Двухфазная система переменного тока

Двухфазная система была предшественницей сегодняшней трехфазной системы. Ее фазы были сдвинуты на 90° относительно друг друга, поэтому первая имела синусоидальную кривую напряжения, вторая — косинусоидальную.

Чаще всего ток распределялся по четырем проводам, реже по трем, причем один из них имел больший диаметр (его нужно было рассчитать на 141% тока отдельных фаз).

Первый из этих генераторов имел два ротора, повернутых относительно друг друга на 90°, поэтому они больше походили на два соединенных однофазных генератора, настроенных для создания двухфазного переменного напряжения. Генераторы, установленные в 1895 году на Ниагарском водопаде, были двухфазными и были крупнейшими в свое время.

Упрощенная схема двухфазного генератора

Двухфазная система имела то преимущество, что позволяла работать асинхронным электродвигателям.

Вращающееся магнитное поле, которое создает двухфазный ток, обеспечивает ротор крутящим моментом, который способен вращать его из состояния покоя. Однофазная система не может этого сделать без использования пусковых конденсаторов. Конфигурация катушки двухфазного двигателя такая же, как и у однофазного двигателя с конденсаторным пуском.

Также было проще анализировать поведение системы с двумя полностью отдельными фазами. Фактически, так было до 1918 года, когда был изобретен метод симметричных составляющих, который позволил проектировать системы с несбалансированными нагрузками (в основном любая система, в которой по какой-либо причине невозможно сбалансировать нагрузки отдельных фаз, как правило, жилые).

Обмотка двухфазного электродвигателя около 1893 г.

Большинство шаговых двигателей также можно рассматривать как двухфазные двигатели.

Трехфазное распределение, по сравнению с двухфазным распределением, требует меньшего количества проводов при одинаковом напряжении и той же передаваемой мощности. Для этого требуется всего три провода, что значительно снижает затраты на установку системы.

В качестве источника двухфазного тока использовался специальный генератор генератор, который имел два набора катушек, повернутых друг относительно друга на 90°.

Обе системы, то есть двухфазные и трехфазные, могут быть подключены напрямую, используя два трансформатора в так называемом соединении Скотта, решение дешевле и эффективнее, чем использование вращающихся преобразователей.

Схема Скотта: фазы Y1, Y2, Y3 трехфазной системы; R1, R2 — одна фаза двухфазной системы, R3, R4 — вторая фаза двухфазной системы

В то время, когда переходил от двухфазной системы к трехфазной, необходимо было решить, как равномерно распределить нагрузку двухфазных машин на трехфазную систему, чтобы сбалансировать ее, т.к. отдельные фазы нельзя регулировать отдельно.

Кроме того, он может преобразовывать электроэнергию не только из трехфазной системы в двухфазную, но и наоборот, обеспечивая таким образом взаимосвязь между более крупными электрическими блоками и обмен энергией между ними.

Предполагая, что напряжение на трех- и двухфазной стороне должно быть одинаковым, на одном из них формируется отвод точно посередине, катушка делится 50:50 и ее концы подключаются к двум фазам, а другой имеет всего 86,6% намотки, соответственно там создается ответвление.

Этот второй трансформатор подключается к центру первого, а ответвление подключается к оставшейся фазе. Тогда на вторичных обмотках получается ток, смещенный на 90° относительно друг друга.

К сожалению, это соединение не способно сбалансировать несимметричную нагрузку отдельных фаз, дисбаланс двухфазной системы переносится на трехфазную и наоборот, в зависимости от того, какой источник подключен.

В настоящее время система почти везде в мире заменена более современной трехфазной системой, однако в некоторых частях Соединенных Штатов система все еще используется, например, в Филадельфии и Южном Джерси в США (где она находится в упадке). Причины, по которым эта система все еще работает, являются историческими.

Однофазная трехпроводная сеть для коммунального электроснабжения, которая особенно широко распространена в Северной Америке, иногда и неправильно называется двухфазной системой, хотя в базовой установке это однофазная система.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Виды подключений

Типы подключений нагревателей к источнику питания.

В настоящее время типы подключений различаются по количеству фаз: одна, две или три. Отсюда и названия типов подключений:

однофазное;
двухфазное;
трехфазное.

Однофазное подключение предусматривает самый простой способ подключить нагреватель к источнику питания: на один из двух проводов, идущих от сердечника нагревателя, подается фаза, на другой провод – нейтраль или, как принято говорить, «ноль» (рис. 1).

Рисунок 1. Однофазное подключение.

Однофазный тип подключения широко применяется в типичной электросети, где напряжение составляет 220 – 240 Вольт, и в других сетях, которые имеют такие значения напряжения: 12, 24, 36, 48, 60 и 110 Вольт.

На рисунке 2 показана схема подключения к однофазному источнику питания.

Рисунок 2. Схема однофазного подключения.

В силу того, что нагреватель не предполагает наличие собственной полярности, фаза может подаваться на любой из проводов. Данный факт относится к преимуществам использования такого типа подключения: простота и универсальность.

Двухфазное подключение также используется с помощью двух проводов, идущих от нагревателя. Однако там, где в однофазном подключении подается «ноль», в двухфазном подается вторая фаза (рис. 3). Таким образом , данный вид подключения не предусматривает наличие нейтрали.

Рисунок 3. Двухфазное подключение.

Двухфазное подключение используется в энергосетях, напряжение которых варьируется в пределах 380 – 400 Вольт.

На рисунке 4 показана схема подключения к двухфазному источнику питания. Как было сказано раннее, визуальных и конструктивных изменений, по сравнению с однофазным типом, данный тип подключения не имеет.

Рисунок 4. Схема двухфазного подключения.

Преимуществом такого типа подключения является возможность получить больше мощности от нагревательного элемента. Повышение мощности оказывает негативное влияние на надежность и ресурс нагревателя – это является единственным недостатком использования двухфазного подключения

Трехфазное подключение может быть реализовано двумя способами. На рисунке 5 показаны две схемы исполнения трехфазного подключения: звезда и треугольник.

Рисунок 5. Схемы исполнения трехфазного подключения.

Разница между этими схемами заключается только лишь в отличительном напряжении питания, которое будет подаваться нагревателю: либо фазные 220 вольт, либо линейные 380 вольт к источнику питания. Фазы будут иметь одинаковый ток, какой бы не была выбрана схема.

Трехфазное подключение по схеме звезда показано на рисунке 6.

Рисунок 6. Трехфазное подключение по схеме звезда.

Подключение по схеме звезда предусматривает наличие нулевого провода, который для визуальной разницы имеет синий цвет. Существует возможность не использовать нулевой провод, если его наличие в схеме не было предусмотрено клиентом. Однако, мы настоятельно не рекомендуем использовать подключение по схеме звезда без использования нулевого контакта.

На рисунке 7 представлен принцип подключения по схеме звезда.

Рисунок 7. Принцип подключения по схеме звезда.

Если нагреватель имеет вместо проводов для подключения контакты, то производитель отмечает нулевые контакты синим цветом так, как это показано на рисунке 8, 9.

Рисунок 8. Подключение по схеме звезда без проводов в нагревателе.

Рисунок 9. Подключение сухого ТЭНа по схеме звезда.

Преимуществом схемы звезда трехфазного подключения является повышение надежности и срока службы используемого нагревателя. Данный факт объясняется использованием фазного напряжения, которое составляет 220 -240 вольт, а также использованием резистора в цепи с более высокими показателями сечения. Недостатком такой схемы является обратная сторона преимущества – при использовании фазного напряжения показатели мощности не так велики, как при использовании другой схемы подключения – треугольной.

Трехфазное подключение по схеме треугольник показано на рисунке 10.

Рисунок 10. Трехфазное подключение по схеме треугольник.

Подключение по схеме треугольник используется при работе с линейным напряжением порядка 380 вольт. Поэтому каждый участок цепи нагревателя получает две фазы, чем отличается от подключения по схеме звезда, где на каждый участок цепи приходится лишь одна фаза.

Треугольное подключение, которое принято считать классическим, имеет 3 провода, на которые подается три фазы. Наличие нулевого провода данная схема подключения не предусматривает. На рисунке 11 и 12 показаны принципы подключения нагревателя и сухого ТЭНа по схеме треугольник.

Рисунок 11. Принцип подключения по схеме треугольник.

Рисунок 12. Подключение сухого ТЭНа по схеме треугольник.

Преимуществом такой схемы подключения является более высокие значения мощности, по сравнению со схемой звезда, а также более удобное подключение без использования лишних проводов. Недостатком такой схемы является лишь недостаток использования высокого напряжения, которое снижет ресурс нагревателя.

Заземление предназначено для предотвращения несчастных случаев на производстве, а зануление предназначено для выравнивания потенциалов в цепи – не стоит данные понятия считать синонимами.

Оборудование должно быть изначально заземлено, что требует техника безопасности, тем ниже риск несчастного случая (рис. 13). Исключениями являются нагреватели без металлического корпуса, которые не нуждаются в заземлении.

Рисунок 13. Влияние заземления на безопасность человека.

На рисунке 14 — 16 показаны различные схемы подключения с использование заземляющего провода.

Источник

Фаза тока, что это такое. Простым и понятных языком.

Давайте рассмотрим, что же все таки такое — фаза тока.

Практически все новички и собственники домов часто сталкиваются с проблемой: что же такое фаза тока в обычной электрической проводке? Такие вопросы возникают чаще всего в процессе ремонта каких-то электроприборов.

При возникновении такой ситуации, в первую очередь, нужно думать и соблюдать технику безопасности. А знания и умения должны отойти на второй план. Глубокие познания об самых простых законах образования тока и различных процессов, которые происходят непосредственно в бытовых приборах. Эти знания не только могут помочь найти решение проблем множества неисправностей, которые возникают в электроприборах, но и решить их самым простым и надежным способом.

Практически все конструкторы и инженеры работают над тем, чтобы сократить количество несчастных случаев в процессе ремонтных работ с электросетью либо электроприборами. Основная цель потребителей – соблюдать четко прописанные нормы и стандарты.

Давайте детальнее поговорим о токе:

Однофазный ток.

Под однофазным током подразумевают – переменный ток, образующийся в процессе вращательных действий в области магнитного поля проводника либо целой совокупности проводников, которые объединяются общий поток.

Как вы уже знаете, однофазный ток передается с помощью двух проводов. Эти провода называют:

1.Один провод это, непосредственно, фаза;
2.Второй – ноль.

В этих проводах напряжение 220 В.

Однофазное электропитание можно охарактеризовать множеством способов. Ни для кого не секрет, что однофазный ток поступает к потребителю с помощью:

1.Двух проводов;
2.Трех проводов.

Первый вариант подачи однофазного тока – двухпроводной использует два провода, как это понятно уже исходя из названия. Один провод передает фазу, а второй предназначается для нулевого напряжения. На использовании такой системы ориентировались практически всегда при строительстве домостроений в СССР.

Использование второго предусматривает добавление еще одного провода. Он применяется для заземления. Основное предназначение такого провода – исключение варианта поражения людей электрическим током. Так же он нужен для отвода тока при утечке и исключение неполадок электроприборов.

Двухфазный ток.

Под понятием двухфазный электрический ток все понимают – слияние двух однофазных токов, которые имеют сдвиг по фазе друг к другу. Угол сдвига может быть Pi2 либо 90 °.

Рассмотреть образование двухфазного тока можно на примере. Необходимо взять две индуктивные катушки и разместить их в пространстветак, чтобы оси этих катушек были перпендикулярны друг у другу. Затем нужно подключить обе катушки к двухфазному току. В итоге мы будем иметь систему, в которой образовалось 2 обособленных магнитных поля. В результирующем магнитном поле вектор будет вращатьсяс одной и той же скоростью и под одинаковым углом. В результате такого вращения и образуется магнитное поле. Ротор с обмотками, которые произведены в форме короткозамкнутого «беличьего колеса» либо металлического цилиндра на валу, будут вращаться и тем самымприводить в движение различные частицы.
Передача двухфазного тока осуществляется при помощью двух проводов: двумя фазными и двумя нулевыми.

Трехфазный ток.

Под трехфазной системой электрических цепей – принято понимать систему, состоящую из трех цепей. В этих цепях имеются переменные, ЭДС с одинаковой частотой, которые одинаково сдвинуты по фазе и по отношению друг к другу на 1/3 периода(=2/3). Каждый отдельный кусочек такой цепи можно смело назвать его фазой. А совокупную систему принято считать трехфазным током. Трехфазный ток без особого труда можно передавать на достаточно большие расстояния. Паре фазных проводов свойственно напряжение 380В. Если в паре фаза и ноль – 220В.

Распределить трехфазный ток по домостроениям можно такими способами:

Четырехпроводное подключение – происходит с использованием трех фаз и одного нулевого провода. Такая система до распределительного щитка, после используют два стандартных провода – фазу и ноль, чтобы иметь напряжение 220В.

При пятипроводном подключении трехфазного тока к уже привычной схеме нужно добавить еще провод, который обеспечивает защиту и заземление. В трехфазной сети все фазы имеют одинаковую нагрузку, чтобы избежать перекоса фаз. От используемой в домостроении проводки зависит и возможность подключения к сети тех или иных электроприборов. Например, заземление просто необходимо если в сеть планируют включать достаточно мощные электроприборы, такие как холодильник, печь, обогреватель, компьютер, телевизор, джакузи, душевая кабинка. Трехфазный ток применяют как источник электропитания двигателей, которые пользуются большой популярностью у потребителей.

Как устроена бытовая проводка

Изначально электроэнергию получают на электростанциях. Потом с помощью промышленной электросети ее передают на трансформаторную подстанцию, а там уже и происходит преобразование напряжения в 380В. Обмотки понижающего трансформатора соединены по принципу «звезда»: все три контакта необходимо подключить к точке «0», а оставшиеся контакты к клеммам «A», «B» и «C».

Все контакты «0», которые были объединены необходимо подключить к заземленному проводу на подстанции. Именно на территории подстанции и происходит расщепление ноля на:

1.Рабочий ноль;
2.PE-проводник, который выполняет защитную функцию.

После выхода из понижающего трансформатора все нули и фазы тока поступают в распределительный щиток домостроения. В результате получается трехфазная система, которая распределяется по всем щиткам многоэтажки. К конечному потребителю попадает напряжение 220В, проводник РЕ выполняет именно эту защитную функцию.

Теперь давайте более детально рассмотрим, что же представляет собой ноль и фаза тока? Нулем принято считать проводник тока, который подключают к контуру заземления в понижающем трансформаторе. Он предназначен для образования нагрузки фазы тока. Присоединять проводник необходимо к обмотке трансформатора. Так же есть такое понятие «защитный ноль» — это именно РЕ-контакт, который мы описывали ранее. Основное его предназначение – отвод тока в случае возникновения поломок либо неисправностей в цепи.

Такой метод пользуется огромной популярностью при подключении к электросети многоэтажных домов. Пользуются им уже много десятилетий. Случаются случаи, когда в системе возникают неисправности. В основном, причиной этому служит низкое качество соединения в цепи либо порыв на линии.

Что происходит в нуле и фазе при обрыве провода.

Обрывы на линии достаточно часто возникают по вине мастеров – они забывают подключить фазу либо ноль. Такие поломки достаточно распространены. Так же довольно часто происходит процесс отгорания нуля на подъездном щитке например, из-за высокой нагрузки в системе.

Если происходит порыв на любом участке цепи, то прекращает функционировать вся цепь, т.к. она размыкается. В таких ситуациях совершенно не важно, какой провод поврежден – фаза или ноль.

То же самое случается и при порыве между распределительным щитом многоэтажки и щитком в подъезде. При таком порыве все потребители, которые были подключены к данному щитку, будут без электроэнергии.

Все ситуации, которые мы попытались описать выше, имеют место быть. Они могут показаться сложными, но не несут никакой опасности для человечества. Ведь обрыв произошел только одного провода, поэтому это совершенно не опасно.

Очень тревожная ситуация – когда пропадает контакт между контуром заземления на подстанции и средним пунктом, к которому поступает все напряжение внутридомового щитка.

Именно в таком варианте электрический ток движется по контурам AB, BC, CA. Совокупное напряжение этих контуров 380В. Именно по этой причине и возникает достаточно опасная ситуация – один щиток может вообще не иметь напряжения, потому что хозяин отключит все электроприборы, а на другом образуется очень высокий уровень напряжения, около 380В. Это может способствовать выходу из строя многих приборов, потому что для них необходимо напряжение в 220В.

Естественно, появление данной ситуации можно избежать. Имеется масса недорогого/дорогостоящего оборудования, которое защитит вашу технику от скачков напряжения.

К такому оборудованию относится и стабилизатор напряжения. Различают такие виды стабилизаторов:

Как же определить фаза это или ноль?

Для определения ноль это либо фаза рекомендуют пользоваться специальным оборудованием – отверткой-тестером.

Функционирует этот прибор по принципу проведения тока с низким напряжением через тело человека, который его использует. Отвертка имеет такие составляющие:

1.Наконечник, с помощью которого есть возможность подключаться к фазе в розетке;
2.Резистор, который снижает разницу электротока до достижения им безопасного уровня;
3.Светодиод, который загорается, если это фаза;
4.Плоский контакт, который способствует возникновению сети с участием тела оператора.

Помимо отверток-тестеров имеются и иные варианты определения какой именно из контактов в розетке имеет поломку. С помощью такого оборудования электрики и определяют фазу и ноль в розетке. Кому-то привычнее использовать более точный тестер, который функционирует как вольтметр.

По показателям вольтметра можно сказать:

1.О наличии напряжения 220В между нулем и фазой;
2.О напряжении между нулем и землей либо его отсутствии;
3.О напряжении между нулем и фазой либо его отсутствии.

Источник