Преимущества трехфазной системы: Отличие трехфазного тока от однофазного, мощность переменного тока в трехфазной цепи

Трёхфазная система электроснабжения — общее описание • Energy-Systems

Управление системами электроснабжения

Требование ускоренного развития мощностей производств и развитие электромагнитных технологий породили разработки многофазных систем. Первую подобную систему предложил сербский изобретатель Никола Тесла. Огромный вклад в развитие именно трехфазной системы внес русский электротехник с польскими корнями Михаил Осипович Доливо-Добровольский, изучавший асинхронный двигатель и показавший преимущество именно трехфазной системы в сравнении с другими многофазными.

Системы общего электроснабжения

Системы общего электроснабжения — это совокупность всех мероприятий и технических средств для снабжения потребителей электроэнергией при разрешенных отклонениях напряжения и соблюдении всех регламентированных требований безопасности. Отходящие линии от понижающих трансформаторных подстанций обычно выполняют трёхфазной системой электроснабжения с четырьмя проводами: три фазных провода и нулевой (нейтральный).

Если на данной трассе линии при проектировании электроснабжения учтено фонарное освещение, то для него пускают специальный осветительный провод.

 

Трехфазная система электроснабжения: наружное освещение

Назад

1из7

Вперед

Когда требуется осветить улицу, этот провод посредством управления системами электроснабжения соединяют с одной из фаз.

Трехфазная цепь — такая схема системы электроснабжения, в которой действуют электродвижущие силы одинаковой синусоидальной частоты, сдвинутые по фазе на определенный угол. В ряде современных автономных систем электроснабжения, где для управления двигателями применяют преобразователи частоты, система напряжений будет несинусоидальной. Часть трехфазной системы с одинаковым током именуют фазой. Таким образом фаза соответствует части цепи – обмотке трансформатора, нагрузке линии, обмотке генератора. В электротехнике под фазой подразумевается два понятия — это или описание синусоидального изменения величины, или элемент цепи многофазной системы.

Преимущества и виды трёхфазной системы электроснабжения

Трехфазная схема с напряжением 380/220 В, частотой 50 Гц и заземленной нейтралью получила наибольшее распространение. Однофазные системы можно встретить сейчас разве что в электроснабжении приусадебных хозяйств. Это вызвано преимуществами данной системы: уравновешенность симметричных систем, возможность получить с помощью стационарных обмоток переменного магнитного поля. На этом основан принцип работы двигателей и других важных электротехнических устройств, снижение потерь передачи энергии на огромные расстояния.

Предполагается два вида соединений в трехфазных схемах – звездой и треугольником. При схеме «звезда с нулевым проводом» окончания фазных обмоток трехфазного источника тока объединяют в единый узел 0, именуемый нейтралью источника. Приемники электричества соединяют в 3 группы, концы которых также объединены в общем узле 0′– нейтраль нагрузки, нулевая точка. Обмотки источника ЭДС объединяют с фазами нагрузки 4-мя проводами. Идущий к началам трехфазных обмоток провод называют линейным. Токопровод подключающий нулевые точки 0 и 0′, именуется нулевым, или нейтральным.

При подсоединении обмоток источника энергии и приемников треугольником образуется замкнутая система — конец предыдущей фазы состыкован с началом следующей. Узловые точки присоединяют к линейным проводам.
Кроме рассмотренных выше соединений по схемам «звезда – звезда» и «треугольник – треугольник», также случается на практике применение схем «треугольник — звезда» и «звезда — треугольник».

Ниже вы можете воспользоваться онлайн-калькулятором для рассчёта стоимости проектирования сетей электроснабжения:

Онлайн расчет стоимости проектирования

ДОСТОИНСТВА ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ

Электрическая цепь переменного тока, в которой дей­ствует одна ЭДС, называется однофазной цепью. В многофазной цепи имеется несколько ЭДС оди­наковой частоты, сдвинутых друг относительно друга по фазе. Так, в двухфазной цепи две ЭДС, в трехфазной —-три и т.

д.

Замена двух электрически не связанных однофазных цепей (рис. 5.1, а) одной двухфазной цепью (рис. 5.1,6) позволяет уменьшить число проводов цепи. Два провода заменяются одним, который называется нейтральным проводом.

 

Расход металла пропорционален площади сечения про­водов, которые выбираются по допустимому току. При­мем Iа = Iв = 50 А. Тогда площадь сечения линейных проводов, должна быть не менее 6мм².

При совпадении ЭДС по фазе совпадают по фазе и токи, поэтому по первому закону Кирхгофа In = Ia +Iв = 100 А. При этом токе потребуется нейтраль­ный провод площадью сечения не менее 16 мм

2. Общая же площадь сечения проводов схемы (рис. 5.1,а) 4·6= 24 мм², а схемы (рис. 5.1,6) 2·6+16 = 28 мм², т. е. переход к связанной двухфазной цепи без сдвига по фазе ЭДС приводит к увеличению расхода металла на провода. Чтобы получить экономию металла, нужно уменьшить ток нейтрального провода. Этого можно достигнуть, сдвинув по фазе линейные токи (за счет сдвига по фазе ЭДС).

Из рис. 5.2 видно, что ток нейтрального провода имеет минимальное значение при угле сдвига фаз 180° между линейными токами I_Аи I_B.

 

 

Если I_A=I_B , то ток нейтрального провода I_N= 0. Ввиду отсутствия тока I_Nвполне можно обойтись без нейтрального провода. Тогда двухфазная цепь будет со­держать два провода против четырех проводов при одно­фазном исполнении цепи, т. е. достигается уменьшение расхода металла на провода в два раза.

В трехфазной цепи (рис. 5.3) применяются три линей­ных и один нейтральный провод против шести проводов

 

при однофазном исполнении цепи. Причем если нагрузка фаз приемника равномерная (I_А= I_В= I_с), то можно обой­тись без нейтрального провода.

При равномерном распределении нагрузки по фазам приемника (I_A=I_B=I_C) и сдвиге по фазе ЭДС Е_А, E_B , Е_сотносительно друг друга на угол 120° (рис. 5.4) ток в нейтральном проводе отсутствует, так как I_N = I_a + I

B+ I_c = 0. Если же нагрузка неравномерная (I_A ≠I_B≠I_c), ток в нейтральном проводе существует (рис. 5.5).

Итак, с целью экономии металла проводов и уменьше­ния потерь энергии в линиях электропередачи ЭДС Е_А, Е_в, Ее трехфазного генератора сдвинуты по фазе по отно­шению друг к другу на 120°, чтобы ток в нейтральном проводе был минимальным или отсутствовал совсем. Из-за большого экономического эффекта трехфазных цепей в настоящее время в большинстве случаев передача электроэнергии осуществляется трехфазным током.

В сравнении с однофазными трехфазные цепи обладают также следующими достоинствами: 1) при прочих равных условиях трехфазный генератор дешевле, легче и эконо­мичнее, чем три однофазных генератора с такой же общей мощностью; то же относится к трехфазным дви­гателям и трансформаторам; 2) трехфазная система токов позволяет получить вращающееся магнитное поле, на котором основана работа трехфазных двигателей; 3) суммарная мгновенная мощность трехфазного двига­теля постоянная (у однофазного двигателя мощность пульсирует с двойной частотой тока), что обеспечивает на валу двигателя постоянный вращающий момент.

 

Узнать еще:

Какие преимущества трехфазной системы синусоидального тока?

Почти любая сталь (кроме некоторых видов высоколегированной) является ферромагнетиком. Ферромагнетик, помещенный в магнитное поле, неминуемо намагничивается.

Вопрос может ставиться по-другому: Как сделать из стальной заготовки постоянный магнит. Тут нужна только магнитно-жесткая сталь, простой гвоздь вряд ли подойдет. Магнитно-жесткие ферромагнетики сохраняют собственное магнитное поле даже при снятии внешнего. Их можно привести в состояние с высокой остаточной намагниченностью тремя способами:

1. Поместить в ОЧЕНЬ сильное магнитное поле — не меньше нескольких Тесла.
2. Поместить в не очень сильное магнитное поле и сильно стукнуть.
3. Поместить в не очень сильное магнитное поле, нагреть выше точки Кюри (для стали — около красного каления) и медленно остудить.

10 месяцев назад

Это называется точка Кюри. Когда вещество, из которого сделан магнит, нагревается выше этой температуры, оно теряет свойство магнитится.

Вообще, по научному, точка Кюри (или температура Кюри), это температура фазового перехода вещества 2-го рода. При этой температуре скачкообразно меняются свойства симметрия вещества.

Например для железа, точка Кюри это 770 градусов. Если магнит, сделанный из железа, нагреть до этой температуры, то магнитом он быть перестанет!

8 месяцев назад

Всю физику одному человеку нельзя выучить (познать) даже за всю жизнь, и, если бы это было возможно, даже за 100 жизней. Но тот кусочек физики, который изучают в школе, за 9 месяцев выучить вполне можно, если заниматься хотя бы по 3-4 часа в день.

9 месяцев назад

Точечный источник света — источник, излучающий свет по всем направлениям равномерно и размерами которого по сравнению с расстоянием, на котором оценивается его действие, можно пренебречь.

2*100/2*­t = 4476*80, из этого уравнения находим время нагревания воды (кипения) t = 4476*80/968 = 369,9 секунд, это примерно 6 минут.

9 месяцев назад

Что такое трехфазная система? Определение и типы

Определение: Система с тремя фазами, т.е. ток будет проходить по трем проводам, и будет один нейтральный провод для передачи тока повреждения на землю, известна как трехфазная система. Другими словами, система, которая использует три провода для генерации, передачи и распределения, известна как трехфазная система. Трехфазная система также используется как однофазная, если от нее вынуты одна из их фазы и нейтральный провод.Сумма линейных токов в 3-х фазной системе равна нулю, а их фазы различаются под углом 120º

Трехфазная система состоит из четырех проводов, т. Е. Трех токоведущих проводов и одной нейтрали. Площадь поперечного сечения нейтрального проводника составляет половину живого провода. Ток в нейтральном проводе равен сумме линейного тока трех проводов и, следовательно, равен √3, умноженному на составляющие тока нулевой последовательности фаз.

Трехфазная система имеет несколько преимуществ, например, она требует меньшего количества проводников по сравнению с однофазной системой.Он также обеспечивает непрерывное питание нагрузки. Трехфазная система имеет более высокий КПД и минимальные потери.

Трехфазная система индуцирует в генераторе трехфазное напряжение одинаковой величины и частоты. Он обеспечивает бесперебойное питание, т. Е. Если одна фаза системы нарушена, то оставшиеся две фазы системы продолжают подавать питание. Величина тока в одной фазе равна сумме тока в двух других. фазы системы.

Разность фаз трех фаз 120º необходима для правильной работы системы. В противном случае система выйдет из строя

Типы соединений в трехфазной системе

Трехфазные системы подключаются двумя способами: звездой и треугольником. Их подробное объяснение показано ниже.

Звездное соединение

Для соединения звездой требуется четыре провода, в которых есть три фазных провода и один нейтральный провод.Такой тип подключения в основном используется для передачи на большие расстояния, поскольку имеет нейтральную точку. Нейтральная точка передает несимметричный ток на землю и, следовательно, уравновешивает систему.

Трехфазные системы, соединенные звездой, выдают два разных напряжения, то есть 230 В и 440 В. Напряжение между одной фазой и нейтралью составляет 230 В, а напряжение между двумя фазами равно 440 В.

Соединение треугольником

Соединение в треугольник имеет три провода, нейтральная точка отсутствует.Соединение треугольником показано на рисунке ниже. Линейное напряжение при соединении треугольником равно фазному напряжению.

Подключение нагрузок в трехфазной системе

Нагрузки в трехфазной системе также могут подключаться по схеме звезды или треугольника. Трехфазные нагрузки, подключенные по схеме треугольник и звезда, показаны на рисунке ниже.

Трехфазная нагрузка может быть сбалансированной или несбалансированной. Если три нагрузки (импедансы) Z ₁ , Z ₂ и Z ₃ имеют одинаковую величину и фазовый угол, тогда трехфазная нагрузка считается сбалансированной.В состоянии баланса все фазы и линейные напряжения равны по величине.

Преимущества трехфазной системы перед однофазной

Преимущества трехфазной системы питания перед однофазной системой

Трехфазная система выработки, передачи и распределения энергии очень распространена во всем мире из-за существенных преимуществ перед однофазной и другими многофазными системами системы.

Однофазная система

Синусоидальное переменное напряжение , имеющее определенный период времени и частоту, генерируемое однообмоточным генератором переменного тока в качестве напряжения источника, известно как однофазная система питания . Цепь, питаемая этими напряжениями, называется однофазной цепью переменного тока. Другими словами, цепь A содержит один переменный ток, а напряжение идентифицируется как цепь 1-Φ.

Трехфазная система

Система содержит более одной фазы, известную как многофазная система или многофазная система . Система 3-Ф содержит три фазы , имеющие одинаковую частоту, где существует фиксированный угол 120 ° между напряжениями источника, генерируемыми генератором переменного тока с тремя обмотками.Точно так же существует разница углов в 90 ° между двумя фазами в двухфазной системе питания.

Ключевые преимущества системы 3-Φ перед системой 1-Φ

Многофазный или трехфазный источник питания имеет следующие преимущества перед однофазной системой питания.

1. Для передачи определенной мощности на определенное расстояние при заданном номинальном напряжении трехфазной системе требуется меньше проводящего материала по сравнению с однофазной системой.
2. Размер машины, работающей от трехфазной системы, меньше, чем у машины, работающей от однофазного напряжения и имеющей такую ​​же номинальную выходную мощность.
3. В трехфазной системе питания меньшее падение напряжения происходит от источника к точкам нагрузки,
4. Трехфазное питание создает однородное вращающееся магнитное поле, поэтому трехфазные двигатели проще по конструкции, имеют небольшие размеры и могут запускаться автоматически с плавной работой.
5. Многофазная система вырабатывает мощность с постоянной скоростью в нагрузке.
6. Трехфазная система может передавать больше мощности по сравнению с однофазной системой.
7. КПД трехфазных устройств и приборов выше, чем у однофазных машин.
8. Трехфазные машины дешевле и эффективнее.
9. Трехфазная система обеспечивает постоянную мощность, в то время как однофазная система обеспечивает пульсирующую мощность, что приводит к плавной и безвибрационной работе машины 3-Φ по сравнению с машинами 1-Φ с шумом и вибрацией.
10. Номинальная мощность машин может быть увеличена путем увеличения количества фаз в системе.
11. Трехфазная машина с таким же номиналом занимает меньше места по сравнению с однофазной машиной.
12. Однофазное питание может быть получено от трехфазного источника питания для однофазных машин. Трехфазная машина не может работать от однофазного напряжения питания.
13. Трехфазный источник питания может быть легко преобразован в однофазный источник питания, в то время как для преобразования однофазного источника питания в трехфазное электроснабжение требуется сложная система.
14. Если неисправность происходит на однофазной линии, вся система будет иметь выключить. В случае трехфазного короткого замыкания одной линии, две другие линии обеспечивают питание других подключенных к ним точек однофазной нагрузки.
15. Многофазный или трехфазный двигатель обеспечивает равномерный крутящий момент, тогда как однофазные двигатели (кроме коллекторных двигателей) обеспечивают пульсирующий крутящий момент.
16. Трехфазные двигатели запускаются автоматически, а однофазные двигатели не запускаются автоматически.
17. Если размер рамы трехфазного генератора переменного тока, двигателя или трансформатора такой же, как у однофазного двигателя, генератора переменного тока или трансформатора, мощность трехфазных машин будет выше, чем у однофазной машины.
18. Многофазный генератор переменного тока может быть легко соединен в пару и работать в параллельной работе по сравнению с однофазными генераторами переменного тока, имеющими пульсирующую реакцию якоря.
19. Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения постоянного тока от источника 3-Φ составляет 4%, в то время как коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения постоянного тока от источника 1-Φ составляет 48%. Следовательно, стоимость преобразователя для выпрямленного постоянного тока из источника 3-Ф меньше, чем у преобразователя, используемого для выпрямленного постоянного напряжения из источника 1-Ф, из-за меньшего количества фильтров, используемых в выпрямлении системы питания 3-Ф.
20. Трехфазные двигатели имеют лучший коэффициент мощности по сравнению с однофазными двигателями.

Связанный пост: Разница между однофазным и трехфазным асинхронным двигателем

На следующих рисунках показана однородная мощность, вырабатываемая при единичном коэффициенте мощности трехфазным источником питания, когда мощность, производимая однофазной машиной, пульсирует .

Приведенное выше объяснение показывает, почему трехфазная система электроснабжения более эффективна, удобна, экономична и надежна по сравнению с однофазной системой электроснабжения. Из-за вышеупомянутых преимуществ трехфазной системы по сравнению с однофазной системой большинство стран мира выбрали ее вместо однофазной или других многофазных систем.

Связанные сообщения:

Преимущества и недостатки трехфазного трансформатора

Каковы преимущества и недостатки трансформатора 3-Ф по сравнению с 1-фазным трансформатором

Преимущества трехфазного трансформатора перед Однофазный трансформатор

Ниже приведены преимущества трансформатора 3-Ф по сравнению с 1-фазным трансформатором.

• Меньше затрат
• Меньший вес
• Меньше размера
• Меньше времени требуется на сборку
• Требуется меньше места
• Обеспечивает больше мощности
• Более высокая эффективность
• Легче устанавливать
• Легко транспортировать и устанавливать
• Легко ремонт
• Простая сборка
• Стоимость трехфазного трансформатора меньше, чем трех однофазных трансформаторов того же номинала.
• Наконец, легко получить однофазный источник питания от трехфазного источника питания, в то время как невозможно получить трехфазный источник питания от однофазного источника питания.То же самое и с однофазными и трехфазными трансформаторами.

Связанные сообщения:

Недостатки трехфазного трансформатора по сравнению с однофазным трансформатором

Ниже приведены недостатки трансформатора 3-Ф по сравнению с 1-фазным трансформатором.

• Повышенная стоимость резервных блоков.
• Дороже и неудобства с ремонтом.
• В случае неисправности или выхода из строя трехфазного трансформатора, питание отключается во всех подключенных зонах нагрузки.Следовательно, однозначное и немедленное восстановление питания невозможно.
• Трехфазный трансформатор не может временно работать в режиме открытого треугольника, в то время как это возможно с трехфазным трансформатором (в случае отказа одного блока).
• В случае неисправности необходимо было заменить весь блок, а в случае однофазных трансформаторов только неисправные должны быть заменены на новые.
• В случае выхода из строя одного однофазного трансформатора (где три однофазных трансформатора используются вместо одного трехфазного трансформатора), оставшиеся два однофазных трансформатора по-прежнему подают питание на точки нагрузки, что невозможно в случае выхода из строя трехфазного трансформатора.

Похожие сообщения:

Преимущества трехфазной системы по сравнению с однофазной системой

Трехфазная система широко используется в производстве, передаче и распределении электроэнергии. Однофазная система используется только для управления небольшими электрическими приборами на концах потребителей, где номинальная мощность очень низка.

Некоторые преимущества трехфазной системы или многофазной системы по сравнению с однофазной системой описаны ниже.

Преимущества трехфазной системы:

• Мощность трехфазной машины всегда выше, чем у однофазной машины того же размера.Мощность будет примерно в 1,5 раза больше, чем у однофазной машины. Таким образом, для данного размера и напряжения трехфазный генератор переменного тока или электрические машины занимают меньше места и меньше затрат по сравнению с однофазными машинами того же номинала
• Для передачи электроэнергии для трехфазного источника питания требуется меньше меди или меньше проводящего материала, чем для однофазной системы для данных вольт-ампер и номинальных значений напряжения. Следовательно, трехфазная система более экономична по сравнению с однофазной системой
.
• Однофазные машины не являются самозапускающимися машинами.С другой стороны, трехфазные машины запускаются автоматически из-за вращающегося магнитного поля. Следовательно, для запуска однофазной машины требуется вспомогательное устройство, чего нет в случае трехфазной машины.
• Коэффициент мощности однофазных машин низкий по сравнению с трехфазными машинами.
• В однофазной системе мгновенная мощность зависит от времени. Следовательно, колеблется во времени. Колебания мощности вызовут значительные вибрации в однофазных машинах.Следовательно, производительность однофазных машин оставляет желать лучшего. В то время как мгновенная симметричная трехфазная система всегда постоянна
• Трехфазная система обеспечивает стабильную мощность
• Однофазная система может быть получена от трехфазной системы питания, наоборот невозможно
• Для систем преобразования, таких как выпрямители, форма волны постоянного напряжения становится более плавной с увеличением количества фаз в системе. Следовательно, трехфазная система более выгодна по сравнению с однофазной системой
.
• Трехфазные двигатели будут иметь равномерный крутящий момент, тогда как однофазные двигатели будут иметь пульсирующий момент
• Параллельная работа трехфазных генераторов будет проще по сравнению с однофазными генераторами из-за пульсирующей реакции в однофазном генераторе

Глава 8 Фазовые диаграммы

(б) Расшифровка схем

Для перегонки паровые и жидкие составы имеют интерес.Таким образом мы объединяем диаграмму состава жидкости и состав пара. диаграмму в один.

Точка а представляет давление пара смеси с жидкостью. композиция x _A и b представляет композицию пар, который находится в равновесии с жидкостью при этом давлении .Обратите внимание, что когда две фазы находятся в равновесие, P = 2, поэтому F = 1. Таким образом, если состав указан, давление, при котором две фазы находятся в равновесие зафиксировано.

По мере уменьшения давления мы движемся вниз по изоплете a (вертикальная линия постоянного состава) до ₄ , на p ₁ имеем жидкость с составом а ₁ с очень небольшим количеством пара в составе а ₁ .По p ₂ у нас жидкость с состав а ₂ и пар с состав a ₂ в равновесии (общий состав системы а ₂ ). Также обратите внимание, что две фазы находятся в равновесие и F = 1 для всех точек между двумя линиями. Следовательно, для данного давления (например, p ₂ ) дисперсия равна нулю, а паровая и жидкая фазы имеют фиксированные композиции. При p ₃ у нас очень мало жидкости с составом a ₃ в равновесии. с преимущественно паром в составе a ₃ .У ₄ только чистый пар.

(c) Правило рычага

Точка в двухфазной области фазовой диаграммы указывает, что только качественно, что жидкость и пар присутствуют, но представляет количественно относительные количества каждого. Чтобы найти относительные количества двух фаз a и b в равновесии, мы измеряем расстояния на соединительной линии, l _a и l _b между двумя фаз и используйте правило рычага:

где n _a является количество фазы а и н _б это количество фазы b.

8.4 Диаграммы температуры и состава

Для обсуждения дистилляции нам понадобится температурный состав диаграмма (давление поддерживается постоянным).

(а) Перегонка смесей

Область между линиями на рисунке выше является двухфазная область с F = 1 и, следовательно, при заданном T состав фазы в равновесии фиксируются.

Когда мы нагреем жидкость составом из ₁ , она начнет закипеть, когда достигнет Т ₂ . Пар будет богаче более летучим компонентом (А) и будет иметь состав а ₂ .

При простой перегонке пар отводится и конденсированный. Если пар полностью извлеченная и сконденсированная первая капля дает жидкость состава а ₃ , которая богаче в более летучем компоненте A, чем исходная жидкость.

В, , фракционная перегонка, , кипящая и конденсационная. цикл повторяется последовательно. Мы можем проследите за следующим изменением, исследуя, что происходит, когда конденсат Состав А ₃ подогревается. В смесь теперь будет кипеть при Т ₃ , а состав пара будет ₃ . Затем мы переходим к ₄ и т. Д.

Эффективность ректификационной колонны выражается через количество теоретических тарелок , количество эффективных испарений и стадии конденсации, необходимые для получения конденсата заданной состав из заданного дистиллята.

(б) Азеотропы

Максимум на фазовой диаграмме может возникнуть при благоприятных взаимодействиях между молекулами A и B уменьшают давление паров смеси ниже идеальное значение.Избыточная энергия Гиббса равна отрицательный, поэтому смешивание благоприятное, и жидкости смешиваются. Примеры смеси трихлорметан / ацетон и азотная кислота / вода.

Фазовые диаграммы, показывающие минимум, показывают, что смесь дестабилизируется относительно идеального решения, тогда A-B-взаимодействия становятся неблагоприятный. Для таких смесей G ^E положительный (менее благоприятен для смешивания, чем идеальный). Примеры: диоксан / вода и этанол. водные смеси.

Отклонения от идеала имеют важные последствия для дистилляция.

Рассмотрим жидкий состав a в низкокипящем азеотропе. Пар (при ₂ ) кипящей смеси (при ₂ ) богаче A. Если этот пар удален (и конденсируется в другом месте) оставшаяся жидкость перейдет в состав, который богаче B, например, представленный ₃ , и пар в равновесии с этой смесью будет иметь состав a ‘ ₃ . Кипение точка жидких капель, и пар становится богаче B.Когда оставшаяся жидкость достигает состав b, пар имеет тот же состав, что и жидкость. Испарение происходит без изменения сочинение. Говорят, что смесь образуют азеотроп . Когда азеотроп достигается, две жидкости не могут быть разделены.

8,5 жидкость-жидкая фаза схемы

Изучим диаграммы температура-состав для систем, состоят из пар частично смешиваемых жидкостей, (жидкостей, которые не смешиваются во всех пропорциях при всех температурах).Когда P = 2, F ‘= 1 и фиксированное T будет определять состав несмешивающиеся жидкие фазы.

(а) Разделение фаз

Предположим, что небольшое количество B растворяется в A, поскольку мы добавляем еще B, стадия наступает, когда B больше не растворяется и появляется вторая фаза (P = 2). При этом условии наиболее обильная фаза будет A насыщен B (точка a), а второстепенная фаза будет насыщена B с А (точка а). Относительное изобилие из двух фаз задаются правилом рычага.

Пример 8.2. Интерпретация фазовой диаграммы жидкость-жидкость

Смесь 50 г гексана (0,59 моль) и 50 г нитобензола (0,41 моль). моль) получали при 290 К.Что состав фаз и в каких пропорциях они встречаются? К чему температура должна ли образец быть нагрета, чтобы получить однофазный?

Метод: Составы фазы задаются точками, где соединительная линия проходит через точку отображение температуры и общего состава системы пересекает фазовая граница. Их пропорции даются правилом рычага. В температура, при которой компоненты полностью смешиваются, определяется выражением следуя изоплете вверх и отмечая температуру, которую она входит в однофазная область диаграммы.

Ответ: Обозначим гексан H и нитробензол N. Точка x _N = 0,41, T = 290, происходит в двухфазной области диаграммы. Связующая линия показывает границы фаз при x _N = 0,35 и x _N = 0,83 ( составы двух жидких фаз).

Соотношение количеств каждой фазы равно соотношению расстояния л _a и л _b .

Фазы, богатой нитробензолом, примерно в 7 раз больше, чем Фаза, богатая гексаном. Нагрев образца до 292 К переводит его в однофазную область.

(б) Критические температуры раствора

Верхняя критическая температура раствора (верхняя абсолютная температура), T _uc , самая высокая температура, при которой фазовое разделение имеет место. Выше этой температуры два компоненты полностью смешиваются.Этот существует, потому что большее тепловое движение преодолевает любую потенциальную энергию преимущество в том, что молекулы одного типа находятся близко друг к другу.

Некоторые системы показывают критическую температуру раствора на ниже (ниже абсолютная температура), T _lc , ниже которой они смешивают все пропорции и выше которых они образуют две фазы. Пример — вода и триэтиламин. В этом случае при низких Т они образуют комплекс, который распадается при выше Т.В некоторых системах есть и то, и другое!

(c) Дистилляция частично смешивающихся жидкостей

Рассмотрим пару жидкостей, которые частично смешиваются и образуют низкокипящий азеотроп (обычная система, поскольку оба свойства отражают тенденция двух типов молекул избегать друг друга).

На рисунке показана фазовая диаграмма системы, в которой жидкости становятся полностью смешиваются до кипения. Дистилляция смесь при a ₁ приводит к пару состава b ₁ , который конденсируется до полностью смешивающегося раствора при b ₂ . Разделение фаз происходит только тогда, когда дистиллят охлаждается до точки в двухфазная область, такая как точка b ₃ .

Это описание относится только к первой капле дистиллята.Если перегонка продолжается, состав оставшейся жидкости меняется. в В конце, когда весь образец испарится, состав возвращается к _1.

Эта цифра соответствует ситуации, когда кипение происходит до полная смешиваемость. Нет верха критическая температура раствора.

Дистиллят, полученный из жидкости первоначально состав а ₁ имеет состав b ₃ и является двухфазная смесь.Одна фаза состав b ‘ ₃ и другой имеет состав b « ₃ .

Представленное поведение по изоплету е интересно. А система в e ₁ , образует две фазы, которые сохраняются (но с изменением пропорций) до точка кипения e ₂ . Пар этой смеси имеет такое же состав как жидкость (азеотроп). Так же, конденсация пара состава e ₃ дает двухфазную жидкость той же общей сочинение.При фиксированной температуре смесь испаряется и конденсируется как единое вещество.

Пример 8.3 Интерпретация фазовой диаграммы

Укажите изменения, происходящие при кипячении смеси состава x _B = 0,95 и пар конденсируется.

Метод Площадь, в которой находится точка, дает количество фазы; составы фаз указаны точками на пересечение горизонтальной связки с фазовыми границами; родственник изобилие дается правилом рычага.

Ответ Начальная точка — однофазная область. При нагревании кипение происходит при Т = 370 К и состав жидкости по ₂ . Компенсация пара x _B при b ₁ = 0,66. Жидкость обогащается B, а последняя капля (чистого B) испаряется при 392К. Если исходный пар отводится, его состав x _B = 0,66.

Состав был бы сохранен, если бы образец был очень большим, но для конечной выборки он сдвигается к большим значениям и, в конечном итоге, к x _B = 0.95. Охлаждение дистиллята соответствует перемещению вниз по изоплете x _B = 0,66. В 350 К, жидкая фаза имеет состав x _B = 0,87, а пар x _B = 0,49. Их относительные пропорции — 1: 3. при 340 К образец полностью жидкий и состоит из трех фаз, паровой и двух жидких фаз. Одна жидкая фаза имеет состав x _B = 0,30, прочие x _B = 0,80, в соотношении 0,62: 1.

Дальнейшее охлаждение переводит систему в двухфазную область, и при 298 К составов 0.20 и 0,90 при соотношении 0,82: 1. По мере закипания дальнейшего дистиллята общая состав дистиллята становится богатым B. Когда последняя капля конденсируется, фазовый состав так же, как и в начале.

8.6 Диаграмма жидкость-твердая фаза

Рассмотрим двухкомпонентную жидкость состава а ₁ на схеме выше. Изменения можно описать как следует:

(1) а ₁ а ₂ .Система входит в двухфазную область, обозначенную «жидкость + B». Чистое твердое вещество B начинает выходить из раствора а оставшаяся жидкость становится богаче А.

(2) а ₂ а ₃ . Больше твердых форм и даны относительные количества твердого вещества и жидкости (которые находятся в равновесии) по правилу рычага. На этом этапе есть примерно равные количества каждого. В жидкая фаза богаче A, чем раньше (состав указан по b ₃ ), потому что некоторые B депонирован.

(3) а ₃ а ₄ . В конце на этом шаге жидкости меньше, чем на ₃ , и его состав приведен по e . Этот жидкость теперь замерзает с образованием двухфазной системы чистого A и чистого B.

(а) Эвтектика

Изоплета e соответствует эвтектике сочинение. Жидкость с эвтектический состав застывает при одной температуре, без предварительного нанесение твердого вещества A или B.Твердое тело с эвтектический состав плавится без изменения состава при самых низких температура любой смеси. Решения с составами справа от e депонируйте B по мере того, как они остывают, а те к оставил депозит А как они остывают. Только эвтектическая смесь (кроме чистого А или твердое тело B) затвердевает при одной определенной температуре (F ‘= 0, когда C = 2 и P = 3) без постепенной выгрузки того или иного компонента из жидкости.

Термический анализ — это практический способ обнаружения эвтектики.Когда жидкость достигает своей эвтектики состава, температура остается постоянной (F ‘= 0) до тех пор, пока весь образец затвердевает. Это известно как эвтектическая остановка .

б) Реагирующие системы

Многие бинарные смеси реагируют с образованием соединения. Система GaAs является технологически важный. Ga + As = GaAs, a двухкомпонентная система с тремя составляющими.Обозначим соединение AB как C.

Принципиальное отличие от фазовой диаграммы эвтектики состоит в том, что вся фазовая диаграмма втиснута в диапазон составов, лежащих между равными суммами A и B (x _B = 0.5) и чистый B. Это говорит нам о том, что соединение образовано из эквимолярное количество A и B, AB (кроме A ₂ B или AB ₃ ). При охлаждении твердое вещество откладывалось по изоплет а — это соединение С. При температурах ниже ₄ есть два твердые фазы, одна из которых состоит из C, а другая — из B. При составах в левой половине диаграммы твердое тело состоит из A и C.

Трехкомпонентная фазовая диаграмма

В любой пинте весовые% в сумме составляют единицу.Вода и винилацетат только частично смешивается в двухкомпонентной системе. Уксусная кислота и винилацетат полностью смешиваются, а также вода и уксусная кислота в соответствующих двухкомпонентных смесях. Диаграмма теперь для фиксированных T и p.

Преимущества и недостатки использования спиральной модели

Преимущества и недостатки использования спиральной модели

Модель

Spiral также известна как метамодель, поскольку она включает в себя все другие модели SDLC.В схематическом представлении он выглядит как спираль с множеством петель, поэтому ее называют спиралью. Каждый цикл спирали называется фазой процесса разработки программного обеспечения. Эта модель способна справляться с рисками.

Это следующие преимущества и недостатки использования спиральной модели

.

Преимущества спиральной модели:

1. Программное обеспечение создается на ранних этапах жизненного цикла программного обеспечения.
2. Управление рисками — одно из важных преимуществ спиральной модели, это лучшая модель разработки, которой следует следовать, благодаря анализу рисков и управлению рисками на каждом этапе.
3. Гибкость требований. В этой модели мы можем легко изменить требования на более поздних этапах и можем точно интегрировать. Кроме того, дополнительные функциональные возможности могут быть добавлены позже.
4. Подходит для больших и сложных проектов.
5. Это хорошо для удовлетворения потребностей клиентов. Мы можем привлекать клиентов к разработке продуктов на ранней стадии разработки программного обеспечения. Кроме того, программное обеспечение создается на ранних этапах жизненного цикла программного обеспечения.
6. Строгое согласование и контроль документации.
7. Подходит для проектов с высоким риском, где потребности бизнеса могут быть нестабильными. Используя это, можно разработать продукт с широкими возможностями настройки.

Недостатки спиральной модели:

1. Не подходит для небольших проектов, так как стоит дорого.
2. Это намного сложнее, чем другие модели SDLC. Процесс сложный.
3. Слишком сильно зависит от анализа рисков и требует специальных знаний.
4. Трудности в управлении временем.Поскольку на момент начала проекта количество этапов неизвестно, оценка времени очень трудна.
5. Спираль может продолжаться бесконечно.
6. Конец проекта может быть неизвестен раньше.
7. Не подходит для проектов с низким уровнем риска.