Напряжение в цепи переменного тока

Аргумент синуса, т.е. (ωt + Ψ) определяется как фаза. Фаза характеризует состояние колебаний (численное значение) в данный момент времени t.

Напряжение цепи переменного тока

реклама

Переменное напряжение

Напряжение переменного тока — это напряжение, которое изменяется со временем. В дальнейшем мы будем рассматривать только гармонические напряжения переменного тока (которые изменяются синусоидально).

u = Umsin(2πt + Ψ ) = Umsin(ωt + Ψ )

Где u = u(t) — мгновенное значение переменного напряжения [В].

Um — максимальное напряжение (значение амплитуды) [В].

f — частота равна числу колебаний в секунду (единица измерения частоты f — герц (Гц) или с-1 )

ω — угловая частота (омега) (единица измерения угловой частоты — рад/с или с -1 )

ω = 2πf = 2π/T

Аргумент синуса, т.е. (ωt + Ψ) называется фаза. Фаза характеризует состояние колебаний (численное значение) в данный момент времени t.

U — Напряжение среднеквадратичное [В]:Напряжение среднеквадратичное

Давайте рассмотрим параметры напряжения в домашней электросети.

Все мы знаем, что дома у нас переменное напряжение 220 В и частота 50 герц (при идеальных условиях), на самом деле допускается небольшая погрешность в большую или меньшую сторону, поэтому не удивляйтесь, если ваш вольтметр показывает не 220 В, а, скажем, 210 В или даже 230 В).

Большинство вольтметров измеряют среднеквадратичное значение переменного напряжения, тока и мощности, а не амплитудное значение, поэтому когда мы говорим, что напряжение в нашей сети 220 В, 380 В и т.д., мы не измеряем амплитудное значение.

Напряжение — это разность потенциалов между двумя точками в пространстве. Он измеряется в вольтах. Например, напряжение между плюсом и минусом батарейки составляет 1,5 вольта, а между землей и облаком молнии — миллионы вольт!

Линейное и фазное напряжения — разность и соотношение

Напряжение — это разность потенциалов между двумя точками в пространстве. Он измеряется в вольтах. Например, напряжение между плюсом и минусом батарейки составляет 1,5 вольта, а между поверхностью земли и грозовой тучей — миллионы вольт!

Генератор

Все мы знаем, что напряжение переменного тока в нашей розетке составляет 220 — 230 вольт. Трехфазная розетка, с другой стороны, имеет напряжение 380 вольт. Разница в том, что в первом случае мы получаем фазное напряжение, а во втором — линейное. Итак, что такое линейное напряжение, что такое фазное напряжение и какова взаимосвязь между ними? И по какой причине именно такие соотношения.

Электроэнергия передается от электростанций к домам и предприятиям по высоковольтным линиям (в нашей стране — 50 Гц). В трансформаторных подстанциях высокое напряжение понижается и распределяется по потребителям. Но если у вас в квартире однофазная сеть (следует отметить, что в последние годы у бытовых потребителей появилась возможность подключения к трехфазной сети), а на заводе — трехфазная, давайте разберемся, в чем разница.

Среднеквадратичное и амплитудное напряжение

220

Когда мы говорим 220 или 380 вольт, мы имеем в виду среднеквадратичное значение напряжения, или эффективное напряжение. Фактически, амплитудное значение переменного напряжения всегда больше, чем фазное значение Umf или линейное значение Uml. Для синусоидального напряжения его амплитуда равна квадратному корню из 2-кратного среднеквадратичного значения (1414 раз).

Отсюда следует, что фазное напряжение 220 В соответствует амплитуде 310 В, а для сетевого напряжения 380 В амплитуда составит 537 В. Конечно, на практике напряжение в розетке часто не совсем 220 В, оно может быть выше или ниже, но оно должно быть в пределах допустимых параметров.

Что такое фазное напряжение в сети переменного тока?

На электростанции обмотки генератора соединены звездой, т.е. концы X, Y и Z соединены в одной точке, которая называется нейтралью или нейтральной точкой генератора. Это известно как четырехпроводная трехфазная схема. Клеммы обмотки A, B и C подключаются к линейным проводам, а нейтраль или нейтральная точка подключается к нейтральной точке.

Напряжения между клеммами A и нейтральной точкой, B и нейтральной точкой, C и нейтральной точкой называются фазными напряжениями и обозначаются Ua, Ub и Uc, но поскольку сеть симметрична, мы можем просто записать Uf как фазное напряжение.

Линейное напряжение трехфазной сети

Действующие напряжения между клеммами A и B, между клеммами B и C, между клеммами C и A называются линейными напряжениями, т.е. это напряжения между линейными проводниками трехфазной сети. Они обозначаются как Uab, Ubc, Uca, или вы можете просто написать Ul.

Напряжение в наших электросетях составляет примерно 380 вольт. Соотношение между фазным и линейным напряжением в любой трехфазной сети с заземленным нейтральным проводником равно 1,732, что является квадратным корнем из 3. Хотя фактическое напряжение в сети может изменяться в диапазоне, зависящем от нагрузки, соотношение между фазным и линейным напряжением остается неизменным.

Напряженность электрического поля определяет, сколько энергии в нем запасено. Напряжение равно энергии, необходимой для перемещения заряда из одной точки в другую, деленной на величину этого заряда. В случае электрического поля энергия необходима, поскольку, согласно закону Кулона, на заряд действует сила, пропорциональная величине заряда. Таким образом:

Основные взаимосвязи между электрическим напряжением и другими физическими величинами

Для некоторых сред закон Ома верен. Считается, что такие среды обладают омическим сопротивлением.

[Электрический ток, A] = [Напряженность электрического поля, В] / [Сопротивление среды, V]

Закон Ома верен не для всех сред. Например, графит обладает омическим сопротивлением, а инертный газ — нет. В случае инертного газа можно говорить только о динамическом (дифференциальном) сопротивлении

[Тепловая мощность, ватт] = [Напряжение, В] * [Сила тока, A]

[Выделяемая тепловая мощность, Вт] = [Напряжение, В] ^ 2 / [Сопротивление кабеля, Ом]

Мобильный интернет, модем, Wi-Fi карта зависают, компьютер выходит из строя.
Подключение мобильного модема или карты Wi-Fi к порту USB приводит к сбою в работе компьютера. Что.

Теоретические основы. Электрическое напряжение. Питание переменного тока, питание постоянного тока. Мощность. Эффективные, среднеквадратичные, амплитудные значения.

Думаю, нет смысла зацикливаться на формальном определении напряжения и тока. Я бы предпочел объяснить это на примерах.

Электрическое напряжение влияет на то, насколько тщательно должны быть изолированы провода. Чем выше напряжение, тем больше вероятность пробоя изоляции. Более высокие напряжения требуют более надежной изоляции. Оголенные провода при более высоком напряжении должны располагаться на большем расстоянии друг от друга, от других электропроводящих материалов и от земли. Электрическое напряжение измеряется в вольтах (В).

Более высокие напряжения более опасны. Однако не стоит полагать, что низкое напряжение абсолютно безопасно. Ущерб здоровью, нанесенный электрическим током, зависит от силы тока, прошедшего через тело, и его траектории. А сила тока уже зависит от напряжения и сопротивления. Сопротивление человеческого тела определяется сопротивлением кожи. Внутренние органы и окружающая среда являются отличными проводниками электричества. Сопротивление кожи может меняться десятки раз в зависимости от эмоционального состояния, физических нагрузок, влажности и десятка других факторов. Сообщалось о случаях смертельного поражения электрическим током напряжением 12 вольт..

Сила электрического тока определяет, какие провода необходимо использовать. Чем выше сила тока, тем толще провод. Сила электрического тока измеряется в амперах (A).

Переменный и постоянный ток

В первые дни появления электричества потребители пытались использовать постоянный ток. Но возникла проблема. Передавать электричество напряжением 220 вольт на большие расстояния было невозможно. С другой стороны, опасно вводить в дома напряжение в несколько тысяч вольт, а проектировать и производить оборудование, работающее при таком напряжении, сложно и дорого. Вопрос был о преобразовании напряжения. Они должны были провести напряжение в 10 000 вольт в деревню, а затем получить 220 вольт в деревне и распределить его между домами. В результате они перешли на переменный ток. Переменное напряжение легко преобразовать. Это делается с помощью трансформатора. Генерировать такое напряжение тоже несложно. Генераторы переменного тока были даже проще, чем генераторы постоянного тока.

Больше нет проблем с преобразованием постоянного напряжения. Однако экономически не имеет смысла переходить обратно на постоянный ток.

Сегодня бытовая электросеть питается переменным напряжением 50 Гц. Напряжение изменяется синусоидально. Это означает, что сетевое напряжение совершает следующий маневр 50 раз в секунду. Он постепенно увеличивается от нуля до амплитуды 310 В, затем уменьшается до нуля, затем до -310 В, а затем снова увеличивается до нуля. Этот цикл постоянно повторяется. В этом случае напряжение в сети составляет 220 В. Почему это не 310, мы обсудим позже.

За рубежом вы найдете напряжение в сети 220, 127 и 110 В и частоту 50, 60 Гц.

Мощность, среднеквадратичное (эффективное) и пиковое напряжение и ток

Электричество необходимо нам для выполнения определенных действий (вращение двигателей, нагрев батарей и т.д.). Количество работы, которую электрический ток может совершить за одну секунду, можно определить, умножив напряжение на силу тока. Например, если мы скажем, что электронагреватель, рассчитанный на напряжение 220 вольт, имеет мощность 2,2 кВт, это означает, что он будет потреблять электрический ток 10 А. Наша лампочка мощностью 100 Вт будет потреблять 0,45 А.

Мощность измеряется в ваттах (Вт). Электрический ток силой 1 А при напряжении 1 В дает мощность 1 Вт.

Приведенная формула верна как для постоянного, так и для переменного тока. Но для переменного тока все сложнее. Вы должны умножить ток на напряжение в каждый момент времени, сложить их и разделить на продолжительность этого момента. При переменном токе напряжение и сила тока постоянно меняются. Такие расчеты не сложны, но требуют времени — нужно составить интеграл. Поэтому было введено понятие среднеквадратичного значения напряжения и тока.

Среднеквадратичное значение — это, приблизительно, среднее значение тока и напряжения, поэтому при подключении нагрузки рассеиваемая мощность равна их произведению.

В случае переменного тока мы говорим об амплитудных и среднеквадратичных значениях напряжения и тока. Амплитудное значение — это максимально возможное значение, до которого увеличивается напряжение (ток). Для синусоидально переменного тока амплитудное значение равно среднеквадратичному значению, умноженному на квадратный корень из двух. Именно отсюда берется напряжение 310 и 220 В. 310 — амплитудное значение напряжения, а 220 — среднеквадратичное значение.

Нередко напряжение в бытовой сети варьируется от 220 вольт. Некоторые приборы чувствительны к этому, в этом случае используются стабилизаторы переменного тока.

Способность пробивать изоляционные материалы и причинять вред зависит от величины амплитуды напряжения. Способность производить полезную работу или выделять тепловую энергию зависит от среднеквадратичного значения напряжения.

Требования к электрическим проводам и соединениям определяются среднеквадратичным значением.

К сожалению, в статьях иногда встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются и готовятся новые статьи. Подпишитесь на рассылку новостей, чтобы быть в курсе последних событий.

Если что-то непонятно, пожалуйста, спрашивайте!
Задайте вопрос. Обсудите статью.

Задать вопрос электрику онлайн Здесь вы можете задать мне вопрос о проводке, электрике и других деталях электромонтажа. Читать далее.

Сварочный ток. Положение электрода. Резка металла с помощью сварки.
Оптимальный сварочный ток и положение электрода. Резка с помощью сварки.

Для предотвращения замерзания наружной водопроводной трубы. Правильная конструкция, скважина.
Установка сантехники своими руками. Внешний, морозоустойчивый. Прокладка труб своими руками.

Отказы мобильного интернета, модема, Wi-Fi карты, сбои в работе компьютера.
Подключение мобильного модема или карты Wi-Fi через USB выводит компьютер из строя. Что.

Почему бетон в фундаменте, подъезде, …
Летом я залил подъездную дорогу и фундамент. После зимы можно увидеть, заметить серьезные повреждения.

Заземлите свой ноутбук или телевизор, чтобы вас не ударило током.
Как заземлить пластмассовые корпусные бытовые приборы: ноутбук, телевизор и другие.

Электростанция, генератор, автономный генератор. Дизельный генератор.
Как установить и подключить автономный резервный генератор. Практический опыт.

Значение периодического тока, равное тому значению постоянного тока, который за один промежуток времени произведет такой же тепловой или электродинамический эффект, как и периодический ток, называется эффективная стоимость

Каково среднее значение переменного напряжения?

Другим параметром, характеризующим переменное напряжение, является среднее значение переменного напряжения. В отличие от среднеквадратичного значения переменного напряжения, которое описывает действие переменного напряжения, среднее значение напряжения описывает количество электрической энергии, которая перемещается из одной точки цепи в другую под действием переменного напряжения. Среднее напряжение за определенный период времени задается следующим выражением

где T — период переменного напряжения,

fu(t) — функциональная зависимость напряжения от времени.

Таким образом, среднее значение переменного напряжения будет численно равно высоте прямоугольника с основанием T, площадь которого равна площади, ограниченной функцией fu(t) и осью Ox для периода T.

Среднее значение переменного напряжения

Среднее значение напряжения переменного тока.

В случае синусоидальной функции мы можем говорить только о среднем значении за полупериод, поскольку на протяжении всего периода положительная полуволна компенсируется отрицательной полуволной, и тогда среднее напряжение за период будет равно нулю.

Таким образом, среднее значение полупериода T/2 синусоидального переменного напряжения составит

где Um — максимальное значение напряжения или амплитуда,

ω — угловая частота, скорость изменения аргумента (угла).

Это означает, что значение амплитуды в 1,414 раза больше эффективного значения.

Как найти значение амплитуды напряжения

Все мы знаем, что дома у нас в розетках напряжение 220 В. Но не все знают, что это за напряжение. Давайте разберемся с этой ситуацией.

Для упрощения рассматриваемого примера мы предположим, что тип напряжения — синусоида, которая представляет собой переменное напряжение (изменяющееся от положительного к отрицательному с определенной периодичностью).

Рисунок 1 — Тип переменного напряжения

На рисунке 1 показана форма идеального синусоидального напряжения с одним периодом Т. Существует несколько значений напряжения, о которых обычно говорят и которые используются, рассматриваются:

Значение амплитуды напряжения (U m ) — это максимальное мгновенное значение напряжения, т.е. амплитуда синусоидальной волны.

Сейчас правильнее говорить о токе.

Среднеквадратичное значение переменного тока — это количество постоянного тока, которое может совершить ту же работу (тепло).

Отн.м.с. значение напряжения (U) обозначается латинской буквой без индекса, в литературе также можно встретить термин отн.м.с. значение напряжения.

Для периодически изменяющегося сигнала среднеквадратичное значение напряжения находится в период T:

Сведем формулу к простой форме, взяв в качестве переменного сигнала синусоиду. Между этими двумя параметрами существует взаимосвязь, которая выражается формулой:

Это означает, что значение амплитуды в 1,414 раза больше эффективного значения.

Вернемся к бытовым розеткам 220 В. Это среднеквадратичное значение напряжения, которое можно измерить с помощью тестера. Определим значение амплитуды его напряжения:

Среднее значение синусоидального тока, напряжения будет равно нулю. Поэтому, говоря о среднем значении переменного тока, рассматривайте его как половину периода.

Примечания

На рисунке 1 показана идеальная форма сетевого напряжения. Она описывается мгновенными значениями. Um — амплитуда (максимальное мгновенное значение). Но работу в электрооборудовании выполняет среднеквадратичное (эффективное) значение, величина которого находится по формуле, приведенной в статье. Я только что вывел приблизительную функцию, которая описывает вид напряжения, вот график:

Теперь подставим полученное в формулу для расчета эффективной стоимости:

Из формулы видно, что функция дает интеграл, или поле, и здесь не имеет значения, какой знак (+ или -) имеет напряжение.
В сети есть «Фаза» и «Ноль», первая имеет положительный потенциал по отношению к земле, т.е. на ней присутствует напряжение 220В, а ноль — это просто «провод», пока вы не подключите прибор, по нему не течет ток. Включите прибор: ток протекает от фазы через прибор до нуля.
Проверьте по индикатору, «все еще горит», как выполняется работа по эффективному значению. Поставьте диод перед индикатором, он будет работать только на полволны, и вы заметите мерцание.

Сохранить статью?
Услуги электромонтажа в Москве