Фазы переменного тока: Что такое фазы переменного тока? Быстрое объяснение для гуманитариев. | Электромозг

Содержание

Что такое фазы переменного тока? Быстрое объяснение для гуманитариев. | Электромозг

Рисуя в тетрадке цветочки на уроке физики вы наверняка краем уха слышали какую-то дичь от учителя, что, типа, если рядом с проволокой провести одним из полюсов магнита, в проволоке возникнет электрический ток. Если провести другим полюсом магнита, ток в проволоке потечёт в другом направлении. Да, именно так и вырабатывается электричество на электростанциях.

За счёт течения реки (гидроэлектростанция) или выхода пара под давлением (атомная электростанция) происходит раскручивание огромного магнита. Рядом с магнитом в районе прохождения его полюсов при вращении, неподвижно расположена та самая проволока, где возникает электрический ток… нет, даже три проволоки, закреплённые треугольником по разные стороны от вращающегося магнита! Для компактности все эти проволоки смотаны в катушки.

Когда первый полюс магнита подходит к первой катушке, ток в ней начинает возрастать. В это время во второй катушке ток уже идёт на спад, потому что по мере приближения к первой катушке, этот полюс магнита отдаляется от второй. В третьей катушке в это время ток идёт уже в обратном направлении, потому что рядом с ней в это время проходит противоположный полюс магнита. Магнит вращается со скоростью 50 герц (оборотов в секунду).

Все три катушки одним концом соединены между собой. От этого места идёт нулевой провод. От трёх оставшихся концов катушек идут фазные провода, в которых величина напряжения циклически меняется от положительного максимума до отрицательного.

Если мы измерим напряжение на каждой катушке (т.е. между фазой и нулём), мы получим 230 вольт. Если измерим между фазами — получим 400 вольт, потому что когда на одной фазе напряжение максимально, и течёт в одну сторону, то по двум другим фазам ток течёт (уже или ещё) в другую сторону (что даёт напряжение противоположного знака). Разность между напряжениями разных знаков на разных фазах больше, чем максимальное напряжение между одной фазой и нулём.

Почему ток генерируют в три фазы, а не в две или четыре? Потому что это минимальное количество фаз, нужное для наиболее экономичной работы электродвигателей. Однофазные, двухфазные или четырёхфазные электродвигатели менее экономичны и более сложны конструктивно.

Изменение напряжения в трёх фазах во времени можно показать схематично:

Синусоиды напряжения в трёхфазной сети

Синусоиды напряжения в трёхфазной сети

В сети 325 вольт, а не 230!

Внимательный читатель, наверное, уже заметил, что в приведённом выше графике значение напряжения всех трёх фаз меняется в диапазоне от −325 до +325 вольт, а не от −230 до +230 вольт. Но почему? Мы ведь точно знаем, что в сети 230 вольт!

Дело в том, что 230 Вольт — это т.н. среднеквадратичное (эффективное, действующее) значение. То есть, если волны синусоиды превратить из плавных в прямоугольные, растянув их в верхней части в ширину за счёт уменьшения высоты пиков, то пики как раз провалятся до значения 230 вольт, превратившись в плоские макушки прямоугольников одинаковой ширины. Электроплитка, запитанная что синусоидами 325 вольт, что прямоугольниками 230 вольт, будет нагреваться одинаково.

При электрических расчётах учитывать форму синусоиды было бы слишком сложным. Поэтому для упрощения все расчёты ведутся так, как будто синусоида квадратная, что позволяет до безобразия упростить расчёт.

Пересчёт амплитуды напряжения в среднеквадратичное значение выполняется по формуле: 325 * (1 / √2) ≈ 230 вольт. Также из среднеквадратичного напряжения одной фазы легко получить среднеквадратичное напряжение между фазами: 230 * √3 ≈ 400 вольт. Напомню, что в тот момент, когда на одной фазе напряжение максимально, и находится в одной полярности, на двух других фазах оно одинаково, не в максимуме, и имеет обратную полярность. Это хорошо видно на графике. Поэтому разница между напряжениями фаз, с одной стороны, больше, чем между фазой и нулём, а с другой стороны, меньше, чем 230 + 230.

Почему 230 и 400 а не 220 и 380?

Раньше напряжение было действительно 220 и 380 вольт, но в 1992 году был введён новый ГОСТ 29322-92, устанавливающий повсеместный переход на напряжение 230 и 400 вольт, который должен был полностью закончиться к 2003 году.

Кстати, по расчётным нормам, напряжение к концу линии не должно падать более 5%. А это как раз 230 − 5% ≈ 220 вольт. То есть, чем ближе потребитель к трансформатору, тем ближе напряжение в его розетках к положенным 230 вольтам, а чем дальше от трансформатора, тем ближе к 220 вольтам. Фактически же из-за неравномерной нагрузки или плохого нуля напряжение может отличаться от расчётных, но по нормам ГОСТ 29322-2014 не должно превышать 10% (т.е. может колебаться от 207 до 253 вольт).

Таким образом, теперь 220 и 380 вольт — это просто минимальные расчётные значения напряжения линии.

Поставьте «лайк», подпишитесь на мой канал, оставьте комментарий, и мне будет приятно! 😉

Фаза переменного тока — рабочие таблицы электрических цепей

Фаза переменного тока

Электрические цепи переменного тока

Вопрос 1

Если бы мы выражали последовательные напряжения постоянного тока в виде фазоров (стрелки, указывающие на определенную длину и конкретное направление, графически выражающие величину и полярность электрического сигнала), как бы мы их нарисовали таким образом, чтобы общее (или результирующие ) фазоры точно выражали полное напряжение каждой пары, связанной последовательно »// www. beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00493×01.png»>

Если бы мы назначили значения угла каждому из этих фазоров, что бы вы предложили?

Показать ответ

В правой цепи, где два источника напряжения противоположны, один из фазоров будет иметь угол 0 o, а другой будет иметь угол 180 o .

Заметки:

Phasors — это не что иное, как расширение знакомой «числовой линии», которую большинство студентов видят в течение их лет начального образования. Важное различие здесь состоит в том, что фазоры являются двумерными величинами, а не одномерными, как скалярные числа.

Использование степеней для измерения углов должно быть хорошо знакомо даже тем, кто не имеет сильной математической основы. Например, что это означает, когда скейтбордер или трюк-велосипедист «делает 180 -дюймовую панель панели панелей« панель »по умолчанию« itemscope>

вопрос 2

Рассчитайте общее напряжение этих последовательно соединенных источников напряжения:

Показать ответ

Это вопрос «трюк», поскольку с уверенностью можно предсказать только общее напряжение источников постоянного тока.

Недостаточно информации для расчета общего переменного напряжения для двух последовательно подключенных источников переменного тока!

Заметки:

Обсудите с вашими учениками точно, почему полное напряжение двух последовательно соединенных источников переменного тока не может быть определено, учитывая небольшую информацию о них. Возможно ли, чтобы их полное напряжение составляло 8 В переменного тока, точно так же, как последовательные источники постоянного тока «панель панелей панелей панелей по умолчанию»,

Вопрос 3

Используя компьютер или графический калькулятор, нарисуйте сумму этих двух синусоидальных волн:

Как вы думаете, сумма 1-вольтовой (пиковой) синусоидальной волны и синусоидальной волны с напряжением 2 вольта будет, если обе волны отлично синфазны друг с другом? # 3 «> Показывать ответ Скрыть ответ

Заметки:

Графические калькуляторы — отличные инструменты для использования для изучения таких событий. В гораздо меньшем времени, чем потребовалось бы, чтобы запечатлеть третью синусоидальную волну, студенты могут увидеть синусоидальную сумму для себя.

Вопрос 4

Используя компьютер или графический калькулятор, нарисуйте сумму этих двух синусоидальных волн:

Подсказка: вам нужно будет ввести уравнения в ваше устройство построения, которое выглядит примерно так:

y1 = sin x

y2 = 2 * sin (x + 90)

y3 = y1 + y2

Примечание: второе уравнение предполагает, что ваш калькулятор настроен для вычисления тригонометрических функций в единицах углов градусов, а не радиан . Если вы хотите построить эти же формы сигналов (с тем же показателем фазы), используя радианы в качестве единицы измерения угла, вы должны ввести второе уравнение следующим образом:

y2 = 2 * sin (x + 1, 5708)

Показать ответ

Последующий вопрос: обратите внимание, что сумма волны 1 вольта и волна 2 вольта не равна 3-вольтовой волне! Объяснить, почему.

Заметки:

Графические калькуляторы — отличные инструменты для использования для изучения таких событий. В гораздо меньшем времени, чем потребовалось бы, чтобы запечатлеть третью синусоидальную волну, студенты могут увидеть синусоидальную сумму для себя.

Дело в том, чтобы заставить студентов задуматься о том, как синусоидальные напряжения могут не складываться, как можно было бы ожидать. Это очень важно, поскольку это указывает на то, что простые арифметические процессы, такие как сложение, не будут такими же простыми в цепях переменного тока, как и в цепях постоянного тока, из-за фазового сдвига. Не забудьте подчеркнуть этот момент для ваших учеников.

Вопрос 5

Специальные типы векторов, называемых фазорами, часто используются для описания величины и фазовых сдвигов синусоидальных напряжений и токов переменного тока. Предположим, что следующие фазоры представляют собой суммарное сечение двух переменного напряжения, одно с величиной 3 вольта, а другое с величиной 4 вольта:

Объясните, что представляет собой каждая из следующих графических диаграмм в электрических терминах:

Также объясните значение этих сумм: мы можем получить три разных значения полного напряжения (7 вольт, 1 вольт или 5 вольт) от тех же последовательно соединенных напряжений переменного тока.

Что это значит для нас, когда мы готовимся анализировать цепи переменного тока, используя правила, которые мы изучили для схем постоянного тока «# 5»> Показать ответ Скрыть ответ

Каждая из фазовых диаграмм представляет собой два переменного напряжения, добавляемых вместе. Пунктирный фазор представляет собой сумму сигналов 3 вольта и 4 вольта для разных условий фазового сдвига между ними.

Обратите внимание, что эти три возможности не являются исчерпывающими! Существует множество других возможных суммарных напряжений, которые могут создавать источники 3-вольтного и 4-вольтового типов.

Последующий вопрос: в цепях постоянного тока допускается параллельное подключение нескольких источников напряжения до тех пор, пока напряжения (величины) и полярности будут одинаковыми. Это также верно для AC? Почему или почему нет?

Заметки:

Не забудьте обсудить со своими учениками, что эти три условия не являются единственными возможными условиями! Я просто выбрал 0 o, 180 o и 90 o, потому что все они приводили к округлым суммам для данных величин.

В следующем вопросе рассматривается важный вопрос, касающийся фазы переменного тока: необходимая синхронизация или параллельные источники переменного напряжения.

Вопрос 6

При рисовании диаграмм фазора существует стандартизированная ориентация для всех углов, используемых для обеспечения согласованности между диаграммами. Эта ориентация обычно ссылается на набор перпендикулярных линий, таких как оси x и y, которые обычно видны при графике алгебраических функций:

Пересечение двух осей называется началом, а прямой по горизонтали — это определение нулевых степеней (0 0 ). Таким образом, на диаграмме будет выглядеть фазор с величиной 6 и углом 0 o :

Нарисуйте диаграмму с величиной 10 и углом 100 градусов на приведенной выше диаграмме, а также фазор с величиной 2 и углом -45 градусов. Назовите, какие направления 90

o, 180 o и 270 o будут указывать на той же диаграмме.

Показать ответ

Заметки:

Графическая бумага, линейка и транспортир могут быть полезны для ваших учеников, когда они начинают рисовать и интерпретировать диаграммы фазора. Даже если они не имеют никаких предварительных знаний о тригонометрии или фазорах, они все равно должны иметь возможность графически представлять простые фазово-системы и даже решать возникающие в них фазоры.

Вопрос 7

Что значит добавить два или более фазора вместе, в геометрическом смысле? // www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/02100×01.png «>

Показать ответ

Вот два способа показать одно и то же дополнение:

Последующий вопрос: как бы вы устно объяснили процесс добавления фазоров «замечены скрытые»> Примечания:

Обсудите с вашими учениками, что фазоры также могут быть вычтены, умножены и разделены. Вычитание не слишком сложно для визуализации, но добавление и умножение бросают вызов геометрическому пониманию для многих.

Вопрос 8

Определите сумму этих двух фазоров и нарисуйте диаграмму фазора, показывающую их геометрическое дополнение:

(4 ∠ 0 o ) + (3 ∠ 90 o )

Как может возникнуть такая арифметическая проблема, как это относится к цепи переменного тока?

Показать ответ

(4 ∠ 0 o ) + (3 ∠ 90 o ) = (5 ∠ 36, 87 o )

Заметки:

В этом вопросе очень полезно наглядно изобразить фазоры. Попросите одного из ваших учеников нарисовать диаграмму фазора на доске для всего класса, чтобы наблюдать и обсуждать.

Связь этой арифметической проблемы с цепью переменного тока очень важна для понимания учениками. Одно дело, чтобы учащиеся могли математически манипулировать и комбинировать фазоры, но совсем другое для них, чтобы плавно переходить между операцией фазора и пониманием напряжений и / или токов в цепи переменного тока. Попросите ваших учеников описать, что означает величина фазора (в этом примере — номер 5), если этот фазор представляет переменное напряжение. Попросите ваших учеников описать, что означает угол переменного напряжения, а также (в данном случае 36, 87

o ) для переменного напряжения.

Вопрос 9

Фазоры могут быть символически описаны двумя различными способами: полярная нотация и прямоугольная нотация . Объясните, что означает каждая из этих обозначений, и почему каждый может адекватно описать фазор.

Показать ответ

Полярная нотация описывает фазор по величине (длине) и углу:

Прямоугольная нотация описывает фазор с точки зрения горизонтального и вертикального смещения:

Последующий вопрос: зачем нам писать букву j в прямоугольной форме «заметки скрыты»> Примечания:

При обсуждении значения j может быть полезно объяснить, что такое мнимые числа . Независимо от того, решите ли вы это сделать, это зависит от математической способности и фона ваших учеников.

Вопрос 10

Эти два фазора записываются в форме, известной как полярная нотация . Перепишите их в прямоугольной форме :

Показать ответ

Эти два фазора, записанные в прямоугольной форме, были бы 4 + j0 и 0 + j3 соответственно, хотя математик, вероятно, записывал бы их как 4 + i0 и 0 + i3 соответственно.

Задача вопроса: что представляет собой нижний регистр j или i в математическом выражении?

Заметки:

Обсудите со своими учениками две записи, обычно используемые с фазорами: полярную и прямоугольную . Это всего лишь два разных способа «говорить» одно и то же. Полезной «опорой» для этого обсуждения является комплексная плоскость числа (в отличие от числовой линии — одномерное поле), показывающая «настоящую» и «мнимую» оси в дополнение к стандартным углам (справа = 0 o, left = 180 o, up = 90 o, down = 270 o ). Ваши ученики должны быть знакомы с этим из своих исследований, поэтому один из них нарисовал номерную плоскость на доске для просмотра.

Задача вопроса касается происхождения комплексных чисел, начиная с разграничения «мнимых» чисел как отдельной совокупности величин от «реальных» чисел. Разумеется, инженеры-электрики избегают использования буквы нижнего регистра i, чтобы обозначить «мнимую», потому что ее можно было бы легко путать со стандартной нотой для мгновенного тока i.

Вопрос 11

На этом графике из двух напряжений переменного тока, один из которых является ведущим и какой из них отстает ?

Если 4-вольтовая (пиковая) синусоидальная волна обозначается как фазовая нотация как 4 V ∠ 0 o, как следует обозначить 3-вольтовую (пиковую) форму волны «# 11»> Показывать ответ Скрыть ответ

Форма сигнала 4 вольта (пика) приводит к 3-вольтовой (пиковой) форме волны. И наоборот, 3-вольтовая форма волны отстает от формы сигнала 4 вольта.

Если 4-вольтовая волна обозначается как 4 V ∠ 0 o, тогда 3-вольтовая форма должна быть обозначена как 3 V ∠ -90 o, или 0 — j3 V.

Если 4-вольтовая волна обозначается как 4 V ∠ 90 o (0 + j4 V в прямоугольной форме), то 3-вольтовая форма должна быть обозначена как 3 V ∠ 0 o или 3 + j0 V.

Заметки:

В годы обучения я был удивлен тем, как много студентов борются с определением «ведущих» и «отстающих» сигналов на графике во временной области. Обязательно хорошо обсудите эту тему со своими учениками, определив методы правильного выделения «ведущих» волн из «отстающих» волн.

Этот вопрос также дает студентам хорошую практику, выражающую ведущие и отстающие волны в фазовом представлении. Одна из характеристик фазоров, очевидная в ответе, — относительный характер углов. Обязательно укажите это своим ученикам.

Вопрос 12

Общей особенностью осциллографов является режим X-Y, в котором вертикальные и горизонтальные направления движения приводятся в действие внешними сигналами, а не только вертикальное направление, управляемое измеряемым сигналом, а горизонтальная ось управляется схемой внутренней развертки осциллографа:

Овальная диаграмма, показанная на дисплее с правой стороны осциллографа приведенного выше рисунка, типична для двух синусоидальных сигналов той же частоты, но слегка не в фазе друг с другом. Техническое название этого типа графика X-Y — фигура Лиссажу .

Какова должна быть фигура Лиссажу для двух синусоидальных сигналов, которые имеют точно такую ​​же частоту и точно такую ​​же фазу (фазовый сдвиг 0 градусов между ними)? // www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com /images/quiz/01480×02.png «>

Показать ответ

Задача вопроса: какие фигуры Лиссажу будут построены осциллографом, если сигналы были несинусоидальными «заметками скрыты»> Примечания:

У многих студентов, похоже, есть проблемы с пониманием того, как формируются фигуры Лиссажу. Одной из демонстраций, которые я использую для преодоления этого концептуального барьера, является аналоговый осциллограф и два генератора сигналов, установленных на очень низкие частоты, поэтому учащиеся могут видеть, что «точка» проходит по экрану двумя волнами в замедленном режиме. Затем я ускоряю сигналы и позволяю им видеть, как шаблон Лиссажу становится более «твердым» с постоянством зрения и присущей люминофорной задержкой экрана.

Вопрос 13

Лиссажустые фигуры, нарисованные осциллографом, являются мощным инструментом для визуализации фазового соотношения между двумя формами колебаний. Фактически, имеется математическая формула для расчета величины сдвига фазы между двумя синусоидальными сигналами, учитывая пару измерений размеров фигуры на экране осциллографа.

Процедура начинается с регулировки вертикального и горизонтального регулирования амплитуды так, чтобы фигура Лиссажу пропорциональна: такая же высокая, как и широкая на экране (n). Затем мы убеждаемся, что фигура центрирована на экране, и мы измеряем расстояние между точками перехвата оси x (m), как таковые:

Определите формулу для расчета угла фазового сдвига для этой схемы, учитывая эти размеры. Подсказка: формула тригонометрическая! Если вы не знаете, с чего начать, вспомните, как выглядят соответствующие фигуры Лиссажу для фазового сдвига 0 o и для фазового сдвига на 90 o и работают оттуда.

Показать ответ

Θ = sin -1  м

N

 

Задача вопроса: какая фигура Лиссажу будет нарисована двумя синусоидальными волнами на несколько разных частотах «заметки скрыты»> Примечания:

Это отличное упражнение в обучении студентов тому, как получить уравнение от физических измерений, когда фундаментальная природа этого уравнения (тригонометрическая) уже известна. Они должны уже знать, как выглядят цифры Лиссажу как для 0 o, так и для 90 o, и не должны иметь никакого смысла выяснять, какие значения a и b эти два сценария будут давать, если измерять аналогично на дисплее осциллографа. Остальное просто подгоняет кусочки, чтобы тригонометрическая функция давала правильный угол (ы).

Вопрос 14

Рассчитайте количество сдвига фазы, указанное этой фигурой Лиссажу:

Показать ответ

Θ ≈ 25, 9 o

Заметки:

Этот вопрос — не что иное, как упражнение в интерпретации фигуры Лиссажу.

Вопрос 15

Рассчитайте количество сдвига фазы, указанное этой фигурой Лиссажу:

Показать ответ

Θ ≈ 64, 2 o

Заметки:

Этот вопрос — не что иное, как упражнение в интерпретации фигуры Лиссажу.

Вопрос 16

Рассчитайте количество сдвига фазы, указанное этой фигурой Лиссажу:

Показать ответ

Θ ≈ 34, 5 o

Заметки:

Этот вопрос — не что иное, как упражнение в интерпретации фигуры Лиссажу.

Вопрос 17

Рассчитайте количество сдвига фазы, указанное этой фигурой Лиссажу:

Показать ответ

Θ ≈ 44, 4 o

Заметки:

Этот вопрос — не что иное, как упражнение в интерпретации фигуры Лиссажу.

Вопрос 18

Предположим, что два человека работают вместе, чтобы сдвинуть большую коробку через пол, один нажав с силой 400 ньютонов, а другой — с силой 300 ньютонов:

Результирующая сила усилий этих двух людей на ящике, очевидно, будет суммой их сил: 700 ньютонов (справа).

Что, если человек потянет решает изменить положение и бок о бок по отношению к первому человеку, поэтому сила 400 ньютона и сила 300 ньютона будут перпендикулярны друг другу (сила 300 ньютона, обращенная к странице, вдали от вы) «// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/03278×02.png»>

Показать ответ

Результирующая сила на ящике будет 500 ньютонов.

Заметки:

Это неэлектрическое применение векторного суммирования, чтобы подготовить учащихся к концепции использования векторов для добавления напряжений, которые являются несинфазными. Обратите внимание, как я выбрал несколько кратных значений 3, 4 и 5 для векторных величин.

Вопрос 19

На этой фазовой диаграмме определите, какой фазор ведет и что отстает от другого:

Показать ответ

На этой диаграмме фазор B является ведущим фазором A.

Последующий вопрос: используя транспортир, оцените количество фазового сдвига между этими двумя фазорами.

Заметки:

Может быть полезно вашим ученикам напомнить им о стандартной ориентации фазовых углов в диаграммах фазора (0 градусов вправо, 90 градусов и т. Д.).

Вопрос 20

Уместно ли назначать угол фазора одному напряжению переменного тока, само по себе в схеме «// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00496×01.png»>

Что делать, если в цепи имеется более одного источника переменного напряжения?

Показать ответ

Угловые углы являются относительными, а не абсолютными . Они имеют смысл только там, где есть другой фазор для сравнения.

Углы могут быть связаны с несколькими источниками переменного напряжения в одной и той же схеме, но только если эти напряжения находятся на одинаковой частоте .

Заметки:

Обсудите с вашими учениками понятие «фазовый угол» относительно величин переменного тока. Что именно означает, если напряжение «3 вольта под углом 90 градусов» «панель панелей панели панелей по умолчанию» по умолчанию «itemscope>

Вопрос 21

Определите общее напряжение в каждом из этих примеров, нарисуя фазовую диаграмму, чтобы показать, как общее (результирующее) напряжение геометрически связано с источниковыми напряжениями в каждом сценарии:

Показать ответ

Заметки:

Сначала это может путать учащихся с использованием знаков полярности (+ и -) для переменного напряжения. В конце концов, не меняется ли полярность переменного тока взад и вперед, чтобы постоянно менять «панель панели панели по умолчанию» itemscope>

Вопрос 22

Прежде чем два или более действующих генератора переменного тока (генераторы переменного тока) могут быть электрически соединены, их необходимо синхронизировать друг с другом. Если два генератора переменного тока выходят из «синхронизации» (или не в фазе ) друг с другом, результатом будет большой ток повреждения при отключении разъединителя.

Простым и эффективным средством проверки «синхронизации» перед закрытием разъединителя для генератора переменного тока является включение лампочек параллельно контактам разъединителя, например:

Что должен искать оператор генератора перед закрытием переключателя генератора «# 22»> Показать ответ Скрыть ответ

Тусклые огни указывают на состояние «синфазного» с шиной. Если два генератора переменного тока вращаются на несколько разных скоростях, на яркость лампочек будет гетеродинный эффект: поочередно светлее, затем затемнь, затем снова светлее.

Заметки:

Правильная синхронизация генераторов с напряжением шины — это задача, которая выполнялась исключительно операторами-операторами, но теперь она может выполняться с помощью автоматического управления. Тем не менее, все же важно, чтобы ученики электричества понимали принципы, связанные с синхронизацией генератора, а простой метод световой лампы синхронизации — отличный способ прояснить концепцию.

Обсудите с вашими учениками способы подключения генератора переменного тока к фазе с шиной переменного тока. Если лампочки светятся ярко, что должен сделать оператор, чтобы они были тусклыми?

Также может быть хорошей идеей обсудить с вашими учениками, что происходит, когда два синхронизированных генератора электрически соединены: обе машины становятся «запертыми» вместе, как если бы они были механически связаны, тем самым поддерживая синхронизацию с этой точки вперед.

Вопрос 23

Предположим, что оператор силовой установки должен был принести этот генератор переменного тока в режиме онлайн (подключить его к шине переменного тока) и заметил, что ни один из синхронизирующих огней вообще не горел. Думая, что это необычно, оператор вызывает вас, чтобы определить, что что-то не так с системой. Опишите, что вы сделали бы, чтобы устранить эту проблему.

Показать ответ

Прежде чем приступать к устранению неполадок, сначала попробуйте определить, есть ли что-то не так в этой системе. Может быть, оператор слишком чересчур осторожен или их осторожность оправдывает «заметки скрыты»> Примечания:

Могут быть некоторые ученики, которые предполагают, что в системе нет ничего плохого. Действительно, поскольку тусклые (или темные) огни обычно указывают на синхронизацию, не будет ли присутствие двух тусклых огней, что совершенная синхронизация уже достигнута? Обсудите вероятность этого сценария со своими учениками, чтобы два независимых генератора могли поддерживать идеальную синхронизацию, не будучи вместе взятыми.

Что касается устранения неполадок, этот сценарий имеет большой потенциал для группового обсуждения. Несмотря на то, что существует простое, единственное, вероятное условие, которое может вызвать эту проблему, существует несколько возможных сбоев компонентов, которые могли бы создать условие. У разных студентов, несомненно, будут разные методы решения проблемы. Пусть каждый делится своими взглядами и обсуждает вместе, что будет лучшим подходом.

Вопрос 24

Здесь показаны две синусоидальные волны равной частоты, наложенные на один и тот же график:

Как можно точнее, определите величину сдвига фазы между двумя волнами на основе делений, показанных на графике.

Кроме того, постройте третью синусоидальную волну, которая представляет собой сумму двух приведенных синусоидальных волн. Снова сделайте это как можно точнее, основываясь на делениях, показанных на графике. Чтобы привести пример того, как вы можете это сделать, обратите внимание на следующую иллюстрацию:

Каково максимальное значение результирующей (суммарной) синусоиды «# 24»> Показать ответ Скрыть ответ

Две (оригинальные) синусоидальные волны составляют 90 o вне фазы, одна с пиковым значением 4 вольта, а другая с пиковым значением 3 вольта.

Вместе они добавляют к третьей синусоидальной волне с пиковым значением 5 вольт.

Последующий вопрос: как возможно, что сумма 3 и 4 составляет 5 «заметок скрытых»> Примечания:

Хотя сначала это может показаться трудоемким упражнением, суть этого вопроса заключается в том, чтобы ученики поняли, что сумма двух синусоидальных волн с одинаковой частотой является другой синусоидальной волной. Пиковые значения 3 и 4 вместе с фазовым сдвигом 90 o не были совпадением с моей стороны, когда я писал этот вопрос. Где еще в математике учащиеся видели пример количества 3 и 4, которые объединяются (при 90 градусах), чтобы сделать количество 5?

  • ← Предыдущая работа

  • Индекс рабочих листов

  • Следующая рабочая таблица →

Переменный ток | Мир сварки

 Переменный ток

Переменным током называется такой ток, сила или направление которого (или и то и другое вместе) изменяется во времени.

Токи, изменяющиеся только по величине, называют пульсирующими токами.

Наиболее часто используемся переменный синусоидальный ток (рис.1). Периодические несинусоидальные токи можно с любой степенью точности представить как сумму синусоидальных переменных токов.


Рис.1. Графики изменения переменных ЭДС и тока (синусоидальный закон изменения, φ = 0)

Мгновенные значения переменного синусоидального тока и напряжения выражаются формулами:

  u = U0sin (ωt + φ) 2)

где

I0, U0 наибольшие (амплитудные) значения тока и напряжения;
ω угловая (циклическая) частота тока;
t время;
φ разность фаз между током и напряжением, ω = 2πf
f частота тока.

Действующим (или эффективным) значением переменного тока (I) называют такое значение постоянного тока, который на том же омическом сопротивлении выделяет ту же мощность, что и переменный ток.

В большинстве случаев амперметры и вольтметры показывают действующее значение тока или напряжения (U).

Для синусоидальных токов

  3)

Средняя мощность, выделяемая переменным током в цепи;

Величина cos φ называется коэффициентом мощности.

Индуктивность L в цепи переменного тока действует аналогично сопротивлению, включенному в цепь, т. е. уменьшает силу тока.

Величина индуктивного сопротивления:

Это сопротивление обусловлено возникающей в катушке ЭДС самоиндукции.

Переменный ток в цепи, обладающей только индуктивным сопротивлением, отстает на 90° по фазе от напряжения, которое приложено к цепи.

Емкость в цепи переменного тока пропускает ток (в отличие от постоянного тока). Сопротивление, которое оказывает емкость переменному току, называют емкостным.

Емкостное сопротивление:

  6)

Ток в конденсаторе опережает напряжение на 90°.

При последовательном соединении сопротивления, индуктивности и емкости (рис.2а) полное сопротивление

  7)

Величина Z называется кажущимся сопротивлением (импедансом) в отличие от величины R, которая называется активным сопротивлением.


Рис.2. Последовательный (а) и параллельный (б) резонансные контуры

Амплитуда силы тока в последовательном резонансном контуре:

  8)

где

Q добротность; угол сдвига фаз между током и напряжением определяется из соотношений.
  9)

При RL = Rс φ = 0, сопротивление Z имеет наименьшее значение (рис.3), а ток в цепи имеет наибольшее значение I0 (рис.4).


Рис.3. Изменение индуктивного, емкостного и кажущегося сопротивлений в зависимости от частоты в последовательном резонансном контуре

Рис.4. Зависимость тока в последовательном резонансном контуре от частоты. Кривые рассчитаны по формуле (8). По осям отложены относительные значения I/I0 и ω/ω0

Это явление называется последовательным электрическим резонансом. При резонансе напряжения на индуктивности и на емкости равны друг другу по величине, но противоположны по фазе; отношение напряжения на конденсаторе UC (или UL) к напряжению U, приложенному к контуру, равно ω0L/R = 1/ω0CR = Q. Эта величина называется добротностью контура; ω0 в этом выражении является резонансной частотой, определяемой из условия RL = RC. При добротностях контура Q >> 1 напряжения на индуктивности и емкости могут быть значительно больше приложенного напряжения U: UL = UC = QU. Поэтому это явление иначе называется резонансом напряжений.

При параллельном включении емкости и индуктивности с сопротивлением (рис.2б) кажущееся сопротивление

  10)

а сдвиг фаз определяется из соотношения

  11)

При φ = 0 RLRC кажущееся сопротивление (рис.5) имеет максимальное значение. Это явление называется параллельным электрическим резонансом.

При параллельном резонансе ток I в общей цепи имеет наименьшую величину и совпадает по фазе с приложенным напряжением U, а токи IL и IC, проходящие через индуктивность и емкость, равны по величине, но противоположны по фазе, причем токи в ветвях могут быть значительно больше тока в общей цепи (при Q >> 1): IC = IL = QI. Поэтому параллельный резонанс иначе называется резонансом токов, Сопротивление Z (при Q >> 1) имеет при параллельном резонансе наибольшее значение Zмакс; графики зависимости Z/Zмакс от относительной частоты ω/ω0 приведены на рис.5.


Рис.5. Зависимость сопротивления Z от частоты в параллельном резонансном контуре. По осям отложены относительные значения Z/Zмакс и ω/ω0. Расчет проведен для случая, когда активные сопротивления в ветвях L и C равны

При прохождении переменного тока по проводнику в нем наводятся индукционные токи; плотность тока у поверхности проводника будет больше, чем в середине. Это различие будет тем больше, чем выше частота тока; при высоких частотах плотность тока в середине проводника может быть практически равна нулю. Это явление называют поверхностным эффектом (или скин-эффектом).

Фазовый сдвиг

  • Изучив этот раздел, вы сможете описать:
  • • Фазовый сдвиг в общих компонентах переменного тока.

Рис. 5.1.1 Сопротивление в цепях переменного тока

Сопротивление в цепях переменного тока

В чисто резистивных цепях ток и напряжение изменяются одинаково и одновременно, как описано в Модуле 4.1. Это соотношение верно независимо от того, является ли приложенное напряжение постоянным или переменным. Основное отличие цепей переменного тока состоит в том, что напряжение продолжает изменяться в зависимости от формы входной волны. Когда к чисто резистивной цепи прикладывается синусоидальное напряжение, возникает синусоидальный (синусоидальный) ток. Обе формы волны достигают своих пиковых значений в одно и то же время и проходят через ноль в одно и то же время. Поэтому говорят, что напряжение и ток в чисто резистивной цепи находятся «В ФАЗЕ» друг с другом.

Рис. 5.1.2 Индуктивность в цепях переменного тока

Индуктивность в цепях переменного тока

В чисто индуктивной цепи кривые напряжения и тока не совпадают по фазе. Индуктивность противодействует изменению тока из-за эффекта обратной ЭДС. Это приводит к тому, что ток достигает своего пикового значения через некоторое время после напряжения. Так что в индуктивной цепи ток «ОТСТАЕТ» от напряжения.

В цепях постоянного тока ток в конечном итоге устанавливается на установившееся значение, и период изменения до установившегося состояния зависит от постоянной времени (т.е. значения компонентов) схемы. Однако в цепи переменного тока, поскольку напряжение постоянно меняется, ток также продолжает изменяться, а в чисто индуктивной цепи пиковые значения тока возникают через четверть цикла (90 °) после пиковых значений напряжения.

В цепи, содержащей как индуктивность, так и сопротивление, что обычно имеет место, поскольку катушка индуктивности (катушка провода) будет иметь некоторое внутреннее сопротивление, ток будет отставать от напряжения на величину от практически 0° (почти чистое сопротивление) до почти −90 ° (почти чистая индуктивность).Поскольку напряжение и ток больше не растут и не падают одновременно, в цепи происходит «ФАЗОВЫЙ СДВИГ».

Рис. 5.1.3 Емкость в цепях переменного тока

Емкость в цепях переменного тока

Емкость имеет свойство задерживать изменения напряжения, как описано в Модуле 4.3. То есть приложенное напряжение достигает устойчивого состояния только по истечении времени, определяемого постоянной времени. В цепях переменного тока напряжение и ток изменяются непрерывно, а в чисто емкостной цепи переменного тока пиковое значение осциллограммы напряжения возникает через четверть периода после пикового значения тока.Следовательно, в конденсаторе происходит фазовый сдвиг, величина фазового сдвига между напряжением и током составляет +90° для чисто емкостной цепи, при этом ток ОПЕРЕЖАЕТ напряжение. Противоположный фазовый сдвиг в индуктивной цепи.

Очень ГРАЖДАНСКИЕ отношения

Один из способов запомнить эти соотношения ток/напряжение (I/V) в конденсаторах (C) и катушках индуктивности (L) — рассмотреть расположение букв в слове CIVIL. Первые три буквы CIV указывают, что в конденсаторе (C) V отстает (идет после) I, а последние три буквы VIL указывают, что I отстает (идет после) от V в катушке индуктивности (L).

 

Что такое разность фаз в цепях переменного тока? Понятие фазы и разности фаз

Разность фаз определяется как задержка между двумя или более переменными величинами при достижении максимумов или переходов через ноль, что приводит к разнице их фаз. Эта разница между двумя волнами измеряется в градусах или радианах и также известна как фазовый сдвиг .

Иногда определяется как разница между двумя или более синусоидальными сигналами относительно опорной оси.Он обозначается φ и соответствует смещению формы сигнала по горизонтальной оси от общей точки отсчета.

Мы подробно обсудим разность фаз цепей переменного тока позже, сначала давайте разберемся-

Что такое Фаза?

Фаза переменных величин определяется в терминах смещения и периода времени. С точки зрения смещения фаза представляет собой угол от контрольной точки, на который вектор, представляющий переменную величину, перемещается до рассматриваемой точки.

Чтобы понять это, взгляните на рисунок, приведенный ниже:

На приведенном выше рисунке ось x является базовой осью, и в момент времени A фаза φ переменной величины равна 0⁰, а при смещении фаза той же величины в момент B представляет собой угол (в градусах или радианах) через который прошел вектор с учетом одной и той же базовой оси, т. е. оси x. Обычно фаза переменной величины изменяется от 0 до в рад или 0⁰ до 360⁰ .

Кроме того, с точки зрения периода времени фаза в любой конкретный момент определяется как часть периода времени, на который она опережает относительно контрольного момента. Рассмотрим представление сигнала, приведенное ниже:

Здесь 0 считается опорным моментом, таким образом, фаза переменной величины в точке A равна T/4, а в точке B равна 3T/4.

Концепция разности фаз в цепях переменного тока

Предположим, что сравнение между двумя переменными величинами производится в соответствии с перекрытием их пиков и пересечением нуля.

Таким образом, когда пересечения пика и нуля переменных величин с одинаковой частотой совпадают, говорят, что такие величины равны в фазе . Проще говоря, мы можем сказать, что когда две переменные величины одной и той же частоты достигают своих максимальных положительных, отрицательных и нулевых значений в один и тот же момент времени в течение одного полного цикла независимо от их амплитуды, то говорят, что такие величины имеют одинаковую фазу. . Это объяснение наглядно показано на рисунке ниже:

И наоборот, когда пик и пересечение нуля переменных величин с одной и той же частотой не совпадают, то говорят, что эти величины на не совпадают по фазе на по отношению друг к другу, и между ними существует определенная разница в фазе.Вкратце можно сказать, что когда две переменные величины одной и той же частоты достигают своих положительных и отрицательных пиков и нулевых значений в разные моменты времени в одном полном цикле, рассматривая одну и ту же ось отсчета, то между ними существует разность фаз. Несовпадение по фазе между двумя переменными величинами ясно показано на рисунке ниже:

Уравнение для разности фаз

Общее уравнение переменных величин задается как:

: φ представляет фазу переменной величины,

А м — амплитуда сигнала,

ωt представляет собой угловую частоту сигнала.

Здесь φ может быть как положительным, так и отрицательным .

Теперь возникает вопрос, когда φ положительна, а когда отрицательна?

Прежде чем разбираться в положительных и отрицательных фазовых сдвигах, уясните условие нулевой разности фаз.

Таким образом, когда фаза переменной величины равна 0, тогда мгновенное значение синусоидальной величины находится в момент t = 0, что считается опорным. Цифра, приведенная ниже, указывает φ = 0⁰.

Положительный фазовый сдвиг : Когда переменная величина начинается до t=0, что считается эталоном, положительный наклон переменной величины смещается влево, таким образом пересекая горизонтальную ось перед эталоном. Таким образом, в таком случае φ>0 и угол будет иметь положительный характер. Это приводит к ведущему фазовому углу.

Это можно сказать и наоборот, так как в случае положительной фазы переменная величина имеет некоторое положительное мгновенное значение при t = 0.Это наглядно показано ниже:

На приведенном ниже рисунке один представляет собой сигнал напряжения, который начинается до опорной точки, а другой представляет собой сигнал тока, который точно начинается в момент t=0, т. е. опорный. Обычно в чисто индуктивной цепи напряжение опережает ток .

Здесь ток отстает от напряжения на угол φ.

Отрицательный фазовый сдвиг : Когда переменная величина начинается после t=0, т.е., реперная точка, то ее положительный наклон смещается вправо и, таким образом, пересекает горизонтальную ось после реперной точки. Поэтому здесь φ<0, и угол будет иметь отрицательный характер. Когда фазовый угол отрицателен, он представляет собой запаздывающий фазовый угол.

Для отрицательной фазы переменная величина имеет некоторое отрицательное мгновенное значение при t = 0, как показано здесь:

На приведенном ниже рисунке показаны формы тока и напряжения, и ясно видно, что форма волны напряжения начинается после опорного значения, а кривая тока начинается точно с опорного значения.Как правило, в чисто емкостных цепях ток опережает напряжение .

Здесь напряжение отстает от тока на угол φ.

Соотношение между синусоидальными сигналами напряжения и тока очень важно при работе с цепями переменного тока, поскольку они составляют основу анализа цепей переменного тока.

Фазовые отношения переменного тока: ELI the ICE man

Если в цепи переменного тока обнаружены конденсаторы или катушки индуктивности, соответствующие синусоидальные волны тока и напряжения не имеют пиковых значений одновременно.Результирующая разница между этими пиками смещения, выраженная в градусах, называется разностью фаз.

Если в цепи переменного тока обнаружены конденсаторы или катушки индуктивности, соответствующие синусоидальные волны тока и напряжения не имеют пиковых значений одновременно. Результирующая разница между этими пиками смещения, выраженная в градусах, называется разностью фаз.

В теории переменного тока разность фаз равна или меньше 90 градусов.Обычно используется угол, под которым напряжение опережает ток.

Это приводит к положительной фазе для индуктивных цепей, поскольку ток отстает от напряжения в индуктивной цепи.

Фаза отрицательна для емкостной цепи, так как ток опережает напряжение.

Векторные диаграммы

Фазу легче понять, если она определена как вектор на плоскости. Обычная точка отсчета для нулевой фазы принимается за положительную ось x и связана с резистором, поскольку напряжение и ток, связанные с резистором, совпадают по фазе.

Длина вектора пропорциональна величине представленной величины, а его угол представляет его фазу относительно фазы тока через резистор. Разность фаз между напряжением и током в цепи переменного тока представляет собой фазовый угол, связанный с импедансом (Z) цепи.

ЭЛИ Ледяной человек

Полезная мнемоника ELI ICE man помогает запомнить знак фазы. Фазовое соотношение часто изображается графически на векторной диаграмме.

ELI: Напряжение опережает ток в катушке индуктивности. E (напряжение) L (индуктор) C (ток)

Когда на катушку индуктивности подается напряжение, она сопротивляется изменению тока. Ток нарастает медленнее, чем напряжение, отставая по времени и фазе.

ICE: Ток опережает напряжение в конденсаторе. I (ток) C (конденсатор) E (напряжение)

Поскольку напряжение на конденсаторе прямо пропорционально заряду на нем, ток должен опережать напряжение по времени и фазе, чтобы обеспечить заряд на пластинах конденсатора и повысить напряжение.

Дополнительное чтение

Измерение фазы в цепях переменного тока

Измерение фазы в цепях переменного тока

Рис. 1. Измеряемое напряжение В R в резистивной цепи: нет разности фаз.

Рис. 2. Напряжение питания E опережает В R по разности фаз φ в индуктивной цепи.

Рис. 3. Напряжение питания E отстает от В R в последовательной емкостной цепи.

Используя источник питания E в качестве эталона, мы видим, что колебания в Цепь переменного тока не всегда поднимается и опускается вместе. Они могут отставать или бежать предстоящий. Мы используем термин фаза для измерения этих различий.

Наблюдение за «синфазными» сигналами

На рис. 1 показано напряжение на резисторе в чисто резистивном схема.Колебания E и V R в фазе . Амплитуда В Р зависит от значений схемы, но колебания всегда будут синфазными. Кривые для E и V R растут и падают вместе.

Удобная проверка состоит в том, чтобы исследовать, где восходящие кривые пересекают Горизонтальная ось. На рисунке 1 оба сигнала пересекаются в одной и той же точке. Итак, мы скажем, нет разности фаз или φ  = 0.

Наблюдение за разностью фаз в индуктивной цепи

На рисунке 2 показаны E и V R в последовательном индуктивном соединении. схема. Из-за катушки индуктивности напряжение питания E будет опережать ток в цепи и результирующее падение напряжения В R .

Как и раньше, мы можем проверить, где две восходящие кривые пересекают горизонтальную ось. На рисунке 2 мы видим, что V R пересекают ось 1.2 подразделения после E или φ  = 1,2 дел.

Расчет фазового угла

С помощью этой шкалы время/деление мы видим, что один цикл или 360°-период E охватывает 8,0 делений. Итак, мы можем рассчитать фазу угол как часть одного полного цикла:

Поскольку разница положительна, фазовый угол также положителен.

Разность фаз в емкостной цепи

Аналогичным образом на рисунке 3 показаны E и V R в последовательная емкостная цепь.Из-за конденсатора напряжение питания E будет следовать за током в цепи и результирующим падением напряжения В R .

Опять же, мы можем рассмотреть, где растут E и V R кривые пересекают горизонтальную ось. На рисунке 3 мы видим пересечение V R ось 1,3 деления до E , или φ  = –1,3 дел.

В этой схеме мы видим, что один цикл или 360°-период охватывает 8.4 отдела. Итак, снова мы можем вычислить фазовый угол :

.

Поскольку разность отрицательна, этот фазовый угол также отрицателен.

 

Фазовый сдвиг

Цепи переменного тока > Фазовый сдвиг

Как правило, цепи переменного тока могут содержать резисторы, катушки индуктивности и (или) конденсаторы. Импеданс, обозначенный буквой «Z» и измеряемый в Омах, представляет собой полное сопротивление, которое цепь оказывает потоку переменного тока, это комбинация сопротивления R и реактивного сопротивления X, Z = R + jX, рисунок 1.

Рисунок 1: Диаграмма импеданса

В цепях переменного тока из-за наличия реактивных компонентов напряжение и ток могут не достигать одинаковых пиков амплитуды в одно и то же время, они обычно имеют разницу во времени. Эта временная разница называется фазовым сдвигом, f, 0 ≤ f ≤ 90, и измеряется в угловых градусах.

Цепь, содержащая только резисторы, называется резистивной цепью. Фазового сдвига между напряжением и током в резистивной цепи нет, Φ = 0, рис. 2а.Ток находится «в фазе» с напряжением.

Рисунок 2a: Связь V-I цепи R

Конденсаторы и катушки индуктивности называются реактивными компонентами, в которых напряжение и ток «не совпадают по фазе» друг с другом. В индукторе напряжение опережает ток на 90, Φ = 90, рис. 2b; в конденсаторе напряжение отстает от тока на 90, Φ = -90, рис. 2c.

Рисунок 2b: Связь V-I контура L

Рисунок 2c: Связь V-I контура C

Цепь, содержащая катушки индуктивности и (или) конденсаторы, называется реактивной цепью, которая может быть классифицирована как индуктивная цепь, X L > X C , и емкостная цепь, X C > X L .

На рис. 3а показана индуктивная цепь, состоящая из последовательно соединенных резисторов R и L. Поскольку индуктор сопротивляется изменению тока и накапливает энергию источника питания в виде магнитного поля, напряжение индуктора v L опережает ток индуктора i L на 90° и опережает напряжение источника питания v на фазу. Угол Ф.

Рисунок 3a: Связь V-I цепи RL

На рис. 3b показана емкостная цепь, состоящая из последовательно соединенных резисторов R и C.Поскольку конденсатор сопротивляется изменению напряжения и сохраняет энергию от источника питания в виде электрического поля, напряжение конденсатора v C отстает от тока конденсатора i C на 90 и отстает от напряжения источника питания v на фазу. Угол Ф.

Рисунок 3b: Соотношение V-I цепей RC

Цепи переменного тока > Фазовый сдвиг

Измеритель коэффициента мощности переменного тока Laureate | Измеритель фазового угла переменного тока

Режим фазового угла
Отображаемый элемент Разность фаз между двумя волнами одного периода
Блоки индикации 1°, 0.1°, 0,01°
Диапазон частот от 0,005 Гц до 10 кГц
Разрешение 0,01°, от 1 до 100 Гц; 0,1° на 1 кГц; 1° при 10 кГц
Точность 0,05° при 50 или 60 Гц
Максимальный временной интервал 200 сек
Режим коэффициента мощности
Отображаемый элемент Коэффициент мощности между двумя синусоидами одного периода
Блоки индикации 1.от 000 до 0,000
Полярность Знак минус указывает на отрицательный фазовый угол
Диапазон частот от 0,005 Гц до 10 кГц
Точность 0,1% на частотах сети
Частота обновления
Временной интервал Время стробирования + 30 мс+ 0-2 периода сигнала
Время выхода Выбирается от 10 мс до 199.99 с
Время до обнуления Выбирается от 10 мс до 199,99 с (для индикации потери сигнала)
Дисплей
Считывание 6 светодиодных цифр, 7-сегментный, 14,2 мм (0,56″), красный или зеленый.
Ассортимент -999999 до +999999
Индикаторы Четыре светодиодные лампы
Входы
Диапазоны сигналов Девять сигналов переменного тока в диапазоне от 12 мВпик-пик до 250 В переменного тока
Сигнальная земля Общая земля для каналов A и B
Помехоподавляющий фильтр 1 МГц, 30 кГц, 250 Гц (выбирается перемычкой) + цифровой фильтр
Мощность
Напряжение, стандартное 85–264 В переменного тока или 90–300 В постоянного тока
Напряжение, опционально 12–32 В переменного тока или 10–48 В постоянного тока
Частота DC или 47-63 Гц
Потребляемая мощность (типовой, базовый метр) 1.2 Вт при 120 В переменного тока, 1,5 Вт при 240 В переменного тока, 1,3 Вт при 10 В постоянного тока, 1,4 Вт при 20 В постоянного тока, 1,55 Вт при 30 В постоянного тока, 1,8 Вт при 40 В постоянного тока, 2,15 Вт при 48 В постоянного тока
Блок питания 250 В, среднеквадратичное рабочее, 2,3 кВ, среднеквадратичное значение за 1 мин испытаний
Выход возбуждения (стандарт)
5 В постоянного тока 5 В пост. тока ± 5 %, 100 мА
10 В постоянного тока 10 В пост. тока ± 5 %, 120 мА
24 В постоянного тока 24 В пост. тока ± 5 %, 50 мА
Выходная изоляция 50 В постоянного тока на метр земли
Аналоговый выход (дополнительно)
Выходные уровни 4–20 мА, 0–20 мА, 0–10 В, от -10 до +10 В (выбирается перемычкой)
4–20 мА, 0–20 мА, 0–10 В (опция с двумя выходами)
Текущее соответствие 2 мА при 10 В (нагрузка > 5 кОм)
Соответствие напряжению 12 В при 20 мА (нагрузка < 600 Ом)
Масштабирование Нулевая и полная шкала регулируется от -99999 до +99999
Разрешение 16 бит (0.0015% полной шкалы)
Изоляция 250 В, среднеквадратичное рабочее, 2,3 кВ, среднеквадратичное значение за 1 мин испытаний
Релейные выходы (дополнительно)
Сдвоенные магнитные реле 2 Форма C, 8 А при 250 В переменного тока или 24 В постоянного тока, 0,3 А при 250 В постоянного тока, резистивная нагрузка
Счетверенные магнитные реле 4 Форма A (НО), 8 А при 250 В перем. тока или 24 В пост. тока, 0.3 А при 250 В постоянного тока, резистивная нагрузка
Сдвоенные твердотельные реле 2 Форма A (НО), 120 мА при 140 В перем. тока или 180 В пост. тока, резистивная нагрузка
Счетверенные твердотельные реле 4 Форма A (НО), 120 мА при 140 В перем. тока или 180 В пост. тока, резистивная нагрузка
Общие реле Изолированные общие контакты для двойных реле или каждой пары счетверенных реле
Развязка реле 250 В, среднеквадратичное рабочее, 2.3 кВ действующее значение за 1 минуту испытание
Режимы фиксации реле С фиксацией или без фиксации
Активные режимы реле Активный вкл. или выкл., активный высокий или низкий уровень
Режимы гистерезиса QA режим полосы пропускания, разделенный гистерезис, диапазонный гистерезис
Последовательный ввод/вывод данных (дополнительно)
Выбор платы RS232, RS485 (два разъема RJ11 или RJ45), USB, Ethernet, Преобразователь USB в RS485, преобразователь Ethernet в RS485
Протоколы Modbus RTU, Modbus ASCII, Modbus TCP (Ethernet), Laurel ASCII
Скорость передачи данных от 300 до 19200 бод
Цифровые адреса 247 (Modbus), 31 (Laurel ASCII),
Изоляция 250 В, среднеквадратичное рабочее, 2.3 кВ действ. за 1 мин. испытание
Защита окружающей среды
Рабочая температура Стандарт от 0°C до 55°C, от -40°C до 70°C с опцией -X
Температура хранения. от -40°C до 85°C
Относительная влажность 95% при 40°C, без конденсации
Защита NEMA-4X (IP-65) при монтаже на панели
Электрические соединения

AN-1124 Диммер для управления фазой переменного тока

Для получения соответствующих документов и программного обеспечения посетите веб-сайт:

https://www.dialog-semiconductor.com/products/greenpak

Загрузите наше бесплатное программное обеспечение GreenPAK Designer [1], чтобы открыть файл .gp [2], и используйте инструменты разработки GreenPAK [3], чтобы в считанные минуты зафиксировать проект в вашей собственной индивидуальной ИС.

Dialog Semiconductor предоставляет полную библиотеку заметок по применению [4] с примерами дизайна, а также объяснениями функций и блоков в ИЦ Диалог.

  1. Программное обеспечение GreenPAK Designer, загрузка программного обеспечения и руководство пользователя, Dialog Semiconductor
  2. AN-1124 Диммер для лампочек переменного тока с GreenPAK и TRIAC.gp, файл проекта GreenPAK, Dialog Semiconductor
  3. Средства разработки GreenPAK, веб-страница средств разработки GreenPAK, Dialog Semiconductor
  4. Примечания по применению GreenPAK, веб-страница примечаний по применению GreenPAK, Dialog Semiconductor
  5. SLG46140 Спецификация Dialog Semiconductor

В этих указаниях по применению описывается управление питанием цепей переменного тока с помощью управление фазой или схема обрезания фазы.Это достигается поворотом симистора включение/выключение через определенные промежутки времени, синхронизированное с сигналом переменного тока. TRIAC включен только во время части синусоиды переменного тока; это называется ведущим кромочная резка. Микросхема GreenPAK4 обеспечивает управляемый напряжением интерфейс для установки степень затемнения лампы накаливания.

Запуск TRIAC должен быть синхронизирован с синусоидой переменного тока для предсказуемое отсечение фазы переменного тока. Для этого контрольная точка в АС нужна синусоида.Для этого используется обнаружение пересечения нулевой точки. используется схема, которая дает входной импульс 5v на цифровой вход GreenPAK SLG46140V [5]. После обнаружения пересечения нуля симистор включается на определенное время, но на этот раз им можно управлять с помощью пользователя через код GreenPAK.

Отсечка фазы нагрузки переменного тока определяется аналоговым входом от потенциометр к GreenPAK SLG46140V.Пользователь может использовать любой настроенный сигнала в логическом генераторе для получения индивидуальной формы сигнала переменного тока выходной сигнал.

Рисунок 1. Схема пересечения нуля

Переменное напряжение проходит через 2 резистора (33k, 1ватт) и выпрямляется мостовой выпрямитель (KBJ608G). Это выпрямление приводит к пульсирующему постоянному току. напряжение, которое подается на выход фототранзистора оптрона (4N25). напряжение позволяет оптрону оставаться включенным, сохраняя при этом сигнал пересечения нуля (на коллекторе фототранзистора) НИЗКИЙ, пока напряжение не упадет до ‘нуль’.

В соответствующий момент оптопара больше не будет проводить ток и сигнал пересечения нуля будет высоким до тех пор, пока пульсирующее напряжение постоянного тока поднимается достаточно, чтобы оптрон снова стал проводящим, что в конечном итоге приводит к тому, что контакт перехода через ноль становится НИЗКИМ.

Качество этого импульса пересечения нуля зависит от ряда факторов, но наиболее важными из них являются: быстродействие оптопары, значение резистор коллектора и значение двух резисторов в основной линии.

Если сопротивление коллектора слишком низкое, то оптопара сгорит, но если оно слишком высокое, напряжение (при котором еще через оптопару, чтобы он оставался проводящим) будет продолжать расти и выше.

Это означает, что если значение резистора слишком велико, переключение оптопары будет происходить чаще на восходящих и нисходящих флангах синусоида; что приводит к широкому сигналу пересечения нуля.

Рис. 2. 220 В переменного тока, пульсирующий постоянный ток и выходные сигналы оптопары

После определения обнаружения нуля схема SLG46140V включит Оптопара драйвера симистора (MOC3021). Период времени, в течение которого TRIAC оптопара драйвера остается включенной в зависимости от настроенного сигнала (от 0 до 1в) полученный АЦП SLG46140V через логический генератор или какой-либо потенциометр.

Еще один важный фактор, определяющий время, в течение которого драйвер TRIAC работает частота синусоидальной волны переменного тока.Например, для частоты 50 Гц. частоты, каждый цикл синусоидальной волны занимает 1000 мс/50 = 20 мс (миллисекунд).

Поскольку в волне есть два пика синусоиды, это означает, что после каждого нуля обнаружение, есть период 10 мс, который можно регулировать. Итак, ТРИАК Драйвер (MOC3021) должен включать/выключать TRIAC (BT136) в течение 10 мс.

Сигнал от MOC3021 на затвор BT136 включает TRIAC. TRIAC должен оставаться в состоянии проводимости (независимо от входного сигнал на своем затворе) до полупериода переменного тока.Таким образом, стробирующий сигнал от MOC3021 должен быть выключен, как только BT136 начнет проводить ток (так что что он может включить BT136 во время следующей половины цикла переменного тока и так далее).

Индивидуальный сигнал от логического генератора или потенциометра на аналоговый вход SLG46140V будет определять временную задержку, после которой TRIAC настроен на проводимость (включен, а затем выключен). Это время должно начаться после обнаружения сигнала пересечения нуля.

Если TRIAC включается в начале полупериода переменного тока, нагрузка получит полную мощность. Кроме того, если TRIAC включается в конце период 10 мс, нагрузка не будет получать питание; на полпути нагрузка будет получить половину мощности. Если сигнал логического генератора или потенциометра не постоянная нагрузка будет получать переменную мощность.

Рисунок 3. Рабочая схема TRIAC

Рисунок 4.Входной и выходной сигнал переменного тока (после обрезания фазы)

Сигнал обнаружения нуля

Сигнал обнаружения нуля от цепи обнаружения нуля должен заканчиваться на PIN 9 (цифровой вход) GreenPAK4 SLG46140V. Сигнал пересечения нуля имеет частоту 100 Гц (поскольку сигнал переменного тока частотой 50 Гц пересекает нуль 100 раз).

Сигнал PIN 9 низкий, но при пересечении нуля появляется высокий импульс. синусоидой переменного тока.

Схема с двумя вентилями ИЛИ-НЕ (2-L3 и 2-L4) будет работать как защелка RS. Защелка устанавливается на «ЕДИНИЦУ» (логический высокий уровень) при каждом обнаружении импульса на вход 2-L3 вентиля ИЛИ-ИЛИ. Таким образом, всякий раз, когда синусоида переменного тока пересекает ноль, возникает высокий импульс обнаруживается на цифровом входе PIN 9 и в конечном итоге устанавливает выход защелки RS на «ЕДИНИЦУ» (логический высокий уровень).

Защелка RS имеет два входа для схемы сброса. Один из них происходит из Цифровой вход PIN 4 через логический элемент ИЛИ 2-L2; этот ввод является необязательным и предназначен только для целей тестирования.Другой — от драйвера TRIAC Digital. вывод и будет объяснено позже в примечаниях по применению.

TRIAC ON Контур после обнаружения нуля

Как только защелка RS обнаруживает нулевой сигнал, ее выход устанавливается в ЕДИНИЦУ. Следующим этапом является включение оптопары драйвера симистора MOC3021 и, следовательно, включите TRIAC BT136. TRIAC должен быть включен после определенного период времени, и это время определяется входом АЦП в счетчик CNT3/DLY3/FSM1.

В свойствах блока Oscillator OSC выбрана вкладка RC OSC и свойство режима питания RC OSC установлено для принудительного включения питания.

В свойстве RC OSC частота установлена ​​на 25 кГц. Время цикла для этого частота составляет 0,04 миллисекунды.

Это помогает в подсчете счетчика и задержке сигналов, так как приложение необходимо иметь дело с общим временем 10 мс. Для 8-битного счетчика (который имеет максимум 255 отсчетов), часы с временем цикла 0.04 мс нужно всего отсчитывает 250 (250 x 0,04 = 10 мс).

Свойство Clock selector установлено на RC OSC; но если внешние часы использоваться, его можно установить на EXT CLK 0.

Как только выходной сигнал RS Latch становится ВЫСОКИМ, он отправляется для СБРОСА вывода IN Блок счетчика CNT3/DLY3/FSM1.

Счетчик на самом деле представляет собой 3-битный LUT7/8-битный CNT3/DLY3/FSM1. После выбора его свойство Type изменено на CNT/DLY, так что оно будет преобразовано в 14-битный блок счетчика/задержки.

Для свойства Mode установлено значение Delay, которое преобразует блок в Delay. блокировать. Свойство Edge Select имеет значение Rising, что задерживает рост. фронт сигнала RESET IN.

В свойстве данных счетчика FSM выберите ADC, который позволит счетчику принимать вход от блока АЦП. Основываясь на этом входе, время задержки для включения TRIAC ON должен быть определен.

Тактовый сигнал блока задержки представляет собой тактовый сигнал 25 кГц.Это означает, что когда на выходе RS Latch высокий уровень, блок задержки сбрасывается и генерирует одиночный импульсный сигнал (тактовой частотой 25 кГц) на выходе «OUT» задержки блокировать. Но, так как это блок задержки, OUT перейдет в высокое состояние после задержка.

Время задержки блока определяет, как долго должен работать выход «OUT». взять, чтобы перейти в высокое состояние, как только RESET IN будет высоким.

Время задержки от АЦП

PIN 6 настроен как аналоговый вход; этот вывод может принимать вход сигнал от логического генератора (эмуляция) или внешний сигнал от потенциометр.В этом примере логический генератор используется для настройки сигнал, который изменяется от 0 до 1 В с небольшими шагами, как показано ниже.

В качестве альтернативы сигнал от 0 до 1 В может подаваться с потенциометра на Аналоговый вход PIN 6.

Затем входной сигнал от 0 до 1v отправляется в блок PGA.

Рис. 5. Сигнал пересечения нуля, хранящийся в защелке RS

Рисунок 6. Свойства блока OSC

Рис. 7.Блок задержки (CNT3/DLY3/FSM1) свойства

Рисунок 8. Контур времени задержки

В свойствах блока PGA сигнал Power on необходимо установить значение Power on и свойство Gain . должен быть установлен на x1 . Свойство усиления можно использовать для усиления ввод, до 8 раз. Свойство режима АЦП установлено на , несимметричный.

Выход PGA затем отправляется на вход « PGA in » АЦП. блокировать; свойство Vref АЦП установлено на внутреннее 1.0в. источник тактового сигнала — RC OSC.

Рисунок 9. Конфигурация сигнала логического генератора

Рисунок 10. Свойства блока PGA

Выход PAR DATA блока АЦП подключен к входу DATA IN блока ADC. блок задержки CNT3/DLY3/FSM1.

Теперь входной сигнал на аналоговом входе PIN 6 (от логического генератора или потенциометр) проходит через блок PGA, который не усиливает входной сигнал.

Затем сигнал отправляется в блок АЦП, который преобразует сигнал в 8 битовый поток данных.

Эти 8-битные данные отправляются в PAR DATA, который, в свою очередь, отправляет их в DATA. IN блока задержки. Данные с АЦП — это время задержки в отсчетах для выхода RS Latch ВЫСОКИЙ сигнал.

Выходной сигнал RS Latch становится ВЫСОКИМ по истечении этого времени задержки.

Аналоговый вход от 0 до 1 В на PIN-коде 6 отображается от 0 до 255 (8-битные данные), который затем отображается в масштабе времени от 0 до 10 мс.Например, вход сигнал 0,5 В на входе отображается от 0 до 127 (8-битные данные), что эквивалентно времени задержки 5 мс. Таким образом, защелка RS Высокий выход сигнал задерживается на время 5 мс, когда он проходит через блок задержки.

Включение драйвера TRIAC

Затем выходной сигнал блока задержки устанавливается на логический элемент И 2-L5. С выход RS Latch ВЫСОКИЙ, и он уже включил логический элемент И, следовательно, задержанный сигнал от блока задержки должен проходить через И ворота.

Рисунок 11. Свойства блока АЦП

Затем он включает драйвер TRIAC MOC3021, устанавливая PIN-код цифрового выхода. 11 до ВЫСОКОГО.

Затем MOC3021 включает TRIAC BT136, устанавливая HIGH на его затворе. Вход. Это позволяет части полупериода волны переменного тока пройти через него.

TRIAC автоматически выключается, как только волна переменного тока достигает нуля . Точно так же симистор должен включиться в следующем полупериоде через время задержка с последующим автоматическим отключением при достижении нуля достиг.Для сигнала входной частоты 50 Гц симистор включается и выключается, 100 раз за одну секунду.

Выключение драйвера TRIAC

Мы упоминали выше, что TRIAC BT136 должен быть включен во время каждого полупериода сигнала переменного тока. Таким образом, цифровой выходной сигнал (PIN 11) должен быть сброшен, как только TRIAC будет включен (чтобы он мог включить TRIAC драйвер MOC3021 включен в течение следующего полупериода синусоиды переменного тока).

Рисунок 12.Включение драйвера TRIAC

После включения TRIAC не нуждается в высоком уровне сигнала на своем затворе во время полупериод синусоиды переменного тока; это потому, что он продолжает работать до тех пор, пока заканчивается полупериод.

Рисунок 13. Сброс вывода драйвера TRIAC

Выход вентиля 2-L5 подается обратно на вывод сброса защелки RS. после прохождения через блок задержки CNT1/DLY1 и логический элемент ИЛИ 2-L2.

Блок задержки используется для тех симисторов, которым требуется больше времени для их сигнал ворот.Блок задержки CNT1/DLY1 может задерживать сигнал высокого уровня в ввод за время, определенное свойством данных счетчика; на этот раз может быть настраивается пользователем. Сокращение этого времени важно для надежных резка сигнала переменного тока; поэтому TRIAC с меньшим временем (требуется для ворот сигнал) должен быть выбран.

Высокий уровень выхода 2-L5 сбрасывает выход RS-защелки на НИЗКИЙ уровень после время задержки определяется блоком CNT1/DLY1.Низкий выход RS Latch повернется выход 2-L5 затвора на НИЗКИЙ; что в результате превращает драйвер симистора выключенный.

Рисунок 14. Свойства блока задержки (CNT1/DLY1)

Примером применения резки формы сигнала переменного тока является диммер. интенсивность лампы можно варьировать, изменяя разрез формы волны переменного тока. сигнал. Код, включенный в приложение, имеет логический генератор настроен на аналоговом входе PIN 6.

Логический генератор медленно уменьшает яркость лампочки, пока она не погаснет. полностью выключается, а затем медленно увеличивает интенсивность до полной яркости. Видео этого примера также прилагается.

Для индуктивных нагрузок переменного тока (таких как вентиляторы, двигатели переменного тока и т. д.) необходимо соблюдать осторожность, т. к. тяжелые моторы ведут себя непредсказуемо на малых оборотах. напряжения. Щеточные двигатели переменного тока проще.

Мощность переменного тока можно довольно точно изменять с помощью этой схемы управления фазой.Мы продемонстрировал правильную проводимость симистора, контролируя его вход затвора с быстродействующая оптопара.

Микросхема GreenPAK SLG46140V обеспечивает синхронизацию и управление напряжением. вход для многих интерфейсных устройств. Этот пример приложения показал схема диммера лампы накаливания и другие резистивные нагрузки совместимы таких как нагревательные элементы, кофеварки. Вход, управляемый напряжением, подходит для некоторых интерфейсов устройств домашней автоматизации.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.