряжения нагрузки).
Источники переменного тока с расщепленной фазой можно легко создать, соединив обмотки катушек трансформаторов или генераторов переменного тока по центру.

Фаза переменного тока
Ситуация начинает усложняться, когда нам нужно связать два или более напряжения или тока переменного тока, которые не соответствуют друг другу.Под «несоответствием» я подразумеваю, что две формы волны не синхронизированы: их пики и нулевые точки не совпадают в одни и те же моменты времени. График на рисунке ниже иллюстрирует пример этого.

Рисунок 4.22 Несовпадающие по фазе формы волны
Две волны, показанные выше (А по сравнению с В), имеют одинаковую амплитуду и частоту, но они не совпадают друг с другом. С технической точки зрения это называется фазовым сдвигом . Ранее мы видели, как можно построить «синусоиду», вычислив тригонометрическую синусоидальную функцию для углов в диапазоне от 0 до 360 градусов, то есть полный круг.Начальной точкой синусоидальной волны была нулевая амплитуда при нуле градусов, прогрессирующая до полной положительной амплитуды при 90 градусах, до нуля при 180 градусах, до полной отрицательной амплитуды при 270 градусах и обратно до начальной нулевой точки при 360 градусах. Мы можем использовать эту угловую шкалу вдоль горизонтальной оси нашего графика формы волны, чтобы выразить, насколько далеко одна волна отстает от другой:

Рисунок 4.23. Волна А опережает волну В на 45°
. Сдвиг между этими двумя формами волны составляет около 45 градусов, волна «А» опережает волну «В».Выборка различных фазовых сдвигов дана на следующих графиках, чтобы лучше проиллюстрировать эту концепцию:

Рисунок 4.24 Примеры фазовых сдвигов.
Поскольку сигналы в приведенных выше примерах имеют одинаковую частоту, они будут отклоняться на одинаковую угловую величину в каждый момент времени. По этой причине мы можем выразить фазовый сдвиг для двух или более сигналов одной и той же частоты как постоянную величину для всей волны, а не просто как выражение сдвига между любыми двумя конкретными точками вдоль волн.То есть можно с уверенностью сказать что-то вроде «напряжение «А» на 45 градусов не совпадает по фазе с напряжением «В». Какой бы сигнал ни был впереди в своем развитии, говорят, что опережает , а тот, что позади, называется отстающим от . Фазовый сдвиг, как и напряжение, всегда является относительным измерением двух вещей. На самом деле не существует такой вещи, как осциллограмма с 91 536 абсолютными измерениями фазы 91 537, потому что не существует известного универсального эталона для фазы. Обычно при анализе цепей переменного тока форма сигнала напряжения источника питания используется в качестве эталона для фазы, это напряжение указывается как «xxx вольт при 0 градусах».Фазовый сдвиг любого другого напряжения или тока переменного тока в этой цепи будет выражен по отношению к этому напряжению источника. Это то, что делает расчеты цепи переменного тока более сложными, чем расчеты постоянного тока. При применении закона Ома и законов Кирхгофа величины переменного напряжения и тока должны отражать фазовый сдвиг, а также амплитуду. Математические операции сложения, вычитания, умножения и деления должны оперировать этими величинами фазового сдвига, а также амплитуды. К счастью, существует математическая система величин, называемая 91 536 комплексными числами 91 537, которая идеально подходит для этой задачи представления амплитуды и фазы.Поскольку тема комплексных чисел очень важна для понимания цепей переменного тока, следующая глава будет посвящена только ей.
Фазовый сдвиг это ситуация, когда два или более сигнала не соответствуют друг другу.
Величина фазового сдвига между двумя волнами может быть выражена в градусах, определяемых единицами измерения градусов на горизонтальной оси графика формы сигнала, используемого при построении функции тригонометрического синуса.
Опережающий сигнал определяется как один сигнал, который опережает другой в своем развитии.Сигнал с запаздыванием – это сигнал, отстающий от другого. Пример:
Расчеты для анализа цепи переменного тока должны учитывать как амплитуду, так и фазовый сдвиг форм напряжения и тока, чтобы быть полностью точными. Это требует использования математической системы под названием комплексных чисел .
Что такое двухфазные энергосистемы?
Системы питания с расщепленной фазой достигают высокой эффективности проводника и с низким риском для безопасности за счет разделения общего напряжения на меньшие части и подачи питания на несколько нагрузок при этих меньших напряжениях, потребляя при этом токи на уровнях, типичных для системы полного напряжения.Этот метод, кстати, работает так же хорошо для систем постоянного тока, как и для однофазных систем переменного тока. Такие системы обычно называют трехпроводными системами , а не расщепленными фазами , поскольку понятие «фаза» ограничивается переменным током.
Но из нашего опыта работы с векторами и комплексными числами мы знаем, что переменные напряжения не всегда складываются, как мы думаем, если они не совпадают по фазе друг с другом. Этот принцип, примененный к энергосистемам, можно использовать для создания энергосистем с еще большей эффективностью проводника и меньшей опасностью поражения электрическим током, чем с расщепленной фазой.
Два источника напряжения с отклонением по фазе на 120°
Предположим, что у нас есть два источника переменного напряжения, соединенных последовательно, точно так же, как в системе с расщепленной фазой, которую мы видели ранее, за исключением того, что каждый источник напряжения сдвинут по фазе на 120° относительно другого: (рисунок ниже)

Пара источников 120 В переменного тока, сдвинутых по фазе на 120°, аналогично расщепленной фазе.

Поскольку каждый источник напряжения составляет 120 вольт, а каждый нагрузочный резистор подключен непосредственно параллельно соответствующему источнику, напряжение на каждой нагрузке должно также составлять 120 вольт.Учитывая токи нагрузки 83,33 ампера, каждая нагрузка должна по-прежнему рассеивать 10 киловатт мощности. Однако напряжение между двумя «горячими» проводами не равно 240 вольт (120 ∠ 0° – 120 ∠ 180°), поскольку разность фаз между двумя источниками не равна 180°. Вместо этого напряжение:
[латекс]E_{всего} = (120 \text{ V } \angle \text{ 0°}) — (120 \text{ V } \angle \text{ 120°})[/latex]
[латекс]\pmb{E_{всего} = 207,85 \текст{В} \угол \текст{-30°}}[/латекс]
Номинально мы говорим, что напряжение между «горячими» проводниками составляет 208 вольт (округляя в большую сторону), поэтому напряжение энергосистемы обозначается как 120/208 В.

Если вычислить ток через «нейтральный» проводник, то обнаружим, что он не равен нулю даже при уравновешенных сопротивлениях нагрузки. Закон тока Кирхгофа говорит нам, что токи, входящие и выходящие из узла между двумя нагрузками, должны быть равны нулю:

[латекс] I _ {\ text {нагрузка # 1}} + I _ {\ text {нагрузка # 2}} + I _ {\ text {нейтральный}} = 0A [/ латекс]

[латекс]\begin{align} I_{\text{нейтральный}} = & -I_{\text{загрузка#1}} — I_{\text{загрузка#2}} \\ = & -(83.33 А \угол \текст{ 0°}) — (83,33 А \угол \текст{ 120°}) \\ = & \pmb{83,33 А \угол \текст{ 240°}} \text{ или } \pmb{ 83,33 А \угол \текст{-120°}} \end{align}[/latex]

Итак, мы обнаруживаем, что «нейтральный» провод несет полные 83,33 ампера, как и каждый «горячий» провод.
Обратите внимание, что мы по-прежнему передаем 20 кВт общей мощности на две нагрузки, при этом «горячий» провод каждой нагрузки несет 83,33 ампера, как и раньше. При одинаковой величине тока через каждый «горячий» провод мы должны использовать медные проводники одинакового сечения, поэтому мы не снизили стоимость системы по сравнению с системой с расщепленной фазой 120/240.Однако мы получили выигрыш в безопасности, потому что общее напряжение между двумя «горячими» проводниками на 32 вольта ниже, чем в двухфазной системе (208 вольт вместо 240 вольт).
Три источника напряжения в противофазе 120°
Тот факт, что по нейтральному проводу течет ток 83,33 ампера, вызывает интересную возможность: поскольку по нему в любом случае протекает ток, почему бы не использовать этот третий провод в качестве еще одного «горячего» проводника, запитывая другой нагрузочный резистор от третьего источника 120 вольт, имеющего фазу угол 240°? Таким образом, мы могли бы передавать на дополнительных мощностей (еще 10 кВт) без необходимости добавлять дополнительные проводники.Давайте посмотрим, как это может выглядеть:

Рисунок 4.25. Если третья нагрузка сфазирована на 120° по отношению к двум другим, токи будут такими же, как и для двух нагрузок.
Многофазная цепь
Эта цепь, которую мы анализировали с тремя источниками напряжения, называется многофазной цепью . Приставка «поли» просто означает «более одного», как в « поли теизм» (вера в более чем одно божество), « поли гон» (геометрическая форма, состоящая из нескольких сегментов линии: например, пятиугольник и шестиугольник ), а также « поли атомный» (вещество, состоящее из нескольких типов атомов).Поскольку все источники напряжения имеют разные фазовые углы (в данном случае три разных фазовых угла), это схема «фазы поли ». В частности, это трехфазная цепь , которая используется преимущественно в крупных системах распределения электроэнергии.
Однофазная система
Рассмотрим преимущества трехфазной системы электроснабжения по сравнению с однофазной системой с эквивалентным напряжением нагрузки и мощностью. Однофазная система с тремя нагрузками, подключенными напрямую параллельно, будет иметь очень большой общий ток (83,3 А).33 умножить на 3, или 250 ампер.

Рисунок 4.26. Для сравнения, три нагрузки по 10 кВт в системе 120 В переменного тока потребляют 250 А.
Для этого потребуется медный провод калибра 3/0 ( очень большой!), по цене около 510 фунтов за тысячу футов и со значительной ценой. Если бы расстояние от источника до нагрузки составляло 1000 футов, нам потребовалось бы более полутонны медного провода, чтобы выполнить эту работу.
Двухфазная система
С другой стороны, мы могли бы построить двухфазную систему с двумя нагрузками по 15 кВт, 120 вольт.

Рисунок 4.27. Система с расщепленной фазой потребляет половину тока 125 А при 240 В переменного тока по сравнению с системой 120 В переменного тока.
Наш ток вдвое меньше, чем при простой параллельной схеме, что является большим улучшением. Мы могли бы обойтись без использования медного провода калибра номер 2 общей массой около 600 фунтов, что составляет около 200 фунтов на тысячу футов с тремя участками по 1000 футов каждый между источником и нагрузками. Однако мы также должны учитывать повышенную угрозу безопасности, связанную с наличием в системе 240 вольт, даже если каждая нагрузка получает только 120 вольт.В целом существует большая вероятность опасного поражения электрическим током.
Трехфазная система
Если сравнить эти два примера с нашей трехфазной системой (рис. выше), преимущества станут совершенно очевидными. Во-первых, токи проводников немного меньше (83,33 ампера против 125 или 250 ампер), что позволяет использовать гораздо более тонкий и легкий провод. Мы можем использовать провод калибра номер 4 с плотностью около 125 фунтов на тысячу футов, что в сумме составит 500 фунтов (четыре участка по 1000 футов каждый) для нашей примерной схемы.Это представляет собой значительную экономию средств по сравнению с системой с расщепленной фазой, с дополнительным преимуществом, заключающимся в том, что максимальное напряжение в системе ниже (208 по сравнению с 240).
Остается ответить на один вопрос: как мы можем получить три источника переменного напряжения, фазовые углы которых отстоят ровно на 120° друг от друга? Очевидно, что мы не можем центрировать обмотку трансформатора или генератора переменного тока, как мы это делали в системе с расщепленной фазой, поскольку это может дать нам только формы сигналов напряжения, которые либо совпадают по фазе, либо сдвинуты по фазе на 180°.Возможно, мы могли бы придумать какой-нибудь способ использовать конденсаторы и катушки индуктивности для создания фазовых сдвигов на 120°, но тогда эти фазовые сдвиги также будут зависеть от фазовых углов импедансов нашей нагрузки (замена резистивной нагрузки емкостной или индуктивной нагрузкой изменит все!).
Лучший способ получить фазовые сдвиги, которые мы ищем, — это сгенерировать их в источнике: сконструировать генератор переменного тока (альтернатор), обеспечивающий мощность таким образом, чтобы вращающееся магнитное поле проходило через три набора проволочных обмоток, каждая установите на расстоянии 120° друг от друга по окружности машины, как показано на рисунке ниже.

Рисунок 4.28 (a) Однофазный генератор, (b) Трехфазный генератор.
Вместе шесть «полюсных» обмоток трехфазного генератора переменного тока соединены в три пары обмоток, каждая пара вырабатывает переменное напряжение с фазовым углом, сдвинутым на 120° относительно любой из двух других пар обмоток. Соединения между парами обмоток (как показано для однофазного генератора переменного тока: перемычка между обмотками 1a и 1b) для простоты не показаны на чертеже трехфазного генератора переменного тока.
В нашем примере схемы мы показали три источника напряжения, соединенных вместе в конфигурации «Y» (иногда называемой конфигурацией «звезда»), с одним выводом каждого источника, подключенным к общей точке (узлу, где мы присоединили «нейтральный провод»). дирижер). Обычный способ изобразить эту схему подключения — нарисовать обмотки в форме буквы «Y», как показано на рисунке ниже.

Рисунок 4.29 Y-образная конфигурация генератора.

Конфигурация «Y» — не единственный доступный нам вариант, но, вероятно, его проще всего понять на первый взгляд.Подробнее об этом мы поговорим позже в этой главе.

Однофазная система питания — это система, в которой имеется только один источник переменного напряжения (одна форма волны напряжения источника).
Система питания с расщепленной фазой – это система, в которой есть два источника напряжения, сдвинутые по фазе на 180° друг относительно друга, питающие две последовательно соединенные нагрузки. Преимуществом этого является возможность иметь меньшие токи в проводниках при сохранении низкого напряжения нагрузки по соображениям безопасности.
Многофазная система питания использует несколько источников напряжения с разными фазовыми углами друг от друга (много «фаз» сигналов напряжения при работе). Многофазная система питания может обеспечивать большую мощность при меньшем напряжении с проводниками меньшего сечения, чем однофазные или двухфазные системы.
Источники сдвинутого по фазе напряжения, необходимые для многофазной энергосистемы, создаются в генераторах переменного тока с несколькими наборами проволочных обмоток. Эти наборы обмоток расположены по окружности вращения ротора под нужным углом (углами).

Трехфазный генератор

Давайте возьмем изложенную ранее конструкцию трехфазного генератора переменного тока и посмотрим, что происходит при вращении магнита.

Рисунок 4.30 Трехфазный генератор переменного тока

Сдвиг угла фазы на 120° является функцией фактического сдвига угла вращения трех пар обмоток. Если магнит вращается по часовой стрелке, обмотка 3 будет генерировать свое пиковое мгновенное напряжение ровно на 120° (от вращения вала генератора) после обмотки 2, которое достигнет своего пика на 120° после обмотки 1.Магнит проходит мимо каждой пары полюсов в разных положениях при вращательном движении вала. То, где мы решим разместить обмотки, будет определять величину фазового сдвига между формами сигналов переменного напряжения обмоток. Если мы сделаем обмотку 1 нашим «эталонным» источником напряжения для фазового угла (0°), то обмотка 2 будет иметь фазовый угол -120° (120° с отставанием или 240° с опережением), а обмотка 3 — угол -240°. (или опережение 120°).
Последовательность фаз
Эта последовательность фазовых сдвигов имеет определенный порядок.При вращении вала по часовой стрелке порядок 1-2-3 (сначала наматывается 1 вершина, затем наматывается 2, затем наматывается 3). Этот порядок повторяется до тех пор, пока мы продолжаем вращать вал генератора.

Рисунок 4.31 Последовательность фаз вращения по часовой стрелке: 1-2-3.

Однако, если мы обратим вращение вала генератора (повернем его против часовой стрелки), магнит будет проходить по парам полюсов в обратной последовательности. Вместо 1-2-3 у нас будет 3-2-1.Теперь сигнал обмотки 2 будет опережать на 120° впереди 1, а не отставать, а 3 будет еще на 120° опережать 2.

Рисунок 4.32 Последовательность фаз вращения против часовой стрелки: 3-2-1.

Порядок последовательностей сигналов напряжения в многофазной системе называется чередованием фаз или чередованием фаз . Если мы используем многофазный источник напряжения для питания резистивных нагрузок, чередование фаз не будет иметь никакого значения. Будь то 1-2-3 или 3-2-1, значения напряжения и тока будут одинаковыми.Как мы вскоре увидим, есть некоторые приложения трехфазного питания, которые зависят от чередования фаз в ту или иную сторону.
Детекторы чередования фаз
Поскольку вольтметры и амперметры бесполезны, чтобы определить, каково чередование фаз работающей энергосистемы, нам нужен какой-то другой инструмент, способный выполнять эту работу.
В одной оригинальной схеме используется конденсатор для введения фазового сдвига между напряжением и током, который затем используется для определения последовательности путем сравнения яркости двух индикаторных ламп на рисунке ниже.

Рисунок 4.33 Детектор чередования фаз сравнивает яркость двух ламп.

Две лампы имеют одинаковое сопротивление нити накала и мощность. Размер конденсатора рассчитан на то, чтобы иметь примерно такое же реактивное сопротивление на частоте системы, как и сопротивление каждой лампы. Если бы конденсатор был заменен резистором, равным сопротивлению ламп, две лампы светились бы с одинаковой яркостью, цепь уравновешена. Однако конденсатор вносит фазовый сдвиг между напряжением и током в третьем плече цепи, равный 90°.Этот фазовый сдвиг, превышающий 0°, но менее 120°, искажает значения напряжения и тока на двух лампах в соответствии с их фазовыми сдвигами относительно фазы 3.
Замена горячих проводов
Существует гораздо более простой способ изменить порядок чередования фаз, чем изменение направления вращения генератора: просто поменяйте местами любые два из трех «горячих» проводов, идущих к трехфазной нагрузке.
Этот трюк имеет больше смысла, если мы еще раз взглянем на последовательность фаз трехфазного источника напряжения:
Вращение 1-2-3: 1-2-3-1-2-3-1-2-3-1-2-3-1-2-3 .. .
Вращение 3-2-1: 3-2-1-3-2-1-3-2-1-3-2-1-3-2-1 . . .
То, что обычно обозначается как чередование фаз «1-2-3», можно было бы с таким же успехом называть «2-3-1» или «3-1-2», идя слева направо в числовой строке выше? Точно так же противоположное вращение (3-2-1) можно было бы так же легко назвать «2-1-3» или «1-3-2».
Начав с чередования фаз 3-2-1, мы можем попробовать все возможности замены любых двух проводов за раз и посмотреть, что произойдет с результирующей последовательностью на рисунке ниже.

Рис. 4.34. Все возможности замены любых двух проводов местами.

Независимо от того, какую пару «горячих» проводов из трех мы выбираем для замены, чередование фаз оказывается обратным (1-2-3 меняется на 2-1-3, 1-3-2 или 3-2). -1, все эквивалентно).

Чередование фаз или последовательность фаз — это порядок, в котором формы сигналов напряжения многофазного источника переменного тока достигают своих соответствующих пиков. Для трехфазной системы возможны только две последовательности фаз: 1-2-3 и 3-2-1, соответствующие двум возможным направлениям вращения генератора переменного тока.
Чередование фаз не влияет на активные нагрузки, но влияет на несбалансированные реактивные нагрузки, как показано в работе схемы детектора чередования фаз.
Чередование фаз можно изменить, поменяв местами любые два из трех «горячих» проводов, подающих трехфазное питание на трехфазную нагрузку.
Трехфазное соединение звездой (Y)
Первоначально мы исследовали идею трехфазных энергосистем путем соединения трех источников напряжения вместе в так называемой конфигурации «Y» (или «звезда»).Эта конфигурация источников напряжения характеризуется общей точкой подключения, соединяющей одну сторону каждого источника.

Рисунок 4.35 Трехфазное соединение «звезда» имеет три источника напряжения, подключенных к общей точке.

Если мы нарисуем схему, показывающую, что каждый источник напряжения представляет собой катушку провода (обмотка генератора переменного тока или трансформатора), и немного перестроим схему, Y-образная конфигурация станет более очевидной на рисунке ниже.

Рис. 4.36 Трехфазное четырехпроводное соединение «звезда» использует «общий» четвертый провод.

Три проводника, идущие от источников напряжения (обмоток) к нагрузке, обычно называются линиями , а сами обмотки обычно называются фазами . В системе с Y-образным соединением может быть или не быть (рисунок ниже) нейтральный провод, прикрепленный в точке соединения посередине, хотя это, безусловно, помогает смягчить потенциальные проблемы, если один элемент трехфазной нагрузки выйдет из строя, как обсуждалось. ранее.

Рисунок 4.37 Трехфазное трехпроводное соединение «звезда» не использует нейтральный провод.
Значения напряжения и тока в трехфазных системах
Когда мы измеряем напряжение и ток в трехфазных системах, нам нужно указать , где мы измеряем. Линейное напряжение относится к величине напряжения, измеренного между любыми двумя линейными проводниками в сбалансированной трехфазной системе. С приведенной выше схемой напряжение сети составляет примерно 208 вольт. Фазное напряжение относится к напряжению, измеренному на любом одном компоненте (обмотке источника или полном сопротивлении нагрузки) в сбалансированном трехфазном источнике или нагрузке.Для показанной выше схемы фазное напряжение составляет 120 вольт. Термины линейный ток и фазный ток следуют одной и той же логике: первый относится к току через любой один линейный проводник, а второй — к току через любой компонент.
Источники и нагрузки, соединенные звездой, всегда имеют линейные напряжения выше фазных, а линейные токи равны фазным токам. Если Y-образный источник или нагрузка сбалансированы, линейное напряжение будет равно фазному напряжению, умноженному на квадратный корень из 3:
Для цепей Y:
[латекс]\begin{align} \tag{4.1} \text{E}_{\text{строка}} &= \sqrt{3} \text{E}_{\text{фаза}} \\ \text{I}_{\text{строка}} &= \text{I}_{\text{фаза}} \end{align}[/latex]

Однако конфигурация «Y» не является единственно допустимой для соединения вместе трехфазного источника напряжения или элементов нагрузки.
Трехфазная конфигурация треугольника (Δ)
Другая конфигурация известна как «Дельта» из-за ее геометрического сходства с одноименной греческой буквой (Δ). Обратите внимание на полярность каждой обмотки на рисунке ниже.
Рис. 4.38. Трехфазное трехпроводное соединение по схеме ∆ не имеет общего.
На первый взгляд кажется, что три подобных источника напряжения создадут короткое замыкание, и электроны будут течь по треугольнику, сдерживая их только внутренним сопротивлением обмоток. Однако из-за фазовых углов этих трех источников напряжения это не так.
Закон напряжения Кирхгофа в соединениях треугольником
Для быстрой проверки этого можно использовать закон Кирхгофа о напряжении, чтобы увидеть, равны ли в сумме три напряжения вокруг контура нулю.Если они это сделают, то не будет напряжения, доступного для проталкивания тока по этой петле, и, следовательно, не будет циркулирующего тока. Начиная с верхней обмотки и продвигаясь против часовой стрелки, наше выражение KVL выглядит примерно так:
[латекс](120 \text{ В} \угол \текст{ 0°}) +(120\текст{ В} \угол \текст{ 240°}) + (120\текст{ В} \угол \текст{ 120°})[/латекс]
Все равно нулю?
Да!
Действительно, если мы сложим эти три векторные величины вместе, они дадут в сумме ноль.Другой способ проверить тот факт, что эти три источника напряжения могут быть соединены вместе в петлю без возникновения циркулирующих токов, состоит в том, чтобы разомкнуть петлю в одной точке соединения и вычислить напряжение на разрыве:

Рисунок 4.39. Напряжение на открытом Δ должно быть равно нулю.

Начиная с правой обмотки (120 В ∠ 120°) и двигаясь против часовой стрелки, наше уравнение KVL выглядит следующим образом:

[латекс](120\text{ V} \angle \text{120°}) +(120\text{ V} \angle \text{0°}) + (120\text{ V} \angle \text{ 240°}) + \text{E}_{\text{break}} = 0[/латекс]
[латекс] 0 + \text{E}_{\text{break}} = 0[/латекс]
[латекс]\текст{Е}_{\текст{перерыв}} = 0[/латекс]

Конечно же, на разрыве будет нулевое напряжение, что говорит нам о том, что ток не будет циркулировать в треугольной петле обмоток, когда это соединение будет завершено.
Установив, что трехфазный источник напряжения, соединенный Δ, не сгорит дотла из-за блуждающих токов, обратимся к его практическому использованию в качестве источника питания в трехфазных цепях. Поскольку каждая пара линейных проводников подключена непосредственно к одной обмотке в схеме Δ, линейное напряжение будет равно фазному напряжению. И наоборот, поскольку каждый линейный проводник присоединяется к узлу между двумя обмотками, линейный ток будет векторной суммой токов двух фаз соединения.Неудивительно, что результирующие уравнения для Δ-конфигурации выглядят следующим образом:
Для схемы Δ («треугольник»):
[латекс]\begin{align} \tag{4.2} \text{E}_{\text{line}} &= \text{E}_{\text{phase}} \\ \text{I}_ {\text{строка}} &= \sqrt{3} \text{I}_{\text{фаза}} \end{align}[/latex]

Анализ схемы примера соединения треугольником
Давайте посмотрим, как это работает на примере схемы: (Рисунок ниже)

При каждом сопротивлении нагрузки, получающем 120 вольт от соответствующей фазной обмотки в источнике, ток в каждой фазе этой цепи будет равен 83.33 ампера:
[латекс]I \:=\frac{P}{E}[/латекс]
[латекс]I \:=\frac{10 кВт}{120 В}[/латекс]
[латекс]\pmb{I = 83.33A} \text{ (для каждого нагрузочного резистора и обмотки источника)}[/latex]

[латекс]\текст{I}_{\текст{строка}} = √3 \текст{I}_{\текст{фаза}}[/латекс]
[латекс]\текст{I}_{\текст{строка}} = √3 (83,33 А)[/латекс]
[латекс]\pmb{\text{I}_{\text{строка}} = 144,34 А}[/латекс]

Преимущества трехфазной системы Delta
Таким образом, каждый линейный ток в этой трехфазной энергосистеме равен 144.34 ампера, что значительно больше линейных токов в системе с Y-образным соединением, которую мы рассматривали ранее. Можно задаться вопросом, не потеряли ли мы здесь все преимущества трехфазного питания, учитывая тот факт, что у нас такие большие токи в проводниках, что требует более толстого и дорогого провода. Ответ — нет. Хотя для этой цепи потребуются три медных проводника калибра номер 1 (на расстоянии 1000 футов между источником и нагрузкой это соответствует чуть более 750 фунтам меди для всей системы), это все же меньше, чем 1000+ фунтов меди, необходимых для однофазная система, обеспечивающая ту же мощность (30 кВт) при том же напряжении (120 вольт между проводниками).
Одним из явных преимуществ системы с дельтовидным соединением является отсутствие нулевого провода. В системе с Y-образным соединением нейтральный провод был необходим на случай, если одна из фазных нагрузок выйдет из строя (или будет отключена), чтобы предотвратить изменение фазных напряжений на нагрузке. В этом нет необходимости (и даже невозможно!) в Δ-связной схеме. При непосредственном подключении каждого элемента фазы нагрузки к соответствующей обмотке фазы источника фазное напряжение будет постоянным независимо от обрывов в элементах нагрузки.
Пожалуй, самым большим преимуществом источника с дельта-соединением является его отказоустойчивость. Одна из обмоток в трехфазном источнике, соединенном по схеме Δ, может разомкнуться (рисунок ниже), не влияя на напряжение или ток нагрузки!

Рис. 4.40 Даже при выходе из строя обмотки источника линейное напряжение по-прежнему составляет 120 В, а напряжение фазы нагрузки по-прежнему составляет 120 В. Единственным отличием является дополнительный ток в остальных исправных обмотках источника.

Единственным последствием размыкания обмотки источника для Δ-соединенного источника является увеличение фазного тока в остальных обмотках.Сравните эту отказоустойчивость с системой с Y-образным соединением, имеющей обмотку с открытым истоком на рисунке ниже.

Рис. 4.41. Обмотка открытого источника «Y» вдвое уменьшает напряжение на двух нагрузках нагрузки, подключенной по схеме Δ.

При нагрузке, соединенной по схеме Δ, два сопротивления испытывают пониженное напряжение, в то время как одно остается на исходном линейном напряжении, 208. Нагрузку, соединенную звездой, ждет еще худшая участь (рис. источник.

Рисунок 4.42 Обмотка с открытым исходным кодом системы «Y-Y» уменьшает вдвое напряжение на двух нагрузках и полностью теряет одну нагрузку.

В этом случае два сопротивления нагрузки испытывают пониженное напряжение, а третье полностью теряет напряжение питания! По этой причине для надежности предпочтительнее источники с Δ-подключением. Однако, если необходимы двойные напряжения (например, 120/208) или предпочтительнее для более низких линейных токов, системы с Y-образным соединением являются предпочтительной конфигурацией.

Проводники, подключенные к трем точкам трехфазного источника или нагрузки, называются линиями .
Три компонента, составляющие трехфазный источник или нагрузку, называются фазами .
Линейное напряжение — это напряжение, измеренное между любыми двумя линиями в трехфазной цепи.
Фазное напряжение — это напряжение, измеренное на одном компоненте трехфазного источника или нагрузки.
Линейный ток это ток в любой одной линии между трехфазным источником и нагрузкой.
Фазный ток — это ток через любой компонент, состоящий из трехфазного источника или нагрузки.
В симметричных Y-образных цепях линейное напряжение равно фазному напряжению, умноженному на квадратный корень из 3, а линейный ток равен фазному току.
Для цепей Y:
[латекс]\текст{E}_{\text{строка}} = \sqrt{3} \text{E}_{\text{фаза}}[/латекс]
[латекс]\текст{I}_{\text{строка}}= \text{I}_{\text{фаза}}[/латекс]
В симметричных Δ-цепях линейное напряжение равно фазному напряжению, а линейный ток равен фазному току, умноженному на квадратный корень из 3.
Для схемы Δ («треугольник»):
[латекс]\текст{E}_{\text{строка}} = \text{E}_{\text{фаза}}[/латекс]
[латекс]\текст{I}_{\text{строка}}=\sqrt{3} \text{I}_{\text{фаза}}[/латекс]
Трехфазные источники напряжения, соединенные треугольником, обеспечивают большую надежность в случае отказа обмотки, чем источники, соединенные звездой. Однако источники с Y-образным соединением могут отдавать такое же количество энергии при меньшем линейном токе, чем источники с Δ-соединением.
.

РубрикаРазное