Всё о напряжении — Мастер 380 вольт
Напряжение — разность потенциалов между двумя точками пространства. Измеряется в вольтах. Так напряжение между плюсовым и минусовым контактом батарейки составляет 1,5 вольта, а между поверхностью земли и грозовым облаком — миллионы вольт!
Всем известно, что в нашей розетке напряжение переменного тока составляет 220 — 230 вольт. А вот, в трёхфазной розетке — 380 вольт. Разница заключается в том, что в первом случае мы получаем фазное, а во втором — линейное напряжение. Так что же такое линейное напряжение и что такое фазное напряжение , и каково соотношение между ними? И по какой причине соотношения именно таковы.
Как в квартиру, так и на предприятие электроэнергия передаётся от генерирующих электростанций по высоковольтным линиям электропередач (в нашей стране — частотой 50 Гц). На трансформаторных подстанциях высокое напряжение понижается, и распределяется по потребителям . Но если у вас в квартире сеть однофазная (надо заметить, что в последнее время у бытовых потребителей имеется возможность подключения к трёхфазной сети), то на производстве — трехфазная, давайте разберёмся, в чём же разница.
Действующее значение и амплитудное значение напряжения
Говоря — 220 или 380 вольт, мы имеем ввиду действующие значения напряжений, другими словами — среднеквадратичные значения напряжений. Фактически амплитудное значение переменного напряжения всегда выше фазного Umф или линейного Umл. Для синусоидального напряжения его амплитуда больше действующего значения в квадратный корень из 2 раз,(1,414 раза).
Отсюда выходит, что фазное напряжение в 220 соответствует амплитудному — 310 вольт, а для линейного напряжения в 380 вольт амплитуда окажется равной 537 вольт. Разумеется, на практике напряжение в розетке часто не соответствует именно 220 вольтам, оно может быть больше или меньше этой величины, но должно укладываться в допустимые параметры.
Что такое фазное напряжение в сети переменного тока?
На электростанции обмотки генератора соединены по схеме «звезда», то есть объединены концами X, Y и Z в одной точке, которая называется нейтралью или нулевой точкой генератора. Такая схема называется четырехпроводной трехфазной схемой. К выводам обмоток A, B и C присоединяются линейные провода, а к нулевой точке — нейтральный или нулевой провод.
Напряжения между выводом A и нулевой точкой, B и нулевой точкой, С и нулевой точкой, — называются фазными напряжениями, их обозначают Ua, Ub и Uc, ну а поскольку сеть симметрична, то можно просто написать Uф — фазное напряжение.
Линейное напряжение трехфазной сети
Действующее напряжение между выводом A и B, между выводом B и C, между выводом C и A, — называются линейными напряжениями, то есть это напряжения между линейными проводами трехфазной сети. Их обозначают Uab, Ubc, Uca, или можно просто написать Uл.
Линейное напряжение в наших электросетях составляет приблизительно 380 вольт. Соотношение фазного и линейного напряжения в любой трёхфазной сети с заземлённой нейтралью составляет 1,732, или квадратный корень из 3. Не смотря на то что фактическое напряжение в сети может изменяться в определённых пределах, в зависимости от загруженности, соотношение между фазным и линейным напряжением остаётся неизменным.
4.2.4. Условные положительные направления фазных и линейных напряжений и соотношения между ними
ГЛАВА 4 ТРЕХФАЗНЫЕ ЦЕПИ
4.2. Трехфазный генератор
Обычно обмотки генератора соединяют звездой. Напряжения между началом и концом фазы (см. рис. 4.5) называют фазными (uА, uВ и uC ), а
напряжения между началами фаз генератора – линейными (uАВ, uВС , uCА ).
Внутренним сопротивлением фаз генератора можно пренебречь. В этом случае фазные напряжения U A , U B и UC считают численно равными ЭДС фаз.
Стрелка источника показывает направление повышения потенциала, поэтому за условные положительные направления фазных напряжений принимают направления от начала к концу фаз обмоток, а линейных напряжений– к началу фазы, являющейся вторым индексом в обозначении напряжения.
Любое линейное напряжение можно определить, рассчитав изменение потенциалов между соответствующими началами фаз генератора:
uAB = uA −uB ; uBC = uB −uC ; uCA = uC −uA .
Для комплексных значений эти уравнения имеют вид:
U AB =U A −U B ; U BC =U B −UC ; UCA =UC −U A .
Эти уравнения дают возможность построить топографическую диаграмму фазных и линейных напряжений (рис. 4.7).
| A |
|
|
|
| |
| U CA |
| U | AB |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
| U A |
|
|
|
|
| 120° | N | 120° | U | B | |
|
|
|
|
| ||
|
|
|
|
|
| |
U C | 120° |
|
|
|
| |
C | U | BC |
|
|
| B |
|
|
|
|
| ||
|
|
|
|
|
| |
Рис. 4.7
Следует обратить внимание на противоположное направление стрелок на схеме, указывающих условное положительное направление напряжений и
Теоретические основы электротехники. Учеб. пособие | -95- |
| ГЛАВА 4 ТРЕХФАЗНЫЕ ЦЕПИ |
| |
| 4.2. Трехфазный генератор |
соответствующих им векторов на топографической диаграмме. | |
| Из диаграммы видно, что векторы линейных напряжений U AB , U BC , |
UCA | опережают по фазе соответственно векторы фазных напряжений U A , |
U B и UC на угол 30 .
Линейное напряжение по величине больше фазного в 3 раз, т. е. U л = 3Uф или Uф = U3л .
При соединении фаз обмоток генератора треугольником конец одной фазы соединяют с началом другой (рис. 4.8). В этом случае линейные напряжения равны фазным: U л =Uф .
| A |
|
| |
| e A |
| uA | |
e C | N |
| uAB uCA | |
|
|
| e B | |
C | uC | uB | B | |
uBC | ||||
|
|
|
Рис. 4.8
Топографическую диаграмму напряжений в зависимости от способа соединения фаз приемников строят как представлено на рис. 4.9.
|
|
| +1 |
| A |
| A |
| +1 |
| UCA |
UCA | UAB | C | UAB |
| UBC |
| UBC |
C | B |
| B |
| а |
| б |
Рис. 4.9
Если фазы приемника соединены звездой, рационально использовать топографическую диаграмму, изображенную на рис. 4.9, а, если треугольником – на рис. 4.9, б.
Теоретические основы электротехники. Учеб. пособие | -96- |
ГЛАВА 4. ТРЕХФАЗНЫЕ ЦЕПИ
4.3.Классификацияиспособывключения
втрехфазнуюцепьприемников
Трехфазные цепи бывают четырехпроводные и трехпроводные. Фазы генератора и фазы приемника могут быть соединены по-разному.
Приемники, включаемые в трехфазную цепь, могут быть одофазными и трехфазными. Начала и концы фаз трехфазных приемников обозначают соответственно буквами а, х; b, y; с, z.
Трехфазные приемники могут быть симметричными и несимметричными. У симметричных приемников равны между собой комплексные сопротивления фаз: Z a = Z b = Z c .
У несимметричного приемника нагрузка может быть равномерной, если сопротивления фаз равны между собой по в еличине (по модулю), или однородной, если ϕa = ϕb = ϕc .
4.4.Расчеттрехфазныхцепей
4.4.1.Соединение фаз приемника треугольником
1.Приемник несимметричный.
В схеме замещения электрической цепи, представленной на рис. 4.10, вычислить токи, если известны напряжения генератора и сопротивления фаз приемника.
| A | IA | a |
| |
| EA | Uca |
| Uab | |
| Ica | Z ca Z bc Zab | Iab | ||
EC | N | ||||
c |
| b | |||
|
| EB | Ubc | Ibc | |
|
|
| |||
C |
| B IB |
|
|
IC
Рис. 4.10
В трехфазной цепи различают токи фазные (Iab , Ibc , Ica ) и линейные (I A, IВ, IC ). Фазные токи вычисляют на основании закона Ома по формулам
| Uab |
|
| Ubc |
|
| Uca |
|
Iab = | Z ab | ; | Ibc = | Z bc | ; | Ica = | Z ca | , |
|
|
|
|
|
|
Теоретические основы электротехники. Учеб. пособие | -97- |
ГЛАВА 4. ТРЕХФАЗНЫЕ ЦЕПИ
4.4. Расчет трехфазных цепей
|
|
|
|
|
|
где Uab ,Ubc | и Uca – комплексы напряжений на фазах приемника, а |
Z ab , Z bc , Z ca | – комплексные сопротивления фаз. |
При соединении фаз приемника треугольником напряжения на его фазах равны линейным напряжениям генератора (рис. 4.10), поэтому
| U AB |
|
| U BC |
|
| UCA |
|
Iab = | Z ab | ; | Ibc = | Z bc | ; | Ica = | Z ca | . Сопротивлением линейных проводов при |
|
|
|
|
|
|
этом пренебрегают.
Затем вычисляют линейные токи по уравнениям, составленным на основании первого закона Кирхгофа для узлов а, b, с:
I A = Iab − Ica ; IB = Ibc − Iab ; IC = Ica − Ibc .
Из этих уравнений следует, что геометрическая сумма векторов линейных токов равна нулю: I A + IB + IC = 0 .
| IC | A a |
|
|
|
– | -Ibc | ϕca |
|
|
|
|
|
|
| ||
| Ica |
|
|
|
|
|
| UAB | – | -Ica |
|
| UCA |
|
|
|
|
|
|
| ϕ | Iab | IA |
|
|
|
| ||
|
|
| ab |
|
|
| C c ϕ | UBC |
| B b |
|
|
|
|
| ||
| bc |
|
|
|
|
Ibc
–IB -Iab
Рис. 4.11
Топографическая диаграмма и векторная диаграмма токов изображены на рис. 4.11. Вид векторной диаграммы токов зависит от характера нагрузки фаз приемника. Самой распространенной на практике является нагрузка ак-
Теоретические основы электротехники. Учеб. пособие | -98- |
ГЛАВА 4. ТРЕХФАЗНЫЕ ЦЕПИ
4.4. Расчет трехфазных цепей
тивно-индуктивная. В этом случае вектор тока отстает от соответствующего вектора напряжения на угол ϕ, больший 0 , но меньший 90 .
Построение начинают с топографической диаграммы напряжений генератора (см. рис. 4.9, а, б). Далее строят топографическую диаграмму напряжений приемника. Если сопротивлением линии пренебрегаем, то потенциалы точек А и а, В и b, С и с одинаковы. Поэтому топографическая диаграмма приемника совпадает с топографической диаграммой генератора. Затем проводят векторы фазных токов под соответствующими углами к векторам фазных напряжений. Векторы линейных токов строят как геометрическую разность векторов токов тех двух фаз приемника, которые соединяют с данным линейным проводом. Удобнее вектор линейного тока получить как сумму вектора фазного тока, являющегося уменьшаемым, и вектора, противоположного вычитаемому фазному току (рис. 4.11).
Возможен другой способ построения векторной диаграммы токов, представленный на рис. 4.12.
|
| A a |
|
| Ica | ϕca |
|
|
|
| UAB |
| UCA |
|
|
IA | Ica | Iab | IB |
|
| ||
|
|
| ϕab |
|
| Ibc | Iab |
C c | ϕbc |
| B b |
| IC | UBC | |
|
| ||
|
|
|
Ibc
Рис. 4.12
Векторы фазных токов переносят в центр треугольника напряжений. Векторы линейных токов получают как геометрические разности соответст-
Теоретические основы электротехники. Учеб. пособие | -99- |
ГЛАВА 4. ТРЕХФАЗНЫЕ ЦЕПИ
4.4. Расчет трехфазных цепей
вующих фазных токов.
2. Приемник симметричный.
У симметричного приемника комплексные сопротивления фаз равны между собой: Z ab = Z bc = Z ca , поэтому токи в фазах равны между с обой по
|
|
|
|
| 2π | . Доста- | |
величине и сдвинуты относительно друг друга по фазе на 120 | 3 |
| |||||
|
|
|
|
|
|
| |
точно вычислить по закону Ома ток только одной фазы: |
|
|
| ||||
Iab = | Uab | = | U AB | . |
|
|
|
Z ab |
|
|
|
| |||
|
| Z ab |
|
|
| ||
Токи двух других фаз вычисляют, используя значение тока Iab :
Ibc = Iab e− j120 ; Ica = Iab e j120 .
Комплексы линейных токов определяют как разности комплексов соответствующих фазных токов.
Векторно-топографическая диаграмма при симметричной нагрузке изображена на рис. 4.13. Из диаграммы видим, что линейные токи по величине равны между собой и сдвинуты относительно друг друга по фазе на
угол 120 . Линейный ток по величине в 3 раз превышает фазный:
Iл = 3 Iф.
A a
UAB
UCA
IA
|
| Iab |
|
|
|
| Ica | IB |
|
|
|
| ab | |
|
| Ibc |
| I |
|
| ϕab |
| |
C c | UBC | IC |
| B b |
|
|
| ||
|
| Рис. 4.13 |
|
|
Векторы линейных токов I A , IB , IC | отстают по фазе соответственно от | |||
Теоретические основы электротехники. Учеб. пособие | -100- | |||
ГЛАВА 4. ТРЕХФАЗНЫЕ ЦЕПИ
4.4. Расчет трехфазных цепей
векторов фазных токов Iab , Ibc и Ica на угол 30 .
Вычислив фазный ток Iab , можно записать значения всех линейных токов следующим образом:
|
|
| − j30 |
|
| − j120 |
|
| j120 | . |
| ||||||||||
IA = | 3Iab e |
| ; IB = IA e |
| ; IC = IA e |
| ||||
Если нужно вычислить только величины токов, расчет производят по формулам
| Uфп |
| U | лг ; |
|
|
| |
Iф = | = | Iл = 3 Iф . | ||||||
Zф |
| |||||||
|
| Zф |
|
|
| |||
4.4.2.Соединение звездой четырехпроводной
снейтральным проводом, обладающим сопротивлением
1.Приемник несимметричный.
Схема замещения анализируемой цепи представлена на рис. 4.14.
|
| A |
| IA |
|
| a |
|
| EA |
| UA | Z nN | Za | Ua |
| |
EC | N |
| InN | I | a | n |
| |
|
| Zc |
| Z b | ||||
|
|
| EB |
|
| Ic Ib | ||
|
|
|
|
|
|
| ||
C | U U | B | c | U |
| Ub | b | |
| C | B |
| IB | c |
|
| |
|
|
|
|
|
|
| ||
IC
Рис.4.14
По известным значениям напряжения генератора и сопротивлений фаз приемника нужно вычислить фазные и линейные токи, а также ток в нейтральном проводе, соединяющем нейтральные точки генератора и приемника.
Из схемы видим, что при соединении фаз звездой фазные и линейные токи соответственно равны между собой, например, I A = Ia .
Трехфазные цепи являются разновидностью цепей синусоидального тока, поэтому для их расчета пригодны все методы, применяемые в однофазных цепях. Анализируемую схему можно рассматривать как схему с двумя узлами (N и n) и рассчитать токи в ней методом напряжения между двумя
Теоретические основы электротехники. Учеб. пособие | -101- |
ГЛАВА 4. ТРЕХФАЗНЫЕ ЦЕПИ
4.4. Расчет трехфазных цепей
узлами.
Напряжение между нейтральными точками генератора и приемника можно вычислить по формуле
|
|
|
|
|
|
| UnN = | Y U | A | +Y U | B | +Y U | C |
| |||||
|
|
|
|
|
|
|
|
| a |
| b | c | , | ||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
| Y a +Y b +Y c +Y nN |
| |||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |||||||
где Y a | = |
| 1 | , Y b = | 1 | , Y c = |
| 1 |
|
| – комплексные проводимости фаз приемни- | ||||||||
|
| Z b | Z c |
|
| ||||||||||||||
|
| Z a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| ||||||
ка; Y nN = | 1 | – комплексная проводимость нейтрального провода. | |||||||||||||||||
Z nN
Линейные и равные им соответственно фазные токи можно определить по закону Ома для активной ветви:
I A = Ia = Y a (U A −UnN ); IB = Ib = Y b (U B −UnN );
IC = Ic = Y c (UC −UnN ).
Выражения в скобках являются разностью потенциалов между началами (а, b, с) и концами (n) фаз приемников, т. е. фазными напряжениями при-
емника. Например, Ua = −UnN +U A . Поэтому уравнения можно переписать в виде
I A = Ia = Y a Ua ; IB = Ib = Y b Ub ; IC = Ic = Y c Uc .
Ток в нейтральном проводе можно вычислить по закону Ома для пассивной ветви или по первому закону Кирхгофа:
InN = Y nN UnN = Ia + Ib + Ic .
Топографическую диаграмму строят в два этапа:
Этап 1. Построение топографической диаграммы напряжений генератора (см. рис. 4.7).
Этап 2. Построение топографической диаграммынапряжений приемника. Напряжение – разность потенциалов между двумя точками. Если известна картина распределения потенциалов различных точек схемы на комплексной плоскости, то, соединив две соответствующие точки, можно получить вектор нужного напряжения. Если сопротивлением линии пренебрегают, то на схеме замещения начала фаз генератора и приемника коротко соединены между собой. Тогда потенциалы их будут одинаковы, точки А и а, В и b, С и с на комплексной плоскости совпадают. Между нейтральными точ-
ками генератора N и приемника n возникает напряжение UnN .
Точка n на комплексной плоскости смещена относительно точки N. По-
Теоретические основы электротехники. Учеб. пособие | -102- |
ГЛАВА 4. ТРЕХФАЗНЫЕ ЦЕПИ
4.4. Расчет трехфазных цепей
этому напряжение UnN называют напряжением смещения нейтрали. Точку n
получим, построив вектор UnN (рис. 4.15). Соединив точки, соответствующие началам и концам фаз приемника, получим векторы фазных напряжений приемника Ua , Ub и Uc . Система фазных напряжений приемника несимметрична. Линейные напряжения не показаны, чтобы не усложнять рисунок.
A a
| Ua | IA |
|
| UA |
|
|
| UnN | ϕa | IB |
N |
| ||
| ϕ | n ϕb |
|
UC | c |
| InN |
UB |
| ||
Uc | Ub |
| |
|
| ||
C c |
| B b |
|
IC
Рис. 4.15
Векторная диаграмма токов зависит от нагрузки. Построим векторную диаграмму для схемы замещения цепи, представленной на рис. 4.16.
Векторы фазных токов строят из точки n в зависимости от нагрузки в фазах. В фазе а нагрузка активно-индуктивная, поэтому ток I A отстает от
напряжения Ua на угол ϕа . Напомним, что угол ϕa является аргументом комплексного сопротивления фазы.
Токи IB и IC опережают напряжения Ub и Uc соответственно на углы
ϕb и ϕc .
Теоретические основы электротехники. Учеб. пособие | -103- |
Соотношение между линейными и фазными токами и напряжениями — Студопедия.Нет
Напряжение между линейным проводом и нейтралью (Ua, Ub, Uc) называется фазным. Напряжение между двумя линейными проводами (UAB, UBC, UCA) называется линейным. Для соединения обмоток звездой, при симметричной нагрузке, справедливо соотношение между линейными и фазными токами и напряжениями:
Различие в присоединении электродвигателя по указанным схемам состоит в соединении концов обмоток. В схеме «звезда», все окончания обмоток соединяются вместе, а в схеме «треугольник» завершение одной с началом следующей. При соединении по первой схеме («звезда») питание подаётся на начала обмоток статора, а при второй – на места соединения разных обмоток между собой. При соединении звездой к точке соединения всех концов обмоток рекомендуется присоединять нейтраль источника питания. Это делается для компенсации возможной асимметрии амплитуды различных питающих фаз, которая может быть из-за разного индуктивного сопротивления каждой из обмоток.
Если сопротивления Za, Zb, Zc потребителя равны между собой, то такую нагрузку называют симметричной.
Напряжение между линейным проводом и нейтралью (Ua, Ub, Uc) называется фазным. Напряжение между двумя линейными проводами (UAB, UBC, UCA) называется линейным. Для соединения обмоток звездой, при симметричной нагрузке, справедливо соотношение между линейными и фазными токами и напряжениями: Uл = 2Uф cos 30°,Iл = IФ
Различие в присоединении электродвигателя по указанным схемам состоит в соединении концов обмоток. В схеме «звезда», все окончания обмоток соединяются вместе, а в схеме «треугольник» завершение одной с началом следующей. При соединении по первой схеме («звезда») питание подаётся на начала обмоток статора, а при второй – на места соединения разных обмоток между собой. При соединении звездой к точке соединения всех концов обмоток рекомендуется присоединять нейтраль источника питания. Это делается для компенсации возможной асимметрии амплитуды различных питающих фаз, которая может быть из-за разного индуктивного сопротивления каждой из обмоток.
Если сопротивления Za, Zb, Zc потребителя равны между собой, то такую нагрузку называют симметричной.
Напряжение между линейным проводом и нейтралью (Ua, Ub, Uc) называется фазным. Напряжение между двумя линейными проводами (UAB, UBC, UCA) называется линейным. Для соединения обмоток звездой, при симметричной нагрузке, справедливо соотношение между линейными и фазными токами и напряжениями: Uл = 2Uф cos 30°,Iл = IФ
Соединение трёхфазной системы « треугольником».
Трёхфазная система электроснабжения — частный случай многофазных систем электрических цепей, в которых действуют созданные общим источником синусоидальные ЭДС одинаковой частоты, сдвинутые друг относительно друга во времени на определённый фазовый угол. В трёхфазной системе этот угол равен 2π/3 (120°).
Многопроводная (шестипроводная) трёхфазная система переменного тока изобретена Николой Теслой. Значительный вклад в развитие трёхфазных систем внёс М. О. Доливо-Добровольский, который впервые предложил трёх- и четырёхпроводную системы передачи переменного тока, выявил ряд преимуществ малопроводных трёхфазных систем по отношению к другим системам и провёл ряд экспериментов с асинхронным электродвигателем. Экономичность передачи электроэнергии на значительные расстояния. Меньшая материалоёмкость 3-фазных трансформаторов. Меньшая материалоёмкость силовых кабелей, так как при одинаковой потребляемой мощности снижаются токи в фазах (по сравнению с однофазными цепями).Уравновешенность системы. Это свойство является одним из важнейших, так как в неуравновешенной системе возникает неравномерная механическая нагрузка на энергогенерирующую установку, что значительно снижает срок её службы.
Возможность простого получения кругового вращающегося магнитного поля, необходимого для работы электрического двигателя и ряда других электротехнических устройств. Двигатели 3-фазного тока (асинхронные и синхронные) устроены проще, чем двигатели постоянного тока, одно- или 2-фазные, и имеют высокие показатели экономичности.
Возможность получения в одной установке двух рабочих напряжений — фазного и линейного, и двух уровней мощности при соединении на «звезду» или «треугольник».
Возможность резкого уменьшения мерцания и стробоскопического эффекта светильников на люминесцентных лампах путём размещения в одном светильнике трёх ламп (или групп ламп), питающихся от разных фаз.
Благодаря этим преимуществам, трёхфазные системы наиболее распространены в современной электроэнергетике. Звездой называется такое соединение, когда концы фаз обмоток генератора (G) соединяют в одну общую точку, называемую нейтральной точкой или нейтралью. Концы фаз обмоток потребителя (M) также соединяют в общую точку. Провода, соединяющие начала фаз генератора и потребителя, называются линейными. Провод, соединяющий две нейтрали, называется нейтральным. Шины для раздачи нулевых проводов (синяя) и проводов заземления(зеленая).Трёхфазная цепь, имеющая нейтральный провод, называется четырёхпроводной. Если нейтрального провода нет — трёхпроводной.
Треугольник — такое соединение, когда конец первой фазы соединяется с началом второй фазы, конец второй фазы с началом третьей, а конец третьей фазы соединяется с началом первой.
Для соединения обмоток треугольником, при симметричной нагрузке, справедливо соотношение между линейными и фазными токами и напряжениями:
Основная статья: Маркировка кабеля. Проводники, принадлежащие разным фазам, маркируют разными цветами. Разными цветами маркируют также нейтральный и защитный проводники. Это делается для обеспечения надлежащей защиты от поражения электрическим током, а также для удобства обслуживания, монтажа и ремонта электрических установок и электрического оборудования. В разных странах маркировка проводников имеет свои различия. Однако многие страны придерживаются общих принципов цветовой маркировки проводников, изложенных в стандарте Международной Электротехнической Комиссии МЭК 60445:2010.
Нормы на перекос фаз
Перекос фаз явление в электротехнике встречающееся довольно часто. Практики хорошо знакомы с ним и знают его последствия. А вот причина негативных его проявлений далеко не всем понятна.
Кабельная линия, проверка на перекос фаз
Сначала давайте определимся в терминах. Речь идет о разнице напряжений, между фазами в трехфазной сети или фазными и нулевым проводником в той же трехфазной цепи. Под перекосом мы будем понимать различие этих напряжений.
Напомним, что любая трехфазная цепь может быть выполнена с «глухо заземлённой нейтралью» либо с «изолированной нейтралью». Первая имеет три фазных проводника и, так называемый, нулевой провод. Вторая только три фазных проводника. Соответственно, потребители в первой цепи могут быть соединены как в треугольник, так и на звезду. Во второй только в треугольник. В сети 380/220 В с глухо заземлённой нейтралью потребители, в подавляющем большинстве случаев, подключены по схеме «звезда». Это относится как к асинхронным двигателям, так и к «осветительным нагрузкам». О таких случаях мы будем вести речь в дальнейшем. Сделаем одно замечание. Сопротивление питающих линий является конечным, носит омический характер и должно учитываться при расчете трехфазной цепи.
Так называемый перекос фаз, является отклонением от нормальной разницы между мгновенными значениями линейных напряжений, либо результатом изменения фазового угла между линейными напряжениями. Последний случай можно исключить из рассмотрения, так как он встречается крайне редко.
Когда мы определились с терминами можно перейти к рассмотрению вопроса по существу. И тут становиться всё просто. Предположим, что все нагрузки у нас осветительные. Под этим термином понимают активные нагрузки, например в виде ламп накаливания. Ещё, предположим, что к одной из фаз подключено лампочек значительно больше чем к остальным. Токи, протекающие через них, по законам Кирхгофа будут протекать не только через нулевой проводник но, и через других потребителей. В результате падение напряжения на потребителях других фаз неизбежно вырастет. Это и вызывает перекос фаз.
Щит электрический, питающий кабель, проверка на перекос фаз
Все это можно объяснить и через напряжения. Большой ток одной из фаз создает небольшое, но вполне реальное падение напряжения в нулевом проводе. Это напряжение сдвинуто на угол 120о относительно других фаз. Поэтому напряжение, приложенное к их нагрузкам, является суммой фазного напряжения и напряжения на нулевом проводе.
Крайним случаем перекоса фаз является однофазное замыкание на «землю». В этом случае токи короткого замыкания будут протекать и через потребителей, питающихся от двух других фаз что, неизбежно, вызовет перенапряжение в них.
Ещё одним из случаев того же порядка является обрыв нулевого провода. При этом также нарушается баланс токов в нагрузках. Напряжения в сети могут изменяться крайне непредсказуемо, в зависимости от величины нагрузки на каждую из фаз. Практики знают, что напряжения в бытовых розетках, в этих условиях могут достигать даже линейных значений. Ещё перекос фаз возникает при обрыве одного из фазных проводников. Такой режим называется неполнофазным.
В любом случае перекос фаз ведёт к экономическим потерям, связанным с протеканием токов в нулевом проводнике. В теоретических основах электротехники (ТОЭ) для таких расчётов вводят понятия токов прямой, обратной и нулевой последовательностей.
Ещё раз. Существенное увеличение тока одной из фаз трехфазной сети, потребители которой соединены в звезду, незамедлительно ведёт за собой увеличение напряжения на нагрузках других фазных проводов. При этом напряжение перегруженной фазы относительно нулевого провода понижается. Чем это чревато? У ламп накаливания значительно сокращается срок службы либо светоотдача, у асинхронных двигателей, подключенных к такой сети, ухудшается КПД. В конце концов, повышенное напряжение может вывести из строя электронные приборы.
Ещё одно негативное явление это появление гармоник высших порядков при питании различных электрических машин от несбалансированной сети. Речь идет о двигателях, трансформаторах и генераторах. Это связанно с процессами, протекающими в их магнитопроводах. Гармоники высших порядков часто вызывают сбои в работе электронного оборудования. Поэтому при проектировании электрических сетей необходимо равномерно распределять нагрузки по фазам. Своды правил по проектированию считают предельным разброс нагрузок в 30% в распределительных щитках, а для вводных распредустройств 15%.
Какие требования предъявляются к перекосу фаз нормативными документами? Основным документом, определяющим качество электроэнергии, является ГОСТ 13109-97. Его требования выражаются в терминах нулевых и обратных последовательностей. Не уверены, что стоит грузить читателя столь сложными материями.
Конечно, выявить перекос фаз не сложно с помощью простейших приборов не прибегая к посторонней помощи. Но провести анализ причин перекоса фаз, выработать конкретные рекомендации по его устранению могут только профессиональные специалисты. Наша электролаборатория выполняет любые электротехнические измерения. Мы прошли государственную аккредитацию и имеем соответствующие документы. Мы с радостью поможем решить ваши проблемы.
Похожие статьи
| Поддержите наш проект, поделитесь ссылкой! |
Соединение обмоток генератора звездой — Знаешь как
При соединении звездой к началам обмоток генератора А , В, С присоединяются линейные провода. Концы обмоток X, У, Z соединяются в узел, называемый нейтралью генератора, или нулевой точкой. К этой точке присоединяется нейтральный провод (рис. 6-4).
Напряжение между началом и концом фазы называется фазным напряжением и обозначается Ua,Ub или Uс, а в общем виде Uф. Фазное напряжение будет и между каждым из линейных проводов и нейтральным проводом.
Если пренебречь падениями напряжения в обмотках генератора, то фазные напряжения будут равны фазным э.д.с.
Напряжения между началами обмоток (или между проводами, присоединенными к ним) называются линейным и напряжениями и
обозначаются Uab, UВС или Uca, а в общем виде Uл.
Конец первой фазы X соединен не с началом второй фазы, а с концом ее Y, вследствие чего мгновенное значение линейного напряжения между проводами А и В равно не сумме, а разности соответствующих напряжений
Рис. 6-4. Схема соединения обмоток генератора звездой.
uАВ= иА — иВ
Аналогично мгновенные значения других линейных напряжений
uВС = иВ — ис и uCА = иA
Рис. 6-5. Векторная диаграмма напряжений трехфазной цепи.
Фазные и линейные напряжения изменяются синусоидально, поэтому соотношение между действующими значениями этих величин можно определить из векторной диаграммы (рис. 6-5).
Векторы фазных напряжений Uа, Ub и Uс повернуты друг относительно друга на 120°. Для нахождения вектора линейного напряжения Uab к вектору фазного напряжения Uа прибавляют повернутый на 180°вектор напряжения Ub. Аналогично вектор линейного напряжения Ubc находят как разность векторов напряжений
Ub и Uс и вектор напряжения UCА как разность векторов Uс и UА.
Восстановив перпендикуляр из середины вектора линейного напряжения, например UbС получим прямоугольный треугольник OHM (рис, 6-5), из которого следует, что
Uл = √3Uф
Таким образом, при соединений звездой при симметричной системе фазных напряжений действующее значение линейного напряжения в √ 3 раз больше действующего значения фазного напряжения. Кроме того,: как следует из векторной диаграммы (рис. 6-5), линейное напряжение Uab на 30° опережает фазное напряжение UA и на такие же углы линейные напряжения UВС и UСА опережают соответствующие фазные напряжения UB и UС. Звезда векторов линейных напряжений повернута на угол 30° в направлении, обратном движению часовой стрелки, относительно звезды векторов фазных напряжений.
Пример 6-1. Определить фазное напряжение генератора, обмотки которого соединены звездой, если линейное напряжение 380 в:
Uф = Uл/√ 3 = 380/√ 3 = 380/1,73 = 220 в.
Статья на тему Соединение обмоток генератора звездой
Напряжение между фазой и нейтралью— перевод на французский — примеры английский
Эти примеры могут содержать грубые слова на основании вашего поиска.
Эти примеры могут содержать разговорные слова, основанные на вашем поиске.
Фазное напряжение (или напряжение между фазой и нейтралью ) — это напряжение, измеренное на одной катушке.
Для каждой фазы создается напряжение между фазой и нейтралью за счет виртуального заземления.
Выпрямитель: он преобразует фазу в напряжение нейтрали сети переменного тока в напряжение постоянного тока с помощью полностью управляемого моста IGBT.
Восстановитель: преобразовать напряжение , , фазу , нейтраль , альтернативное напряжение, продолжить в соответствии с моей системой управления IGBT.фазовые смещения, представленные каждым из этих токов с соответствующим напряжением между фазой и нейтралью , не должны отличаться друг от друга более чем на 2º, независимо от коэффициента мощности.
les déphasages présentés par chacun de ces courants avec la étoilée натяжения , соответствующие не разные переходы eux de plus de 2º quel que soit le facteur de puissance.Для счетчиков с 21/2 звездочкой и с 3 элементами номинальное напряжение составляет фазное напряжение .
ТАБЛИЦА 2 КУРАНТОВ D’ESSAI POUR WATTHEUREMÈTRES INDUCTION DÉSIGNATION COURANT% DU MAXIMUM DE (POUR LES COMPTEURS ÉVALUÉS A LA GAMME) Évaluationmin .Примечание: однофазная нагрузка трехфазного счетчика должна пониматься как нагрузка, связанная с одним напряжением фаза-нейтраль четырехпроводной системы (одна из которых является нейтральной) или однофазным напряжением трехфазного -проводная система (без нейтрали).
Remarque: La charge monophasée d’un compteur triphasé doit s’entendre Com n’intéressant qu’une seule напряженное состояние в системе quatre conducteurs (dont un Neutre) или в единственном напряжении, составленном в un systducteme à trois нейтра).фазовые смещения, представленные каждым из этих токов с соответствующим напряжением между фазой и нейтралью , не должны отличаться друг от друга более чем на 2º, независимо от коэффициента мощности.
les déphasages présentés par chacun de ces courants avec la étoilée натяжения , соответствующие не разные переходы eux de plus de 2º quel que soit le facteur de puissance.Примечание: однофазная нагрузка трехфазного счетчика должна пониматься как нагрузка, связанная с одним напряжением фаза-нейтраль четырехпроводной системы (одна из которых является нейтральной) или однофазным напряжением трехфазного -проводная система (без нейтрали).
Remarque: La charge monophasée d’un compteur triphasé doit s’entendre Com n’intéressant qu’une seule напряженное состояние в системе quatre conducteurs (dont un Neutre) или в единственном напряжении, составленном в un systducteme à trois нейтра).Здесь вы узнаете, как автоматически, легко и бесплатно преобразовать напряжение Linea в Linea в напряжение Linea в Neutro, для большего удобства в нашем случае слово Phase похоже на Linea.
У нас также есть формула, которая используется при расчете напряжения между фазой и нейтралью, шаги для перехода от напряжения линия-линия к напряжению фаза-нейтраль со многими иллюстрированными примерами и таблицей с основным линейным напряжением. преобразование в Line-Neutral.
Формула напряжения фаза-фаза-нейтраль:
- В LN = Вольт фаза-нейтраль.
- В LL = Линейно-линейное напряжение.
Как преобразовать фазовое напряжение в фазо-нейтральное всего за 1 шаг:
Шаг 1:
Это очень просто, вам нужно только разделить напряжение между линией (фазой). -Phase) между корнем 3 (√3).Пример: один конденсаторный кондиционер имеет напряжение фаза-фаза 480 В, чтобы узнать напряжение фаза-нейтраль конденсатора, просто разделите 480 В на √3, получится следующее: 480 В / √3, в результате получится 277 В.
Примеры преобразования напряжения фаза-фаза в напряжение фаза-нейтраль:
Пример 1:
Линейное напряжение на штамповочном станке составляет 240 Вольт, сколько вольт линейно-нейтраль имеет штамповочный станок? .
Ответ: // Чтобы узнать напряжение линейной нейтрали пресса, линейное напряжение, разделенное на три, необходимо разделить следующим образом: V LN = 240 В / √3, что даст 138 вольт нейтрали. Линия.
Пример 2:
Промышленный высекальный пресс имеет фазо-фазное напряжение 600 В, какое будет напряжение между фазой и нейтралью, которое будет у этой машины?
Ответ: // Решение простое, вам нужно всего лишь разделить 600 Вольт между корнем из 3 следующим образом: V LN = 600 В / √3 = 346 Вольт фаза-нейтраль.
Пример 3:
Кофейная мельница имеет линейное напряжение 13200 Вольт, какое линейное и нейтральное напряжение будет иметь мельница?
Ответ: // Чтобы узнать ответ, вам нужно только разделить линейное напряжение между √3 по формуле V LN = 13200V / √3, получив в результате: 7621Voltios Linea-Neutro.
Таблица преобразования напряжения фаза-фаза в напряжение фаза-нейтраль:
| Сколько межфазного напряжения составляет | Эквивалентное напряжение фаза-нейтраль | ||
| Вольт Эквивалентно 110 В фазо-нейтраль | |||
| 208 В FF | 120 В FN | ||
| 220 В FF | 127 В FN | ||
| 230 В FF | 133 В FF | 133 В 901 | 139 Вольт FN |
| 380 Вольт FF | 219 Вольт FN | ||
| 400 Вольт FF | 231 Вольт FN | ||
| 415 Вольт FF | 9013240 Вольт FF | 9013240 Вольт 254 Вольт FN | |
| 460 Вольт FF | 266 Вольт FN | ||
| 480 Вольт FF | 277 Вольт FN 9013 3 | ||
| 500 Вольт FF | 289 Вольт FN | ||
| 600 Вольт FF | 346 Вольт FN | ||
| 4160 Вольт FF | 2402 Вольт FN | ||
| 13200 Вольт FF | 7621 Вольт FN | ||
| 15000 Вольт FF | 8660 Вольт FN | ||
| 34500 Вольт FF | 19919 Вольт FN | 33198 Вольт FN | |
| 66000 Вольт FF | 38105 Вольт FN | ||
| 115000 Вольт FF | 66395 Вольт FN |
калькулятор:
Первое и единственное, что вы должны сделать, это вставить напряжение в линию, которую вы хотите преобразовать, затем нажмите на кнопка конвертировать и вперед.
Однофазный трехпроводной:
Также известна как система Эдисона, разделенная или нейтральная фаза с центральным впуском. Это наиболее распространенная услуга по проживанию в Северной Америке. Линия 1 к нейтрали и линия 2 к нейтрали используются для питания нагрузок на 120 вольт освещения и электрических розеток. Линия 1 — линия 2 используется для питания однофазных нагрузок на 240 В, таких как водонагреватель или кондиционер. Глаза эти линии в данном случае не эквивалентны Фазам, это нити, а не Фазы или линии.
Трехфазная звезда-звезда:
Наиболее распространенная коммерческая строительная электрическая сеть в Северной Америке — это звезда 120/208 вольт, которая используется для питания 120-вольтовых розеток, освещения и небольших систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.
В более крупных установках напряжение составляет 277/480 В и используется для подачи напряжения фаза-нейтраль 277 В для освещения и более высоких нагрузок HVAC. В западной Канаде чаще встречается напряжение 347/600 В.
Трехфазный трехпроводной, треугольник:
Он в основном используется на промышленных объектах для обеспечения питания нагрузок трехфазных двигателей и распределительных сетей.Номинальное рабочее напряжение составляет 240, 400, 480, 600 и выше.
Calificar converter de Voltaje Linea-Linea a Linea-Neutro: [kkstarratings]
LT Настройка источника напряжения, не зависящего от специй ｜ Spiceman
LTspice требует настройки источника сигнала при моделировании.
В этой статье мы сосредоточимся на том, как настроить независимый источник напряжения для анализа.
Типы анализа см. В следующей статье.
Как открыть «Независимый источник напряжения»
Настройки источника сигнала могут быть выполнены на экране «Независимый источник напряжения».
1
Щелкните «Компонент» на панели инструментов экрана редактора схем.
2
Выберите «Разное» и нажмите «ОК» или дважды щелкните «Разное».
3
Выберите «сигнал» и нажмите «ОК» или дважды щелкните «сигнал».
4
После размещения «сигнала» на схеме щелкните правой кнопкой мыши, чтобы открыть экран редактирования.
5
Откроется экран «Независимый источник напряжения», в котором можно установить источник сигнала.
Настройки независимых источников тока
Хотя в этой статье описывается, как настроить «Независимый источник напряжения», вы также можете настроить «Независимый источник тока».
Общие настройки
В «Независимый источник напряжения», «Значение постоянного тока», «Анализ слабого сигнала переменного тока (. AC)» и «Паразитные свойства» можно установить в «Общих настройках».
Значение постоянного тока
| Настройка | Пояснение |
|---|---|
| Значение постоянного тока | Значение постоянного напряжения |
※ Это может быть установлено, только когда в «Функция» выбрано «Нет».
Анализ малых сигналов переменного тока (.AC)
| Настройка | Пояснение |
|---|---|
| Амплитуда переменного тока | Амплитуда сигнала AD |
| Фаза переменного тока | Фаза сигнала переменного тока |
※ Устанавливается при моделировании анализа переменного тока (.ас).
Паразитарные свойства
| Настройка | Пояснение |
|---|---|
| Сопротивление серии [Ом] | Значение последовательного сопротивления |
| Параллельная емкость [F] | Значение параллельной мощности |
Функции
нет (сигнал постоянного тока)
| Настройка | Пояснение |
|---|---|
| Значение постоянного тока | Значение постоянного напряжения |
ИМПУЛЬС
| Настройка | Пояснение |
|---|---|
| Vinitial [V] | НИЗКОЕ значение напряжения |
| Фон [V] | ВЫСОКОЕ значение напряжения |
| Задержка [с] | Время задержки от 0 до начала работы |
| Trise [s] | Время нарастания с НИЗКОГО на ВЫСОКОЕ |
| Tfall [s] | Время падения с ВЫСОКОГО на НИЗКОЕ |
| Тонн [с] | время ВЫСОКОГО уровня |
| Tпериод [с] | Время одного цикла |
| Nциклов | Счетчик повторов (непрерывный вывод, если не ввод) |
СИНУС
| Настройка | Пояснение |
|---|---|
| Смещение постоянного тока [В] | Значение напряжения смещения |
| Амплитуда [В] | Амплитуда напряжения |
| Частота [Гц] | Частота колебаний |
| Задержка [с] | Время задержки от 0 до начала работы |
| Тета [1 / с] | Коэффициент демпфирования |
| Фи [град] | Разность фаз |
| Nциклов | Счетчик повторов (непрерывный вывод, если не ввод) |
EXP (Экспоненциальная пульсовая волна)
| Настройка | Пояснение |
|---|---|
| Vinitial [V] | НИЗКОЕ значение напряжения |
| Впульс. [В] | Максимальное значение ВЫСОКОГО уровня |
| Задержка нарастания [В] | Время задержки до нарастания сигнала |
| Подъем Тау [с] | Постоянная времени нарастания сигнала |
| Задержка падения [с] | Время задержки до спада формы сигнала |
| Fall Tau [s] | Постоянная времени спада формы волны |
SFFM (FM волна)
| Настройка | Пояснение |
|---|---|
| Смещение постоянного тока [В] | Значение напряжения смещения несущей |
| Амплитуда [В] | Амплитуда синусоидальной несущей |
| Несущая частота [Гц] | Несущая частота |
| Индекс модуляции | Индекс модуляции |
| Частота сигнала [Гц] | Частота сигнала |
PWL (Piece Wise Liner wave)
| Настройка | Пояснение |
|---|---|
| раз [с] | н раз |
| значение [В] | Значение напряжения в момент времени |
ФАЙЛ PWL (ввод волнового файла PWL)
ECE 449 — Лаборатория 3: Измерение последовательности фаз
Цели
Чтобы понять последовательность фаз трехфазного источника питания и изучить методы измерения последовательности фаз данного источника питания.
Prelab
Прочтите эксперимент. Проанализируйте схему на Рисунке 6 для емкости 50 мкФ и нескольких значений R (R = | X c |, R = | X c | / 2 и R = 2 | X c |), чтобы определите, что дает вам наибольшую разницу в величине Vbn на рисунке для двух различных фазовых последовательностей, abc и acb. Вы будете использовать значения R (R = | X c |, R = | X c | / 2 и R = 2 | X c |) и C = 50 мкФ на рис.6 метода 3.
Оборудование
- Блок определения последовательности фаз (в лаборатории)
- 3-фазный Variac (в лаборатории)
- Блок конденсаторов
- Тележка с резистивной нагрузкой или переменный резистор / реостат
- Коаксиальный кабель (от BNC к BNC — выписка на складе (SR))
- Силовой лабораторный бокс с кабелями и измерителем Fluke (SR)
Фон:
При наличии трехфазного источника напряжения на трех проводах a , b и c .Если осциллограмма напряжения провода a имеет номер 1, как показано на рис. 1, какая форма сигнала представляет напряжение провода b ? Если этот сигнал имеет номер 2 на рис. 1, то последовательность напряжений будет abc . Это вращение по часовой стрелке или прямая последовательность с формой волны 1, нашим «эталонным» источником напряжения для фазового угла (0o), тогда форма волны 2 будет иметь фазовый угол -120o (запаздывание 120o или опережение 240o), а форма волны 3 — угол — 240o (или 120o вперед).Если, с другой стороны, у нас есть представление на рис. 2, то последовательность будет acb с вращением против часовой стрелки или обратной последовательностью. Теперь форма сигнала 2 будет впереди 120o впереди 1 вместо запаздывания, а 3 будет еще на 120o впереди 2. Вы изучите несколько способов определения последовательности фаз.
Рис.1 Трехфазные осциллограммы с последовательностью 123, источник (1).
Рис.2 Трехфазные осциллограммы с последовательностью 321, источник (2).
Направление вращения многофазных асинхронных и синхронных двигателей зависит от чередования фаз приложенных напряжений. Кроме того, два ваттметра в методе двух ваттметров для измерения трехфазной мощности меняют свои показания при изменении последовательности фаз, даже если система сбалансирована. На величину различных токов и компонентных напряжений в сбалансированных системах не влияет изменение чередования фаз.
Если в системе несимметричный фазовая последовательность приложенных напряжений обратная, определенные токи ответвления изменяются по величине, а также по фазе, хотя общие генерируемые ватты и переменные остаются неизменными.
На практике желательно, а иногда и необходимо знать последовательность фаз трехфазной энергосистемы. Например, при параллельном подключении 2 трехфазных трансформаторов, если предполагается неправильная последовательность, результат может быть катастрофическим.Последовательность фаз также определяет направление вращения асинхронных двигателей.
Есть много возможных способов определения последовательности. Для определения чередования фаз можно использовать ваттметр. Можно подключить трехфазную индуктивную нагрузку и использовать ваттметр таким образом, чтобы I a проходил через токовую катушку ваттметра, тогда показания ваттметра будут пропорциональны либо cos (30 + phi), либо cos ( 30 — фи) в зависимости от того, подается ли на катушку напряжения V12 или V13.Другие методы, обсуждаемые ниже, зависят от явлений несбалансированной многофазной цепи.
Метод 1
Один из методов определения последовательности фаз основан на направлении вращения асинхронных двигателей. Это называется Вращающийся тип . Трехфазный источник питания подключен к тому же количеству катушек, создающих вращающееся магнитное поле, и это вращающееся магнитное поле создает вихревую ЭДС во вращающемся алюминиевом диске.
Эта вихревая ЭДС создает вихревой ток на алюминиевом диске, из-за взаимодействия вихревых токов с вращающимся магнитным полем создается крутящий момент, который заставляет алюминиевый диск вращаться. Вращение диска по часовой стрелке указывает последовательность как a b c , а вращение диска против часовой стрелки указывает на изменение последовательности фаз ( a c b ).
В другом методе используется осциллограф, как в схеме на рис. 3.
Блок определения последовательности фаз
Рис. 3. Использование осциллографа для определения последовательности фаз n-фазного источника.
Метод 2
Как правило, любой несбалансированный набор импедансов нагрузки может использоваться в качестве устройства проверки последовательности фаз напряжения. Эффекты, вызываемые изменением последовательности фаз, могут быть определены теоретически, и когда отмечается эффект, свойственный одной последовательности, этот эффект может использоваться для обозначения последовательности фаз системы.
Распространенным типом схемы для проверки последовательности фаз в трехфазных системах является несимметричная схема, показанная ниже
Рис. 4. Схема определения чередования фаз с использованием 2 ламп и индуктора.
Если лампа a ярче, чем лампа b, последовательность фаз линейного напряжения составляет ab, bc, ca. Если лампа b ярче лампы a, чередование фаз ab, ca, bc.
Схема на рис.5 (взято из Интернета, но источник больше не существует) использует конденсатор вместо катушки индуктивности на рис. 4.
Рис. 5. Электрическая цепь и векторная диаграмма для определения чередования фаз на проводах источника, помеченных 123.Если лампа S ярче, чем лампа T , то последовательность фаз фазных напряжений будет RST . Если лампа T ярче, чем лампа S , последовательность фаз будет RTS .
Метод 3
Еще одно устройство проверки последовательности напряжения может быть выполнено с использованием схем, показанных на рис. 5. Ток, измеряемый вольтметром, должен быть незначительным по сравнению с током через X и R.
Цепь RL
Цепь RC
Рис. 6. Цепи RL и RC для определения
фаза
последовательность.
Процедура
Вы должны выполнить измерения по каждому из трех методов, описанных выше, чтобы определить последовательность фаз и позволить проверить результат расчетами. Как правило, вам нужно знать все напряжения и токи в каждой из ветвей схемы для методов 2 и 3.
Метод 1
Проверьте последовательность фаз на своем стенде, используя схему на рис. 3.
- Подключите три фазы и нейтраль от Variac к детектору последовательности фаз.
- Подключите выход детектора последовательности фаз (BNC) к осциллографу.
- Установите осциллограф на срабатывание по линии переменного тока.
- Отрегулируйте Variac на 20 В LN .
- Вы должны увидеть на осциллографе сигнал, подобный изображенному на рис. 3, установив потенциометры на разные уровни.
- Сохраните форму сигнала для этой последовательности фаз и для других возможностей, поменяв местами любые два провода за раз.Обязательно отключайте питание каждый раз, когда меняете местами провода.
Метод 2
- Настройте схему, подобную показанной на рис. 5, для определения полного сопротивления каждой части схемы. (Обратите внимание, что сопротивление лампы, измеренное омметром, значительно отличается от сопротивления во время работы. Это связано с изменением удельного сопротивления в зависимости от температуры.) Помните, вам придется измерять и записывать напряжения и токи. через три элемента нагрузки (лампы и реактивный элемент) на следующих этапах для использования в расчетах.
- Подайте 208 В LL от 3-фазного вариатора к вашей цепи без конденсатора. Какая лампа самая яркая?
- Подайте на схему 5 различных значений емкости. Запишите и измерьте напряжения и токи на элементах на каждом этапе. Отключите питание цепи.
- Поменяйте местами любые два провода питания вашей цепи. Подайте питание и повторите шаг (3).
Метод 3
- Организуйте установку схем, показанных на рисунке 6, с конденсатором.
- Подключите цепь, используя R = | Xc |.
- Подайте напряжение 208 ВЛН от 3-фазного вариатора к вашей цепи.
- Запишите и измерьте V и , V bn , V cn , I ac , а также мощности (S, Q и P), протекающие в вашей цепи между клеммами A-n и C-n .
- Отключить питание и поменять местами фазы A и C . Измерьте V и , V bn , V cn , I ac и мощности (S, Q и P) для этой последовательности фаз на клеммах A-n и C-n .
- Повторите шаги с 3 по 5 с новыми значениями R = | Xc | / 2 и R = 2 | Xc | в схеме рисунка 6.
Анализ
- Предположим, что обе лампы имеют сопротивление, равное среднему их рабочему сопротивлению в цепи. Выполните следующее для схемы на рис. 4 или на рис. 5. Вызовите ток, поступающий на клеммы ABC (по направлению к C (или L) и лампам) IA, IB, IC. Напишите KVL, чтобы получить три уравнения для напряжений: VAB, VBC и VCA в терминах трех токов.Поскольку эти напряжения известны и считаются сбалансированными, у вас есть три уравнения с тремя неизвестными. Используя KCL в узле с меткой n, можно легко уменьшить количество неизвестных до двух и использовать только два уравнения KVL. Некоторым этот подход может показаться более простым. Третий подход заключается в использовании принципа суперпозиции для определения напряжения в центральном узле и от него напряжений на каждом элементе и отдельных токов. Очевидно, что третий подход — моделировать схему в мульти-симуляторе.Вы можете выбрать любой метод определения ожидаемых токов, напряжений и мощности в каждой лампочке для предполагаемой последовательности фаз, чтобы подтвердить, как работает эта схема (см. Раздел отчета). Если вам нужна дополнительная помощь, спросите своего инструктора. Вы можете найти полезные подсказки в следующем операторе, подобном Matlab:
- Цепи на рис. 6 решить значительно проще.После определения последовательности фаз вы можете записать VA, VB и VC. Затем рассчитайте VAC и IAC. Исходя из этого, вы можете рассчитать напряжение в узле с меткой n и, следовательно, Vbn для каждой из двух возможных последовательностей фаз.
V_rs = (-j / Xc) Ir — Rs * Is
V_tr = (j / Xc) Ir + Rt * It
V_st = -Rt * It + Rs * Is
В_ст = 1; V_tr = a ^ 2; V_rs = a; V = [а; а ^ 2; 1];
Z = [-j / Xc -Rs 0; j / Xc 0 Rt; 0 Rs –Rt];
Функция [Ir, Is, It] = последовательность (a, Xc, Rs, Rt)
Отчет
Ваш отчет должен включать:
- Объяснение того, как работает метод 1.
- Показать и указать последовательность фаз сохраненных сигналов
- Объясните, как работает схема на рис. 3 и как она позволяет определять последовательность фаз.
- Фазорные диаграммы для двух используемых вами схем (метод 2 и 3) по крайней мере для одной последовательности.
- Почему нельзя определить последовательность фаз в методе 2 без конденсатора?
- Рассчитанные вами значения мощности, рассеиваемой каждой лампочкой в цепи, используемой для метода 2 для одной из последовательностей фаз.
- Ожидаемое В млрд для вашей схемы на рисунке 6 для каждой из последовательностей фаз, а также потребляемой мощности и VARS.
- Как соотносятся поток мощности и VARS для двух последовательностей фаз для схемы на рисунке 6? Объясните свое наблюдение о потоке мощности и VARS.
- В дополнение к этому анализу, вы должны включить обычные элементы, аннотацию, процедуру, данные, анализ и выводы.
Библиография
1- http://www.ibiblio.org/kuphaldt/electricCircuits/AC/AC_10.html по лицензии Design Science License.
Микроволны101 | Фазовращатели
Щелкните здесь, чтобы узнать о компромиссе между TDU и фазовращателями (новинка мая 2019 года!)
На рисунке выше показан микрополосковый фазовращатель, изобретенный Робертом Фельзенхельдом примерно в 1969 году.В то время как другие были на Вудстоке, купаясь нагишом и наблюдая, как Алан Уилсон из Canned Heat выкрикивает «Вверх по стране», Фелсенхельд работал в ITT в Натли, штат Нью-Джерси, и писал этот патент. То, что осталось от ITT Nutley, теперь является частью Harris, если вам нравится следить за старыми табличками с именами. Фазовращатель представляет собой четырехразрядный цифровой блок, использующий переключаемые последовательные линии. Вероятно, это обеспечивает большую истинную временную задержку, чем постоянный сдвиг фазы по частоте, но вам нужно будет проанализировать, какие эффекты нагрузки тракта ACB оказываются на основном тракте, когда включены диоды CR1 и CR8.Одна забавная вещь в изображении заключается в том, что рисовальщик не понял, что конденсаторы C6, C7, C8 и C9 должны быть шунтированы с линиями смещения диода постоянного тока, а не последовательно. Эти конденсаторы необходимо заземлить, чтобы сформировать ВЧ-заземления, которые блокируют выход сигнала из линий управления. В то время не было деталей для поверхностного монтажа, поэтому у конденсаторов с осевыми выводами (возможно, 10 или 100 пФ) один вывод был бы припаян к дорожке, а другой проходил бы через просверленное отверстие в плате и припаял к задней стороне (с выводами обрезать как можно короче!) Также можно было бы сделать ВЧ заземление с помощью четвертьволнового шлейфа разомкнутой цепи, чтобы избежать необходимости сверлить отверстие.Спасибо Уильяму за вопрос, как можно подключить конденсаторы. Фельзенхельд окончил колледж Лафайет и основал производственную компанию; он скончался в 2015 году. Алан Уилсон (Canned Heat) умер в 1970 году в возрасте 27 лет после передозировки барбитуратов. Инженеры обычно живут намного дольше музыкантов, что позволяет IEEE предлагать членам более низкие взносы по страхованию жизни. Эй, это почти похоже на то, что они платят нам за рекламу!
Ниже приводится краткое описание всего нашего материала по фазовращателям.Этот сборник материалов — лучший бесплатный ресурс для фазовращателей на планете, и он продолжает улучшаться.
Если вы хотите купить фазовращатель, воспользуйтесь инструментом поиска фазовращателя (по всем радиочастотам).
На этой странице у нас:
Фон фазовращателя
Сравнение цифровых и аналоговых фазовращателей
Активные и пассивные фазовращатели
МЭМС-фазовращатели (будьте осторожны …)
Другие микроволновые печи 101 страницы с фазовращателем включают:
Важная характеристика фазовращателей (рекомендуем сначала прочитать это!)
Типы фазовращателей
Фазовращатели с коммутационной линией (линией задержки)
Фазовращатели с фильтром
Фазовращатели верхних / нижних частот
Таблица для расчета фазовращателя высоких / низких частот
Фазовращатели с переключаемым фильтром (так называемый бит Кэмпбелла-Брауна)
Фазовращатели с нагрузкой
Сегнетоэлектрические фазовращатели
Фазовращатели отражения
Гибридные фазовращатели на 180 градусов (например, rat-races)
Квадратурные гибридные фазовращатели
Варакторные фазовращатели
180 битов отражения с использованием PIN-диодов
Фазовращатели с использованием циркуляторов (скоро)
Фазовращатели Schiffman
МЭМС фазовращатели
Относится к фазовращателям
Истинная выдержка времени
Блоки задержки времени (TDU)
Векторные модуляторы
Расчет ошибки RMS
СКО амплитудные и фазовые ошибки (включает аттенюаторы и фазовращатели)
Среднеквадратичная ошибка фазы фазовращателя
Среднеквадратичная ошибка амплитуды фазовращателя
Примеры конструкции фазовращателя
Моделирование фазовращателя с несколькими состояниями в ADS
компании AgilentМоделирование фазовращателя с несколькими состояниями, часть II
Пример данных фазовращателя 1
Примеры фазовращателей MMIC
Пример 1: Шестибитный фазовращатель AMTL в S-диапазоне
Пример 2: шестибитный фазовращатель Marconi в C-диапазоне
Пример 3: Hittite HMC543 Фазовращатель X-диапазона
Пример управления питанием: Qorvo TGP1439
Применение фазовращателей
Преобразователи частоты
Фазированные решетки
SSPA (см. Раздел о фазовых ошибках)
Измерение остаточного фазового шума (скоро)
Некоторый фон фазовращателя
Фазовращатели используются для изменения фазового угла передачи (фазы S21) двухпортовой сети и обладают четырьмя важными характеристиками.Первый — вносимые потери (или усиление). В идеале фазовращатели обеспечивают низкие вносимые потери во всех фазовых состояниях. В то время как потери в фазовращателе часто преодолеваются с помощью каскада усилителя, фазовращатели с меньшими вносимыми потерями требуют меньшего усиления и меньшей мощности для преодоления потерь. Вторая важная характеристика — фазовращатели имеют одинаковую амплитуду для всех фазовых состояний. Многие системы, использующие фазовращатели, не должны испытывать изменений амплитуды уровня сигнала при изменении фазовых состояний.Третья важная характеристика состоит в том, что большинство фазовращателей являются взаимными схемами. Это означает, что они эффективно работают с сигналами, проходящими через них в любом направлении. Эти три характеристики используются для описания электрических характеристик фазовращателей. Четвертая характеристика — обеспечивают ли они плоскую фазу в зависимости от частоты или истинную задержку по времени. Узнайте больше об этой важной характеристике фазовращателей.
Другими важными характеристиками любого микроволнового устройства являются его полезная полоса пропускания и управляемая мощность; мы не называли их, поскольку они не относятся к фазовращателям.Об одном примере использования фазовращателя читайте здесь.
Фазовращатели могут управляться электрически, магнитно или механически. Большинство фазовращателей, описанных на этом веб-сайте, представляют собой пассивные взаимные сети с электронным управлением
Несмотря на то, что микроволновые фазовращатели применяются во множестве случаев, возможно, наиболее важным из них является система фазированной антенной решетки (также известная как электрически управляемая антенная решетка или ESA). В этих системах фазы большого количества антенных элементов регулируются, чтобы заставить электромагнитную волну суммироваться под определенным углом к решетке.Именно для этого в модули TR часто встраивают фазовращатели. Общее изменение фазы фазовращателя должно составлять всего 360 градусов для управления ESA с умеренной полосой пропускания. Сети, которые растягивают фазу более чем на 360 градусов, часто называют битами временной задержки или истинными временными задержками (часть TDU), и они построены аналогично коммутируемым фазовращателям линий, которые описаны ниже.
До недавнего времени цифровой фазовращатель обычно представлял собой GaAs MMIC, состоящий из пассивных обратных цепей.Сегодня схемы векторного модулятора, разработанные на кремнии, составляют некоторую конкуренцию GaAs. Векторные модуляторы могут быть или не быть пассивными взаимными цепями, но в кремниевой реализации их стоимость не связана с добавлением усилителей (что сделало бы векторный модулятор активным и невзаимным).
Сравнение аналоговых и цифровых фазовращателей
Когда мы говорим «цифровой» фазовращатель, мы все равно говорим об аналоговой электронике. Не запутайтесь, думая, что вы можете отправить поток единиц и нулей по шине данных, контролировать их фазу и что-то делать.Цифровые в случае фазовращателей означают устройства с двумя состояниями, в которых состояния имеют разные фазы вставки на микроволновых частотах.
Фазовращателямиможно управлять с помощью аналоговых сигналов или цифровых битов. Аналоговые фазовращатели обеспечивают плавно регулируемую фазу, чаще всего регулируемую напряжением. Аналоговые фазовращатели с электрическим управлением могут быть реализованы с помощью варакторных диодов, которые изменяют емкость в зависимости от напряжения, или нелинейных диэлектриков, таких как титанат бария-стронция, или сегнетоэлектрических материалов, таких как железо-иттриевый гранат.Аналоговый фазовращатель с механическим управлением — это на самом деле просто механически удлиненная линия передачи, часто называемая линией тромбона. Аналоговые фазовращатели использовались в радиолокационных системах, а в последнее время — для наклона (поворота) антенн, используемых в базовых станциях сотовой связи.
Большинство фазовращателей имеют цифровое управление, поскольку они более устойчивы к шумам в линиях управления напряжением. Цифровые фазовращатели обеспечивают дискретный набор фазовых состояний, которые управляются фазовыми битами с двумя состояниями.«Бит наивысшего порядка равен 180 градусов, следующий по величине — 90 градусов, затем 45 градусов и т. Д., Так как 360 градусов делятся на меньшие и меньшие двоичные шаги. Трехразрядный фазовращатель будет иметь младший бит 45 градусов (LSB ), в то время как шестибитный фазовращатель будет иметь наименьший значащий бит на 5,6 градуса. Технически последний случай будет иметь младший значащий бит 5,625 градуса, но в мире микроволн лучше игнорировать точность, которую вы не можете получить. Если вы не можете понять На этом этапе вы можете подумать о другой карьере, например о бухгалтерском учете.
Кто-то спросил нас об относительных преимуществах аналоговых и цифровых фазовращателей. Ниже приведен список двух рассматриваемых нами технологий: дискретный варакторный диод (аналоговый) и MMIC (с цифровым управлением). У нас нет ссылки на эту информацию, она основана на личных наблюдениях. Не стесняйтесь использовать Microwaves101 в качестве эталона для исследований торговли фазовращателями.
Преимущества аналогового фазовращателя
- Меньшие убытки
- Более низкая стоимость деталей (но чувствительна к вариациям сборки)
Преимущества цифрового фазовращателя
- Помехоустойчивость на линиях управления
- Более равномерная производительность, от единицы к установке
- Возможность достижения плоской фазы в широкой полосе пропускания
- Менее подвержены вытягиванию фазы при встраивании в сети, не полностью согласованные по импедансу
- Легче собрать
- Потенциально более высокая мощность и линейность
В конвенции последовала за фазовращателей является то, что самая короткая длина фазы является опорным или «выключено» состояние, а самый длинный путь или длина фазовой это состояние «включено».Таким образом, фазовращатель на 90 градусов фактически обеспечивает сдвиг фазы на минус девяносто градусов во включенном состоянии.
Активные и пассивные фазовращатели — историческая перспектива
В одной из первых схем MMIC с фазовращателем использовались полевые транзисторы с двумя затворами, поэтому они были невзаимными. Вы можете узнать об этом здесь:
Vorhaus, J. L. и др. , «Монолитный двухзатворный GaAs FET цифровой фазовращатель», IEEE транзакции по теории и методам микроволнового излученияМТТ-30, № 7, июль 1982 г.
С помощью активного фазовращателя можно было бы противодействовать потере элементов фазового сдвига и исключить каскад усилителя. Кажется, стоит изучить, правда?
В 1980-х годах идея активного фазовращателя быстро отпала, потому что пассивный обратный фазовращатель более универсален и требует меньшего количества переключателей SPDT для маршрутизации сигналов передачи и приема через фазовращатель.
Забавно, что за последние десять лет все больше и больше архитектур модулей TR используют схему «общей ветви», которая включает управление фазой.Из-за этого одно преимущество пассивного фазовращателя больше не имеет значения. Кажется, это лишь вопрос времени, когда кто-нибудь заново изобрёт активный фазовращатель в TR-модуле. Возможно, это уже произошло, просто пришлите нам ссылку, и мы разместим ее здесь.
Важное замечание об активных фазовращателях … вы должны учитывать как коэффициент усиления, так и коэффициент шума вашего фазовращателя, когда вы анализируете производительность следующей более высокой сборки. В статье Форхауса не сообщалось о коэффициенте шума его активного фазовращателя 1982 года.
МЭМС фазовращатели
С момента появления RF MEMS было потрачено около миллиарда долларов, чтобы попытаться разработать фазовращатель с низкими потерями, который позволил бы использовать PESA, и изобретатели сделали бы убийство. Вначале казалось возможным, что трехбитный фазовращатель в Ka-диапазоне можно сделать с потерями в 1 дБ. Затем начались темные века МЭМС, когда выяснилось, что надежность является серьезной проблемой, и, таким образом, родилось МЭМС Древо горя, и все участники убрали аббревиатуру со своих визитных карточек.Совсем недавно обещания были уменьшены до, может быть, 2,5 дБ потерь для трех битов в Ka-диапазоне и 2 дБ для X-диапазона. Этот уровень потерь означает «игра окончена» для фазовращателей MEMS.
Мы будем следить за технологиями, и на днях сделаем о них страницу с контентом.
Другое
Если вам известны какие-либо топологии фазовращателей, не описанные на одной из наших страниц фазовращателей, которые следует описать здесь, напишите нам, и мы добавим ваши знания в эту главу! Хотите подарить фотографию разработанного вами фазовращателя? Отправьте его нам, и мы сможем получить ваши 15 минут славы, если решим разместить его на этой странице
Ознакомьтесь с тем, что предлагает Википедия по фазовращателям, это тонкий выбор… они действительно ссылаются на нас, но не рассматривают нас как «ссылку».