Co je to jednofázový elektrický obvod?
Dobrý den, milý čtenáři webu Elesant.ru. Elektrický proud je spotřebiteli „dodán“ prostřednictvím vysokonapěťového elektrického vedení. Elektrický proud elektrického vedení má vysoké napětí a spotřebitelé jej nemohou přímo využívat. Pro každodenní používání elektrického proudu dodávaného elektrickým vedením je nutné snížit jeho napětí.
Za tímto účelem jsou v blízkosti spotřebitelů instalovány speciální transformátorové rozvodny. Transformátorové rozvodny snižují vysokonapěťové napětí na jmenovité hodnoty vhodné pro použití. Zastavme se trochu u rozvoden.
Trafostanice
Trafostanice jsou elektrické instalace určené k příjmu, přeměně a distribuci elektřiny z elektrického vedení.
Rozvodny se skládají z redukčního transformátoru, rozváděče (RU) a ovládacích zařízení.
Podle způsobu výstavby a umístění se trafostanice dělí na přistavěné, vestavěné a vlastní. Pro příměstské oblasti jsou nejběžnější stožárové a sloupové rozvodny.
Hlavním prvkem rozvodny je snižovací transformátor. Snižovací transformátory mohou být třífázové nebo jednofázové. Jednofázové transformátory se používají v kombinaci s třífázovými transformátory a to především ve venkovských oblastech.
Napětí v transformátorech je sníženo na jmenovité provozní napětí 380 nebo 220 voltů. Tato napětí se nazývají lineární a fázová. A napájení spotřebitelů se nazývá třífázové a jednofázové. Podívejme se podrobněji na druhy výživy spotřebitelů.
Jednofázové elektrické napájení
Jednofázové napájení napájí spotřebič z jednofázového vedení a nulového pracovního vedení. Vedení pro jednofázové napájení se nazývá jednofázové elektrické sítě. Jmenovité provozní napětí jednofázových elektrických sítí je 220 voltů.
Samotné jednofázové sítě lze také dělit v závislosti na pracovních vodičích.
Jednofázová dvouvodičová síť
V jednofázových dvouvodičových sítích Pro napájení se používají dva vodiče: fáze (L) a nulový vodič (N). Taková elektrická síť neumožňuje uzemnění elektrických spotřebičů. Dvouvodičová elektrická síť byla a zůstává nejrozšířenější ve starém bytovém fondu.
Pokud je váš domov propojen s hliníkovými vodiči, s největší pravděpodobností máte dvouvodičovou elektrickou síť.
Příklad schématu: jednofázová dvouvodičová síť v bytě
Jednofázová třívodičová síť
V jednofázových třívodičových sítích jsou použity tři vodiče: fáze (L), nulový vodič (N) a ochranný, zemnící. Třetí zemnící vodič je určen k dodatečné ochraně osoby před úrazem elektrickým proudem. Připojení zemnícího vodiče ke skříním elektrických spotřebičů (uzemnění) umožňuje vypnout napájení, když je fázový vodič zkratován k pouzdru zařízení (zkratovaný fázový obvod). Označený PE.
Uzemnění nejen chrání osobu před úrazem elektrickým proudem, ale také šetří samotné elektrické spotřebiče před vyhořením.
Příklad schématu: jednofázová třívodičová síť v bytě
Třífázové elektrické napájení
U třífázového napájení jsou do elektrického panelu bytu nebo ASU doma vloženy tři napájecí fáze (L1; L2; L3) a nulový pracovní vodič (N). Jmenovité provozní napětí mezi libovolnými fázovými vodiči je 380 voltů. Napětí mezi libovolným fázovým vodičem a pracovní nulou je 220 voltů. Z elektrického panelu je elektroinstalace rozvedena po celém bytě nebo domě podle schématu zapojení a poskytuje 220 V nebo 80 V napájení pro elektrické spotřebiče.
Při výpočtu třífázové elektrické sítě je důležité správně rozdělit zatížení mezi tři fáze. Nerovnoměrné rozložení zátěže mezi fázemi povede k nevyváženosti fází, závažná nevyváženost fází k havarijnímu stavu až ke spálení jedné z fází.
Třífázové napájení můžete rozvést po celém bytě nebo domě pomocí elektrických kabelů se čtyřmi nebo pěti vodiči
Třífázová čtyřvodičová elektrická síť
Se čtyřvodičovým vedením napájení pochází ze tří fázových vodičů a pracovní nuly. Z elektrického panelu nebo rozvodné skříně je vedení distribuováno do zásuvek a lamp dvěma vodiči: každá fáze a nulový vodič (L1-N; L2-N; L3-N s napětím 220 voltů). Na diagramech mohou být fáze označeny A, B, C.
Příklad schématu: třífázová čtyřvodičová síť v bytě
Třífázová pětivodičová elektrická síť
В třífázový pětivodičový elektrický sítě, „objeví se pátý zemnící vodič“, který plní ochranné funkce. Určeno (PE)
Důležité! Ve všech třífázových sítích je důležité rovnoměrně rozložit zátěž (spotřebu energie) mezi fáze. Podle základního elektrotechnického zákona, Ohmova zákona, nelze určit zatížení sítě při třífázovém napájení. Pro výpočty je nutné vzít v úvahu účiník (cosph) a faktor spotřeby (Kdemand). Obvykle pro byty cosф = 0,90-0,93 Ksprosa = 0,8. Hodnota 0,8 je akceptována, pokud je více než 5 spotřebitelů.
jsou okamžité hodnoty a označují se malými písmeny e,i atd.
Zdrojem střídavého proudu je odpovídající emf – e (t), který
ráj se mění v čase podle zákona sinus, tzn.
kde e (t) je okamžitá hodnota emf; Em – maximální hodnota EMF (amplituda); ω – úhlová (cyklická) frekvence měřená v radiánech za sekundu (Rad/s); t – čas (s); ϕ – počáteční fáze. Toto EMF budeme dále nazývat sinusové EMF.
Jeho grafické znázornění je na obr. 4.1
Perioda T je čas, během kterého dojde k úplnému cyklu změny sinusového proudu nebo čas, během kterého kostra generátoru udělá jednu otáčku. Perioda je veličina nepřímo úměrná frekvenci T = l / f.
Frekvence f je počet úplných cyklů změny střídavého proudu za jednotku času. Frekvenční jednotkou je Hertz. (1 Hz == 1/s);
Frekvence f souvisí s úhlovou frekvencí ω výrazem: f = 2 π ω
Fázový úhel α = ωt + ϕ. Jedná se o úhel natočení rámu generátoru v daném čase nebo hodnotu argumentu sinusové funkce, která určuje hodnotu proudu. V čase t=0 máme α = ϕ. Hodnota fázového úhlu při t=0 se nazývá počáteční fázový úhel nebo počáteční fáze.
Efektivní hodnota střídavého proudu I. Tato hodnota se zadává pro měření velikosti střídavého proudu. Určuje se porovnáním tepelného účinku střídavého proudu s tepelným účinkem stejnosměrného proudu. Střídavý proud i procházející vodičem za jednotku času jej ohřívá) tzn. uvolňuje určité množství tepla. Je možné zvolit stejnosměrný proud takové velikosti, že se za stejnou dobu uvolní stejné množství tepla ve stejném vodiči. Hodnota stejnosměrného proudu I, který uvolní stejné množství tepla za jednotku času jako střídavý proud i, se nazývá efektivní hodnota střídavého proudu I. Efektivní hodnotu střídavého proudu určíme na základě rovnosti uvolněné tepelné energie pro stejnosměrné a střídavé proudy v čase T
dosazením i == lm Sin 2 hm. dostaneme
Sinusový EMF se získává pomocí generátoru střídavého proudu, jehož činnost je založena na jevu elektromagnetické indukce.
Elektromagnetická indukce je jev výskytu EMF ve vodiči (obvodu), když se mění magnetický tok s ním spojený. Uvažujme o principu činnosti nejjednoduššího generátoru střídavého proudu (obr. 4.2).
Nejjednodušším generátorem je rám s kroužky umístěnými v magnetickém poli permanentních magnetů. Pokud se rám otočí kolem osy 00′, pak jeho strany ab a cd protnou magnetické pole a v těchto stranách podle zákona elektromagnetické indukce vznikne emf.
Směr EMF je určen pravidlem pravé ruky. “Pokud je pravá ruka umístěna tak, že siločáry magnetického pole vstupují do dlaně, a ohnutý palec ukazuje směr pohybu vodiče, pak čtyři natažené prsty ukazují směr EMF.”
Nejjednodušším generátorem je rám s kroužky umístěnými v magnetickém poli permanentních magnetů. Pokud se rám otočí kolem osy OO’, pak jeho strany ab a cd protnou magnetické pole a v těchto stranách podle zákona elektromagnetické indukce vznikne emf e Směr emf je určen Pravidlo pravé ruky: pokud je pravá ruka umístěna tak, že siločáry magnetického pole vstupují do dlaně a ohnutý palec ukazuje směr pohybu vodiče, pak čtyři natažené prsty ukazují směr EMF. Velikost emf (e) je určena vzorcem
kde B je velikost magnetické indukce;
L je délka vodiče rovna vzdálenosti mezi body a a b;
V je rychlost pohybu vodiče ve směru kolmém k siločarám magnetického pole.
Když se rám otočí o 180°, směr EMF na každé straně rámu se změní na opačný. Pro získání sinusového zákona změny EMF jsou pólové nástavce generátoru tvarovány takovým způsobem, že se magnetická indukce B mění, když se rám otáčí podle sinusového zákona.
Reprezentace sinusových veličin vektory a komplexními čísly.
Při analýze obvodů střídavého proudu, ve kterých tečou sinusové proudy a jsou zde sinusová napětí, je často potřeba sečíst několik hodnot proudů, emf nebo napětí o stejné frekvenci w, ale s různými amplitudami a počátečními fázemi. Ve stejnou dobu
Analytické a grafické sčítání vede k určitým obtížím a spoustě času. Proto je vhodné sinusovat
reprezentují funkci dlouhého dosahu jako vektor nebo komplexní číslo.
Protože sinusová funkce závisí na dvou proměnných argumentech: amplitudě a fázovém úhlu (nebo fázi), lze tuto sinusovou funkci znázornit jako vektor v pravoúhlém souřadnicovém systému X a Y. V tomto případě bude délka vektoru rovna amplituda sinusové funkce a
jeho úhel sklonu vzhledem k ose OX je roven fázovému úhlu sinusové funkce.
Uvažujme výraz pro sinusový proud i=Imsin(ωt+ϕ) Jeho amplituda je rovna Im a fázový úhel α=(ωt+ϕ). Z toho vyplývá, že fázový úhel α se plynule mění (roste) v čase s úhlovou rychlostí ω. Proto jsou pro pohodlí sinusové proudy, napětí, emf prezentovány ve formě vektorů, s ohledem na časový okamžik t=0. V tomto případě ωt=0 a α=ϕ, tzn. fázový úhel je roven počátečnímu fázovému úhlu (obr. 4.3).
Při zobrazení sinusových proudů (napětí, emf) je délka vektoru brána rovna efektivní hodnotě proudu (emf, napětí).
Aktuální vektor bude označen velkým písmenem s tečkou nahoře (i); vektory ostatních veličin se označují obdobně.
Je známo, že jakýkoli vektor může být reprezentován jako komplexní číslo sestávající z reálné a komplexní části.
v tomto případě je reálná část číselně rovna průmětu vektoru na osu OX (reálná osa) a imaginární část je rovna průmětu vektoru na osu OY (imaginární osa).
V tomto případě lze aktuální vektor zapsat ve tvaru I = a+jb, kde a=IX – reálná část; b=IY – imaginární část.
Aktuální vektor tedy může být reprezentován jako komplexní číslo, tzn. komplexní proud. Komplexní číslo lze zapsat v algebraické podobě:
v trigonometrickém tvaru:
i = A (Cosϕ + j Sinϕ) (4.7)
a v demonstrativní podobě:
Mezi veličinami x, y, ϕ a A existují následující závislosti:
A = I; x = A Cos ϕ; y = A Sin ϕ; (4.9)
A = (x+ 2y2) 1/2; ϕ = arctan (y/x) (4.10)
Veličina A = I se nazývá modul komplexního čísla, ϕ je argument komplexního čísla.
Potenciální (topografický) diagram
Potenciální (topografický) diagram ukazuje rozložení komplexních potenciálů bodů a napětí na komplexní rovině. Přehledně ilustruje činnost a parametry složitých střídavých obvodů. Obrázek 4.4 ukazuje příklad takového diagramu v kombinaci s vektorovým diagramem proudů.
+1 
