Начальные фазы электромагнитных синусоидальных колебаний первичного и вторичного напряжения, с частотой одинаковой величины, могут существенно различаться на некоторый угол сдвига фаз (угол φ). Переменные величины могут неоднократно в течение определенного периода некоторого времени изменяются с определенной частотой. Если электрические процессы имеют неизменный характер, а сдвиг фаз равен нулю, это свидетельствует о синхронизме источников величин переменного напряжения, например, трансформаторов. Сдвиг фазы служит определяющим фактором коэффициента мощности в электрических сетях переменного тока.
Угол сдвига фаз находится при необходимости, тогда, если один из сигналов является опорным, а второй сигнал с фазой в самом начале совпадает с углом сдвига фаз.
Измерение угла сдвига фаз производится прибором, в котором присутствует нормированная погрешность.
Фазометр может производить измерение угла сдвига в границах от 0о до 360о в некоторых случаях от -180оС до +180оС, а диапазон измеряемых частот сигналов может колебаться от 20Гц до 20 ГГц. Измерение гарантируется в том случае если напряжение входного сигнала равно от 1 мВ до 100 В, если же напряжение входного сигнала превышает эти границы точность измерения не гарантируется.
Как конденсатор сдвигает фазу?
Конденсатор сдвигает синусоиду на плюс 90 градусов а индуктивность на минус 90 градусов. Благодаря этому сдвигу и происходит запуск двигателя,а если на валу будет мощная нагрузка,то параллельно рабочему конденсатору кратковременно подключают пусковой конденсатор.
Интересные материалы:
Как правильно написать рекламный слоган? Как правильно нарезать мясо? Как правильно натянуть цепь на скоростном велосипеде? Как правильно носить часы и браслет мужчинам? Как правильно носить косынку? Как правильно носить медали на кителе? Как правильно носить женские чулки? Как правильно обрабатывать уши ребенку после прокола? Как правильно обращаться к капитану? Как правильно обустроить клетку для попугая?
Сдвиг фаз переменного тока и напряжения
Мощность постоянного тока, как мы уже знаем, равна произведению напряжения на силу тока. Но при постоянном токе направления тока и напряжения всегда совпадают. При переменном же токе совпадение направлений тока и напряжения имеет место только в случае отсутствия в цепи тока конденсаторов и катушек индуктивности.
Для этого случая формула мощности
остается справедливой.
На рисунке 1 представлена кривая изменения мгновенных значений мощности для этого случая (направление тока и напряжения совпадают). Обратим внимание на то обстоятельство, что направления векторов напряжения и тока в этом случае совпадают, то есть фазы тока и напряжения всегда одинаковы.
Рисунок 1. Сдвиг фаз тока и напряжения. Сдвига фаз нет, мощность все время положительная.
При наличии в цепи переменного тока конденсатора или катушки индуктивности, фазы тока и напряжения совпадать не будут.
О причинах этого несовпадения читайте в моем учебники для емкостной цепи и для индуктивной цепи, а сейчас установим, как будет оно влиять на величину мощности переменного тока.
Представим себе, что при начале вращения радиусы-векторы тока и напряжения имеют различные направления. Так как оба вектора вращаются с одинаковой скоростью, то угол между ними будет оставаться неизменным во все время их вращения. На рисунке 2 изображен случай отставания вектора тока Im от вектора напряжения Um на угол в 45°.
Рисунок 2. Сдвиг фаз тока и напряжения. Фазы тока и напряжения сдвинуты на 45, мощность в некоторые периоды времени становиться отрицательной.
Рассмотрим, как будут изменяйся при этом ток и напряжение. Из построенных синусоид тока и напряжения видно, что когда напряжение проходит через ноль, ток имеет отрицательное значение.
Затем напряжение достигает своей наибольшей величины и начинает уже убывать, а ток хотя и становится положительным, но еще не достигает наибольшей величины и продолжает возрастать. Напряжение изменило свое направление, а ток все еще течет в прежнем направлении и т. д. Фаза тока все время запаздывает по сравнению с фазой напряжения. Между фазами напряжения и тока существует постоянный сдвиг, называемый сдвигом фаз.
Действительно, если мы посмотрим на рисунок 2, то заметим, что синусоида тока сдвинута вправо относительно синусоиды напряжения. Так как по горизонтальной оси мы откладываем градусы поворота, то и сдвиг фаз можно измерять в градусах. Нетрудно заметить, что сдвиг фаз в точности равен углу между радиусами-векторами тока и напряжения.
Вследствие отставания фазы тока от фазы напряжения его направление в некоторые моменты не будет совпадать с направлением напряжения. В эти моменты мощность тока будет отрицательной, так как произведение положительной величины на отрицательную величину всегда будет отрицательным. Эта значит, что внешняя электрическая цепь в эти моменты становится не потребителем электрической энергии, а источником ее. Некоторое количество энергии, поступившей в цепь во время части периода, когда мощность была положительной, возвращается источнику энергии в ту часть периода, когда мощность отрицательна.
Чем больше сдвиг фаз, тем продолжительнее становятся части периода, в течение которых мощность делается отрицательной, тем, следовательно, меньше будет средняя мощность тока.
При сдвиге фаз в 90° мощность в течение одной четверти периода будет положительной, а в течение другой четверти периода — отрицательной. Следовательно, средняя мощность тока будет равна нулю, и ток не будет производить никакой работы (рисунок 3).
Рисунок 3. Сдвиг фаз тока и напряжения. Фазы тока и напряжения сдвинуты на 90, мощность в течении одной четвери периода положительна, а в течении другой отрицательна. В среднем мощьноть равна нулю.
Теперь ясно, что мощность переменного тока при наличии сдвига фаз будет меньше произведения эффективных значений тока и напряжения, т. е. формулы
в этом случае будут неверны
ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!
Похожие материалы:
- Понятие о переменном токе
- Получение переменного тока
- Период, частота, амплитуда и фаза переменного тока
- Действующее значение тока и напряжения
- Мощность переменного тока
Комментарии
#14 rrr 03.12.2018 14:20 Подскажите ,пожалуйста как в этом приложении рисовать схемы микропроцессоро в.В данной библиотеке схем нет нужных,а рисовать с помощью прямоугольников очень долго и не практично
Цитировать
#13 Альмира 10.06.2018 06:52 Вопрос: зависит ли сдвиг фаз от величины активного сопротивления? Если нет/да, то почему?
Цитировать
#12 александр 40 11.07.2017 19:15 почему трасформатор 220 вольт подключенного последовательно с первичной обмоткой сильно нагревается . Наверно 220 сумируется с заряженым конденсатором 1 микрофорад иза сдвига фаз и получается около 440 вольт на первичной обмотке.
Цитировать
#11 Виталий 15.12.2016 21:03 Цитирую Мастер:
Цитирую Стас: Какая бредятина. При здвиге фаз на 90* ток не совершает работу. Берем электрическую плитку включаем последовательно конденсатор и включаем в разетку все работает плитка греется, ток совершает работу.
Никто и не говорил, что она не будет греться! Читай внимательней! Плитка — Это активная мощьность Даже при сдвиге сети 90гр плитка не повлияет на угол и наоборот) если не прав поправте, просто догадки) Цитировать
#10 Ростик 07.06.2016 02:28 А вот вопрос можно-ли сделать так взять одну фазу с сети 220 и кинуть один провод фазы на прямую к плите а второй провод от этой же фазы через кондицатор и потом эл.плите то-есть сделать фазное замыкание будет ли плита при этом работать мощнее или не чего не получится
Цитировать
Sed 20.01.2016 17:57 тема не раскрыта
Цитировать
Владимир 24 03.12.2015 08:50 Спасибо. Очень доходчиво, наглядно, и понятно описаны происходящие процессы. Хорошая статейка и полезная.
Цитировать
zed 26.05.2015 08:25 стас, если к плитке с активным сопротивлением подключить конденсатор, то сдвиг фаз будет, но не 90. Следовательно плитка будет греть, но не столь эффективно как без конденсатора… Это математика…
Цитировать
Андрей 28.12.2014 00:44 По больше таких статей,автор вы просто молодец,я трехфазную цепь много раз пытался понять и все бес толку треугольники формулы и все на этом заканчивалось. Пока не догадался заменить каждую обмотку просто аккумулятором с разным напряжением и направлением как по графику синусоид и о чудо стал комбинировать и все заработало.Тут я наконец таки понял что такое ноль.По больше таких людей как вы,толку с этих академиков и тд. так напишут что жизни не хватит разобраться. Такое ощущение что запутывают целенаправлен о чтоб только самые умные из народа могли догадаться.
Цитировать
Мастер 22.10.2014 18:33 Цитирую Стас:
Какая бредятина. При здвиге фаз на 90* ток не совершает работу. Берем электрическую плитку включаем последовательно конденсатор и включаем в разетку все работает плитка греется, ток совершает работу.
Никто и не говорил, что она не будет греться! Читай внимательней! Цитировать
все абсолютно верно 13.12.2013 14:18
Цитировать
Administrator 12.12.2013 07:42 Не занимайтесь подменой понятий! Плитка активная нагрузка, в этом случае разность фаз между током и напряжением равна нулю. А на конденсаторе, который вы включили в цепь нарпряжение отстает от тока на 90 градусов (не забывайте, что ток при последовательно м включении общий через все элементы). Поэтому мощность на конденсаторе будет меняться в течение одной четверти периода будет положительной, а в течение другой четверти периода — отрицательной. Суммарная за период P=0. Следовательно и работа будет равна нулю. А в плитке по другому, нет сдвига P=I*U. Для пояснения посмотрите рисунки:
Поэтому конденсаторы и используют в качестве «безваттных резисторов»
Цитировать
Стас 11.12.2013 10:59 Какая бредятина. При здвиге фаз на 90* ток не совершает работу. Берем электрическую плитку включаем последовательно конденсатор и включаем в разетку все работает плитка греется, ток совершает работу.
Цитировать
tmp 22.11.2013 18:05 Просто и доступно
Цитировать
Обновить список комментариев
Добавить комментарий
Перекос Фаз (Фазных Напряжений) В Трехфазной Электрической Сети
• Сущность явления• Причины возникновения• Последствия• Способы устранения перекоса фаз• Альтернативная технология.• Диапазон изменения фазных напряжений.
• Практическое применение.
Сущность явления
Перекос фаз проявляется в трехфазных четырех- (пяти-) проводных сетях с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000 В.
Как правило, низковольтная трехфазная электрическая сеть напряжением 400 В (0,4 кВ) содержит источники электроэнергии, обмотки которых соединены в «звезду» с выведенным нулем.
Если трехфазная сеть четырехпроводная, то нулевой проводник выполняет две функции. Первая функция: нулевой рабочий проводник служит для подключения однофазных электроприемников. Вторая функция: нулевой рабочий проводник служит для работы защиты. В пятипроводной сети, каждой из двух перечисленных функций соответствует свой провод.
В низковольтных сетях различают первичные и вторичные источники электроэнергии (источники питания) независимо от способа получения электрической энергии.
К первичным источникам относятся те, которые непосредственно вырабатывают электроэнергию, например электрические генераторы (в качестве привода в них могут быть использованы гидроагрегаты, паровые турбины, дизели, газовые двигатели).
К вторичным источникам относятся те, которые преобразуют электрическую энергию первичных источников, как правило, это трансформаторы, установленные в трансформаторных подстанциях (ТП).
Идеальную модель, отображающую взаимосвязь и взаиморасположение фазных и линейных напряжений можно изобразить в виде равностороннего треугольника с вершинами «А», «B», «С» и .Векторы АВ, ВС и CA (лежащие на сторонах треугольника) — это линейные напряжения (380В).Векторы, проведенные из центра треугольника к его вершинам — 0A, 0B и 0С — это фазные напряжения.В идеале они равны между собой 0A=0B=0С и сдвинуты друг относительно друга на угол 120°, то есть└A0B=└B0C=└C0A=120°.
Данная модель является идеальной и перекос фазных напряжений в ней отсутствует.
Так как к трансформаторам ТП подключают множество потребителей, в том числе однофазных, то в каждый случайный момент времени можно ожидать, что нагрузки в различных фазах будут различны. Причем если даже однофазные нагрузки по величине одинаковы, то их включение под нагрузку или отключение не может происходить синхронно. Возникает ситуация RA > RB > RC ≠ 0, где «R» – это сопротивление нагрузки, и, соответственно, «RA» — это спротивление нагрузки на фазе А, «RB» — это спротивление нагрузки на фазе B, «RC» — это спротивление нагрузки на фазе C.
Различие фазных нагрузок по величине и характеру создает условия для возниконовения перекоса фазных напряжений.
Если обратиться к описанному выше равностороннему треугольнику, то графически это будет выглядеть следущим образом: точка 0 в центре треугольника, из которой исходят векторы идеальных фазных напряжений величиной 220В 0A, 0B и 0С, — смещается относительно центра треугольника. Назовем ее 0′.
Смещаются и сами векторы фазных напряжений на произвольный угол друг относительно друга. Смещенные векторы фазных напряжений 0’A, 0’B и 0’С не равны между собой, 0’A ≠ 0’B ≠ 0’С.
Напряжение на каждой из фаз меняется с величины в 220 В например на 190В, 240В и 230В соответственно.
Такая ситуация называется перекосом фазных напряжений.
Если бы сопротивления нагрузки были равны, то токи, через них протекающие так же были равны между собой. Учитывая то, что угол сдвига между ними равен 120°, то их геометрическая сумма равнялась бы нулю.
Однако при их неравенстве в результате суммирования возникает ток I00′, который называется уравнительным. А, следовательно, напряжение U00′, которое называется напряжением смещения.
Перекос фаз (фазных напряжений), как правило, характеризуется неизменностью или одинаковостью линейных напряжений источника и значительным различием по величине фазных напряжений.
То есть равносторонний треугольник, образуемый векторами линейных напряжений остается равносторонним треугольником, это означает, что значение трех линейных напряжений соответствует 380В, возможны незначительные отклонения значений, которые называются являются допустимыми.
Значительно смещаются векторы фазных напряжений внутри треугольника, которые соединяют точку внутри треугольника с его вершинами, меняется величина фазных напряжений и угол сдвига между ними.
Причины возникновения перекоса фаз
Условно причины возникновения перекоса фаз можно разделить на внешние и внутренние.
Внутренние причины связаны с потребителями электроэнергии, которые неравномерно загружают фазы сети без учета мощности однофазных электроприемников, коэффициента одновременности их включения,
подключают мощные двухфазные электроприемники к бытовым розеткам.
В реальной жизни причиной перекоса фаз является неравномерность загрузки не только по величине, но и по характеру нагрузки. Нагрузка может быть активной (резистивной) — (R) или реактивной: индуктивной (L) или емкостной (С).
Внешние причины возникновения перекоса фаз могут быть связаны с неисправностями в распределительной сети (например, в высоковольтных линиях электропередач (ЛЭП)
при высокой влажности и дефектах в гирляндах изоляторов или разрядников отдельных фаз) или наличием мощных потребителей, включенных на две фазы, т.е. на линейное напряжение (например, потребители тяговых сетей или электродвигатели электропоездов).
Также причины могут быть комбинированными (внешними и внутренними).
Последствия перекоса фаз
Последствия перекоса фаз проявляются в увеличении электропотребление из сети; в неправильной работе электроприемников, их сбоях, отказах, отключениях, перегорании предохранителей, износе изоляции.
Условно негативные последствия перекоса фаз можно разделить на три группы:
1. Последствия для электроприемников (приборов, оборудования), связанные с их повреждениями, отказами, увеличением износа, уменьшением периода эксплуатации.
а) последствия для однофазных электроприемников Низкое напряжение вызывает неправильную работу однофазных потребителей: тусклый свет осветительных приборов, длительный нагрев нагревательных приборов, длительный запуск двигательных приборов, сбои в работе компьютеров и т.д. Высокое напряжение вызывает отказы электроприемников из-за износа изоляции, отключение их защитными устройствами, перегорание предохранителей.
б) последствия перекоса фаз для трехфазных электроприемниковОсновную часть трехфазных потребителей (потребителей, питающихся от линейного напряжения) составляют электродвигатели, которые приводят в действие погружные и фекальные насосы, приводы автоматических ворот, станочное оборудование и т.д. Система управления и контроля запуска таких трехфазных потребителей, как правило, подключается к фазному напряжению.
Фаза, противофаза и фазовый сдвиг
В этой статье рассмотрим такой важный вопрос, как фаза аудиосигнала.
При упоминании раздела школьной физики о гармонических колебаниях первое, что приходит на ум, — это то, что фаза представляет собой аргумент периодической функции, определяющий амплитуду сигнала в определенный момент времени.
Что нам от этого в музыкальном плане? И где же могут возникнуть проблемы с этой самой фазой?
Представьте, что мы записываем гитару. Звук снимается с комбоусилителя с помощью двух микрофонов. Сигнал из них микшируется, а затем идет в один канал. Как раз суммирование двух сигналов и может привести к возникновению проблем с фазой.
Сигналы в фазе
Наблюдается идеальное повторение сигналов, при котором «пики и впадины» их амплитуд абсолютно синхронны во времени. В таком случае говорят, что сигналы «в фазе». На практике это означает, что будет иметь место усиление сигналами друг друга. И в идеале амплитуда результирующего сигнала будет равна сумме амплитуд каждого сигнала.
Такой расклад не только ничем нам не грозит, а даже наоборот является весьма желанным и полезным в большинстве случаев.
Сигналы в противофазе
На осциллографе заметно, что «пик» первого сигнала совпадает с «впадиной» второго. Из этого несложно сделать вывод, что в результате сложения таких колебаний в идеале получится абсолютный ноль или, иными словами, взаимное подавление обоих сигналов.
Такой расклад ничего хорошего не принесет, поэтому его стоит всячески избегать.
