Однофазный ток: Однофазный переменный ток

31. Однофазный переменный ток. Основные характеристики.

Переменным электрическим током называется ток, периодически меняющийся по величине и направлению.

Основное достоинство переменного тока заключается в возможности трансформировать напряжение. Кроме того, электрические машины переменного тока надежней в работе, проще по устройству и эксплуатации.

Говоря о переменном токе, обычно имеют в виду синусоидальный переменный ток, т. е. ток, изменяющийся по синусоидальному закону. При синусоидальном токе ЭДС электромагнитной индукции, самоиндукции и взаимоиндукции изменяются по синусоидальному закону. Синусоидальный переменный ток проходит в замкнутой линейной электрической цепи под действием синусоидальной ЭДС.

Амплитуда – это максимальное значение периодически изменяющейся величины.

Период – это время, в течение которого переменная величина делает полный цикл своих изменений, после чего изменения повторяются в то же последовательности.

Обозначается период буквой Ти измеряется в секундах

Частота – это число периодов за единицу времени.

Обозначается частота буквойf, f= 1/T, и измеряется в герцах.

Угловая скорость – характеризуется углом поворотом рамки в единицу времени.

Обозначается ω (омега), .

Мгновенное значение – значение в данный момент времени.

Действующее значение переменного тока – значение переменного тока эквивалентное постоянному току по тепловому действию.

Действующее значение переменного тока в раза меньше его амплитудного значения.

32. Электрические цепи синусоидального тока с активным сопротивлением.

В общем случае цепь переменного тока характеризуется тремя параметрами: активным сопротивлением R, индуктивностью L и емкостью С. В технике часто применяются цепи переменного тока, в которых преобладает один или два из этих параметров.

При анализе работы и расчетах цепей исходят из того, что для мгновенных значений переменного тока можно использовать все правила и законы постоянного тока.

Активным сопротивлением R обладают элементы, которые нагреваются при прохождении через них тока (проводники, лампы накаливания, нагревательные приборы и т.д.).

Е сли к активному сопротивлению R приложено синусоидальное напряжение , то и ток в этой цепи изменяется по синусоидальному закону:

Ток в цепи с активным сопротивлением совпадает по фазе с напряжением, так как начальные их фазы равны.

33. Электрические цепи синусоидального тока с индуктивностью.

Идеальной называют индуктивность L такой катушки, активным сопротивлением R и емкостью С которой можно пренебречь, т.е. R = 0 и С=0.

Если в цепи идеальной катушки индуктивностью Lпроходит синусоидальный ток ,то этот ток создает в катушке синусоидальный магнитный поток , который индуктирует в катушке ЭДС самоиндукции.

Тогда

Т аким образом, ЭДС самоиндукции в цепи с идеальной индуктивностью L, как и ток, вызвавший эту ЭДС, изменяется по синусоидальному закону, но отстает от тока по фазе на угол .

Следовательно

Для существования тока в цепи с идеальной индуктивностью необходимо приложить к цепи напряжение, которое в любой момент времени равно по величине, но находится в противофазе с ЭДС, вызванной этим током. I=U/ωL.

Закон Ома для этой цепи можно записать так:

Индуктивное сопротивление Х_L

– это противодействие, которое ЭДС самоиндукции е_Lоказывает изменению тока.

| Переменный однофазный ток | Fiziku5

При работе любой электроустановки нагрев проводов током вызывает, как уже отмечалось, потери электрической энергии, размер которых определяется в соответствии с законом Джоуля— Ленца. В частности, потери электроэнергии ДА (Втч) и электри­ческой мощности ДР (Вт) при передаче энергии постоянным то­ком определяют по следующим формулам:

где I — сила тока, протекающего по проводам, A; R — сопротив­ление одного провода, Ом; t — время протекания тока, ч.

1.6.  Электромагнитная индукция. Закон электромагнитной

индукции

Если поместить замкнутый проводник в изменяющееся магнит­ное поле, то в нем будет наводится электрический ток, называе­мый индукционным (наведенным). Причиной возникновения тока является сила Лоренца, выполняющая роль сторонней силы, приводящей заряженные частицы (электроны) в направленное движение. Все это приводит к понятию электродвижущей силы индукции:

Электродвижущая сила, возникающая в проводнике, вокруг которого изменяется магнитное поле, пропорциональна скорости изменения магнитного потока.

Индуцированный ток в проводнике, помещенном в изменяющееся магнитное поле, всегда имеет такое направление, что магнитное поле индуцированного тока всегда препятствует изменению магнитного поля, вызвавшего этот ток (Правило Ленца).

1.7.  Переменный однофазный ток

Переменным называют электрический ток, периодически (т. е. через равные промежутки времени) меняющий свое направление и непрерывно изменяющийся по величине. Мгновенные значенияпеременного тока (а также переменной ЭДС и напряжения) через равные промежутки времени повторяются.

Переменный ток имеет самое широкое применение в совре­менной электротехнике. Практически вся электрификация во всем мире осуществляется на переменном токе (на трехфазном пере­менном токе, о котором изложено далее).

Электроэнергия переменного тока просто и экономно может быть преобразована с помощью трансформаторов из энергии низ­кого напряжения в энергию высокого напряжения и наоборот. Это свойство используют с целью уменьшения потерь электроэнергии при ее передаче по проводам на большие расстояния.

Величины, характеризующие переменный ток. Величины, кото­рые полностью характеризуют переменный ток, т. е. дают полное представление о нем, называются параметрами переменного тока.

Амплитудным значением или просто амплитудой называется наи­большее значение переменного тока, которого он достигает в про­цессе изменений. Амплитудные значения силы тока, напряжения и ЭДС обозначаются соответственно

Iм, UM, Ем.

Мгновенным значением называется значение переменного тока в любой момент времени. Мгновенные значения силы тока обозна­чаются буквой I, напряжения — буквой и, ЭДС — буквой е.

Значение силы тока (напряжения, ЭДС), в раз меньше амп­литудного значения, называется действующим значением перемен­ного тока:

Действующие значения переменного тока, напряжения и ЭДС обозначаются соответственно I, U, Е. Величина действующего зна­чения переменного тока равна такой величине постоянного тока, который, проходя через одно и то же сопротивление в течение одного и того же времени, что и рассматриваемый нами перемен­ный ток, выделяет одинаковое с ним количество тепла.

Ток, у которого мгновенные значения повторяются через определенный промежуток вре­мени, называется периодичес­ким.

Периодом Т называется вре­мя, за которое происходит пол­ное изменение переменного тока (рис. 1.3).

Частотой/называется чис­ло периодов в 1 с. Частота, рав­ная одному периоду за 1 с, на­зывается герцем.

Векторная и развернутая диаграммы. Фаза и сдвиг фаз.

Графически переменный ток можно изобразить, используя прямоугольную систему коор­динат (развернутая диаграм­ма, рис. 1.4, б), или с помо­щью векторов (векторная ди­аграмма, рис. 1.4, а). Развер­нутая диаграмма наглядно по­казывает, как изменяется пе­ременный ток с течением вре­мени. Векторная диаграмма позволяет рассматривать фи­зические процессы, происхо­дящие в цепях переменного тока, и с достаточной точно­стью производить графичес­кое решение задач.

Вектор — это отрезок прямой, имеющий определенную длину и определенное направление. Длина вектора должна соответствовать ам­плитудному значению переменного тока. Пусть вектор

Iм вращается с постоянной угловой частотой со против часовой стрелки. Проекция вектора I м на ось i определяется выражением I = Iм sin φt (см. рис. 1.4, а), которое соответствует мгновенному значению переменного тока.

Положение вектора определяется углом, который называется фазовым углом или просто фазой. Фаза равна нулю, если вектор расположен горизонтально и направлен вправо.

Угловая скорость вращения (со) вектора называется круговой или угловой частотой. Угловая частота — это величина угла в ра­дианах, который описывает вектор за 1 с:

Если две синусоидально изменяющиеся величины одновременно достигают нулевых и амплитудных значений, то они совпадают по фазе. Векторы таких величин в любой момент времени имеют одина­ковое направление. Если векторы имеют неодинаковое направление, то говорят, что они сдвинуты по фазе на угол φ (см. рис. 1.4, б).

1.8.  Сопротивления в цепях переменного тока

Цепь переменного тока с активным сопротивлением. Сопротивления в цепях переменного тока бывают активными и реактивными. Актив­ные сопротивления расходуют энергию, реактивные — не расходуют.

Реактивными сопротивлениями, включенными в цепь переменного тока, являются сопротивления ка­тушки индуктивности L и конден­сатора С. Сопротивление катушки называется индуктивным сопротив­лением (XL), сопротивление кон­денсатора — емкостным (Хс).

На рис. 1.5 показана цепь пере­менного тока с активным сопротив­лением и векторная диаграмма, из которой видно, что ток и напряже­ние совпадают по фазе. Они изменя­ются по одному и тому же закону, следовательно, можно записать:

(1.12)

(1.13)

Действующее значение силы тока в цепи с активным сопротив­лением равно:

(1.14)

где U — действующее значение напряжения на сопротивлении; R — значение активного сопротивления.

Это выражение является выражением закона Ома для цепи с активным сопротивлением. Мощность, расходуемая в цепи на ак­тивном сопротивлении, равна:

(1. 15)

где φ— угол сдвига фаз между током и напряжением.

Так как ток и напряжение совпадают по фазе, то угол сдвига φ = 0°, a cos φ = 1. Мощность же в цепи равна произведению дей­ствующих значений тока и напряжения:

(1.16)

Переменный ток в цепи с индуктивным сопротивлени­ем. Если катушку индуктив­ности, активное сопротивле­ние которой равно нулю, подключить к источнику пе­ременного тока (рис. 1.6), то в катушке потечет синусои­дально изменяющийся пере­менный ток.

Согласно правилу Ленца индуцированная в катушке ЭДС про­тиводействует изменениям силы тока. Это значит, что при увели­чении силы тока в катушке ЭДС самоиндукции стремится создать ток, направленный навстречу вызывавшему ее току, а при умень­шении силы тока она, наоборот, стремится создать ток, совпада­ющий по направлению с ним.

Из векторной диаграммы видно, что ЭДС самоиндукции отста­ет по фазе от тока на 90°.

Напряжение на катушке или на источнике тока равно:

Произведение угловой скорости на индуктивность катушки (соL) называется индуктивным сопротивлением XL:

(1. 17)

Однофазный блок питания

Поделиться

Поделиться

Поделиться

Поделиться

Источник питания переменного тока

имеет две категории: однофазный источник питания и трехфазный источник питания. Для большинства промышленных и коммерческих предприятий используется трехфазное питание, поскольку нагрузки здесь очень высоки, тогда как жилые дома обычно питаются от однофазного питания, поскольку общие нагрузки, требуемые домохозяйствами, меньше. Ниже мы концептуально подробно обсудим однофазную систему электроснабжения.

Что такое «фаза» в электричестве?

Фаза означает распределение нагрузки. В однофазном питании один переменный ток подается по одному проводу, тогда как в трехфазной системе используется 3 провода, по которым идет переменный ток с определенным временным смещением между волнами напряжения.

Однофазное питание – что это?

Однофазная система питания переменного тока   пики напряжения при 90⁰ и 270⁰ с полным циклом при 360⁰ . При этих пиках и провалах напряжения мощность не подается с постоянной скоростью. В однофазной системе есть один нулевой провод и один силовой провод, между которыми течет ток. Циклические изменения величины и направления обычно изменяют ток и напряжение примерно 60 раз в секунду , в зависимости от конкретных потребностей системы.

Преимущества и использование однофазного источника питания переменного тока

Однофазные блоки питания имеют широкий спектр применения. Нагрузки с ограниченной мощностью требуют до 1000 Вт обеспечивают наиболее эффективное использование однофазного источника питания переменного тока. Общие преимущества выбора однофазной системы включают в себя:

• Широкий спектр применения
• Самый эффективный блок питания переменного тока до 1000 Вт
• Меньше затрат на проектирование
• Менее сложные конструкции

Однофазное питание

Применения однофазного питания включают следующее.

• Этот блок питания подходит как для дома, так и для бизнеса.
• Используется для обеспечения достаточного количества энергии для дома, а также для непромышленных предприятий.
• Этого источника питания достаточно для запуска двигателей примерно до 5 лошадиных сил (л.с.) .

Примечание :  Переход с однофазного на трехфазный не приведет к увеличению платы за электроэнергию в счете за электроэнергию. Таким образом, количество единиц потребляемой электроэнергии останется прежним (поскольку они зависят от мощности приборов, а не от подключения к электричеству).

Однофазное или трехфазное электроснабжение дома? Как выбрать?

Лучше всего проконсультироваться с инженером-проектировщиком источников питания, который может дать соответствующие рекомендации по наиболее эффективному и экономичному варианту для конкретного проекта. Как правило, для подключения к жилому дому не требуется трехфазное подключение, так как большинство приборов, находящихся в домашнем хозяйстве, не являются большими нагрузками и не нуждаются в таком подключении. Но, если в доме есть тяжелая техника, то лучше пойти на трехфазное подключение. Трехфазное подключение осуществляется за дополнительную плату, поэтому, безусловно, необходимо оценить, действительно ли это необходимо.

Электроэнергия в 3-фазных и 1-фазных системах ~ Изучение электротехники

Мощность в электрической цепи или системе определяется как:

Где:

I = ток в амперах

В = напряжение в вольтах

Единицей мощности является ватт (Вт). Мощность также может быть выражена в вольт-амперах (ВА), обычно в системах переменного тока.

В системе постоянного тока ток и напряжение не изменяются во времени. Следовательно, произведение напряжения и тока дает нам мощность в ваттах.

В системах переменного тока величины напряжения и тока постоянно изменяются синусоидально, как показано ниже: тока и напряжения дает мощность не в ваттах, а в ВА (вольт-амперах). Мощность в ваттах для однофазной системы переменного тока определяется как:

Где:

P = мощность в ваттах

Iфаза = фазный ток

Vфаза = фазное напряжение

Cosф = коэффициент мощности

В трехфазной электрической системе:

Мощность = 3 x мощность в одной фазе:

Соединение треугольником и звездой в 3 -фазные системы переменного тока

Электроэнергия переменного тока (AC) часто подается и потребляется в трехфазных системах, которые обычно соединяются треугольником (Mesh) или звездой:

Рис. 1: Соединения по схеме «звезда» и «треугольник» в трехфазных цепях переменного тока

Соединение на Рисунке 1a выше известно как соединение по схеме «треугольник», поскольку схема очень похожа на греческую букву Δ, называемую треугольником. Другой тип соединения на рисунке 1b известен как соединение звездой или звездой. Звезда отличается от соединения треугольником тем, что в нем последовательно соединены две фазы. Общая точка «О» трех обмоток называется нейтралью, потому что между этой точкой и любой из трех фаз существуют равные напряжения. Эта точка обычно заземлена. Как правило, трансформаторы, двигатели и генераторы могут быть соединены по схеме «звезда» или «треугольник».

Соотношение напряжения и тока в системах, соединенных треугольником и звездой

(a) Система, соединенная треугольником

В системе, соединенной треугольником (см. рис. 1а выше):

Фазное напряжение = линейное напряжение:

Линейный ток = 1,732 умножить на фазный ток, т.