Bel-cable.ru

Блог инженера Электрика
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Какова частота переменного тока в осветительной сети физика

На днях столкнулся с американским светодиодным светильником с рабочим напряжением питания 277 В и возник вопрос — что это вообще за стандарт напряжения? Оказалось, в русскоязычном сегменте сети об этом нет информации, поэтому спешу поделиться тем, что удалось накопать в американском секторе Интернета, а заодно и собственными знаниями об электроснабжении в США.

mv2.jpg/v1/fill/w_180,h_108,al_c,q_80,usm_0.66_1.00_0.01,blur_2/SF-Electricity.jpg» alt=»Распределительный трансформатор на улице Сан-Франциско» width=»» height=»» />

Электроснабжение в США и Канаде.

В большинстве стран Америки используется переменный ток частотой 60 Гц, и система с расщепленной фазой (сплит-фаза или однофазная трехпроводная система) на 120/240 Вольт в домах, и трехфазная система для более крупных установок.

Трансформаторы в Северной Америке обычно питают дома напряжением 240 Вольт. Это трёхпроводная система с расщепленной фазой, которая позволяет использовать напряжение 120 Вольт.

Расщепленная фаза, или однофазная трёхпроводная система — это тип однофазного распределения электроэнергии, прямой потомок оригинальной трёхпроводной системы постоянного тока Эдисона (Edison Machine Works). Основным преимуществом системы является то, что она экономит материалы проводников по сравнению с однофазной схемой электроснабжения.

Две линии 120 В переменного тока подаются в помещение от трансформатора с вторичной обмоткой 240 В переменного тока, центральный отвод которой подключен к земле. Это приводит к появлению двух линейных напряжений 120 В переменного тока, которые не совпадают друг с другом по фазе на 180 градусов. Нейтральный провод системы соединяется с землёй на центральном выводе трансформатора. Ниже — электрическая схема такого устройства.

mv2.png/v1/fill/w_180,h_138,al_c,usm_0.66_1.00_0.01,blur_2/Dist-Tr.png» alt=»Распределительный однофазный трансформатор» width=»» height=»» />

Из схемы видно, что 240 В переменного тока получают, подключив нагрузку между двумя линиями 120 В.

Два фазных провода называются “Hot”​, т.е. "горячие", под напряжением. Вывод нейтрали, как и в Европе, обозначают латинской буквой N. Также обычно маркируют выводы электроприборов. Тут нужно обратить внимание, что на электроприборах фазный провод — черного цвета, а нулевой проводник — белого. Провод заземления либо имеет зеленую изоляцию, либо вообще без изоляции.

Итак, электропитание переменного тока, подаваемое и используемое в домашних и коммерческих зданиях в США, составляет, в основном, 120 В переменного тока с частотой 60 Гц, что подходит для большинства электроприборов в доме или офисе. Для более мощных приборов, таких как электрические осушители, кондиционеры и духовые шкафы, используют напряжение 208 или 240 В.

Читайте так же:
Кабель аабл 10 3х240 длительно допустимый ток

mv2.jpg/v1/fill/w_180,h_180,al_c,q_80,usm_0.66_1.00_0.01,blur_2/Energy-meters.jpg» alt=»Щиты учета электроэнергии в малоэтажном доме, Калифорния» width=»» height=»» />

120 Вольт

Как я уже упомянул выше, в Северной Америке питание 120В (110В) было принято в системе распределения постоянного тока, разработанной Томасом Эдисоном. После перехода на переменный ток, напряжение так и осталось вдвое ниже принятого в Европе.

Напряжение между фазой и нейтралью составляет половину линейного напряжения. Светильники и небольшие электроприборы, мощностью менее 1800 Вт, подключаются между линейным проводом и нейтралью, получая напряжение 120 В.

208 Вольт

Напряжение 208 В переменного тока получается путем подключения двух фаз трехфазного источника питания «Y» или «Звезда», как показано на диаграмме ниже.

mv2.png/v1/fill/w_180,h_134,al_c,usm_0.66_1.00_0.01,blur_2/208V.png» alt=»Диаграма трехфазной сети 120/208 Вольт» width=»» height=»» />

Как видно, для получения такого напряжения нужен трехфазный трансформатор. Полагаю, это очень экзотическое напряжение, так как в США чаще всего используют однофазные трансформаторы с выходным напряжением 120/240В. Я не встречал ни одного устройства, расчитанного только на это напряжение.

240 Вольт

Приборы с более высокой мощностью, такие как кухонное оборудование, отопление помещений, водонагреватели, сушилки для одежды, кондиционеры и оборудование для зарядки электромобилей, подключаются к двум линейным проводам. Это означает, что (для подачи той же мощности) ток уменьшается вдвое. Следовательно, могут использоваться проводники меньшего сечения, чем потребовалось бы, если бы приборы были спроектированы для питания от более низкого напряжения.

Напряжение 240 В переменного тока получают от распределительного трансформатора, как показано на схеме ниже:

mv2.png/v1/fill/w_180,h_107,al_c,usm_0.66_1.00_0.01,blur_2/240V.png» alt=»Принципиальная схема распределительного трансформатора» width=»» height=»» />

Такие трансформаторы располагаются в непосредственной близости от потребителя, часто питают одно домохозяйство. Их можно увидеть повсюду на улицах “одноэтажной Америки”. Хотя бы в кино. Хороший пример, который мне удалось снять в Чайна-тауне, почти в центре Сан-Франциско — два распределительных трансфарматора на одном столбе, один из которых питает сразу несколько домов на улице:

mv2.jpg/v1/fill/w_180,h_180,al_c,q_80,usm_0.66_1.00_0.01,blur_2/240V-transf.jpg» alt=»Распределительные трансформаторы на столбе, Чайнатаун Сан-Франциско.» width=»» height=»» />

Можно увидеть высоковольтные провода, проходящие вверху, высоковольтые предохранители, ​и линию 120/240В, проходящую ниже. Видно, что к линии также подключено уличное освещение с индивидуальным сумеречным датчиком (это дешевле, чем прокладывать отдельную линию и собирать шкаф автоматики для управления освещением этой небольшой улицы).

Большинство приборов, расчитанных на это напряжение, можно использовать в нашей сети без какой-либо переделки.

Читайте так же:
Дистанционная розетка света с пультом
277 Вольт

На более крупных объектах, в дополнение к 120/240 В переменного тока, в здание подается трехфазное напряжение 480 В переменного тока в конфигурации «Звезда» (или Y), как показано на диаграме:

mv2.png/v1/fill/w_180,h_134,al_c,usm_0.66_1.00_0.01,blur_2/277V.png» alt=»Диаграма получения напряжения 277В» width=»» height=»» />

Трехфазное напряжение 480 В используется для питания крупного электрического оборудования. Например такого, как зарядные устройства вилочных погрузчиков и промышленные станки. При этом, более высоком напряжении, нагрузка потребляет меньше тока, что позволяет использовать провода меньшего сечения, а ток равномерно сбалансирован в каждой фазе. Это улучшает как распределение энергии, так и эффективность генерации.

Измерив фазное напряжение (между фазой и нейтралью), мы получим 277В переменного тока (480В, деленное на квадратный корень из 3). Это напряжение используется в США для питания больших систем освещения и HVAC (отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха). Использование 277В вместо 120В снижает токи, потребляемые осветительными приборами, более чем на 50%, обеспечивая меньшее сечение проводов (с меньшим весом), т.е. более дешевую электропроводку. К источнику питания 277 В можно подключить больше осветительных приборов, чем к источнику на 120 В. Также снижаются потери мощности в проводке (P = I² x R).

Сам факт существования источников питания 277 В в коммерческих зданиях был малоизвестен до появления в конце 2000-х годов светодиодного освещения. До этого индустрия источников питания была сосредоточена на устройствах, работающих в диапазоне от 85 до 265 В переменного тока. Поскольку для светодиодов требуется постоянный ток низкого напряжения, на рынке появились драйверы светодиодов, способные работать при входном напряжении от 90 до 305 В переменного тока. Этот диапазон напряжения охватывает номиналы 100 В, 120 В, 230 В и 277 В переменного тока (с нормативным допуском +/- 10%), что позволяет использовать их во всем мире.

В настоящее время, в некоторых системах управления автоматизацией зданий для питания автоматики жалюзи и маркиз, поддержания климата, и безопасности также применяется напряжение 277 В. Часто контроллеры и мониторы располагаются в местах, где нет 120 В, но присутствует 277 В.

Надеюсь, эта информация будет полезной, и я не слишком утомил Вас физикой процесса извлечения нужного напряжения. Статья поможет Вам с выбором электроприборов, способных работать в европейских сетях 230 Вольт.

mv2.jpg/v1/fill/w_267,h_179,al_c,q_80,usm_0.66_1.00_0.01,blur_2/SF-Electricity2.jpg» alt=»Деревянные столбы и трансформаторы на улице в Сан-Франциско » width=»» height=»» />

Читайте так же:
Выключатель света бмв е36

Что такое электрический ток?

Из школьного курса физики известно, что электричество – это поток электронов, упорядоченно перемещающихся в проводнике. Пока источника электричества нет, электроны движутся в проводнике хаотически, в разных направлениях. Если суммировать траектории всех заряженных частиц, получится ноль. Поэтому кусок металла не бьет током.

Если металлический предмет подсоединить к электрической цепи, все электроны в нем выстроятся в цепочку и потекут от одного полюса к другому. Насколько быстро произойдет упорядочение? Со скоростью света в вакууме. Но это не означает, что электроны полетели от одного полюса к другому также стремительно. Это заблуждение. Просто люди настолько привыкли к утверждению, что электричество распространяется так же быстро как свет, что не особо задумываются над деталями.

Что такое среднее значение переменного напряжения?

Ещё одним параметром переменного напряжения, который его характеризует, является средним значением переменного напряжения. В отличие от действующего значения переменного напряжения, которое характеризует работу переменного напряжения, среднее значение напряжения характеризует количество электричества, которое перемещается из одной точки цепи в другую, под действием переменного напряжения. Среднее значение напряжения за период определяется следующим выражением

где Т – период переменного напряжения,

fu(t) – функциональная зависимость напряжения от времени.

Таким образом, среднее значение переменного напряжения численно будет равно высоте прямоугольника с основанием T, площадь которого равна площади, ограниченной функцией fu(t) и осью Ox за период Т.

Среднее значение переменного напряжения

Среднее значение переменного напряжения.

В случае синусоидальной функции, можно говорить только о среднем значении за полупериод, так как в течение всего периода положительная полуволна компенсируется отрицательной полуволной, и тогда среднее за период напряжение будет равно нулю.

Таким образом, среднее за полупериод Т/2 значение переменного напряжения синусоидальной формы будет равно

где Um – максимальное значение напряжения или амплитуда,

ω –угловая частота, скорость изменения аргумента (угла).

Преобразование переменного тока в постоянный

Из переменного тока, можно получить постоянный ток, для этого достаточно подключить сети переменного тока диодный мост или как его еще называют “выпрямитель” . Из названия “выпрямитель” как нельзя лучше понятно, что делает диодный мост, он выпрямляет синусоиду переменного тока в прямую линию тем самым заставляя двигаться электроны в одном направлении.

что такое диод и как работает диодный мост , ты можешь узнать в моих следующих статьях.

Презентация "Трехфазные электрические цепи переменного тока"

Спасибо за Вашу оценку. Если хотите, чтобы Ваше имя
стало известно автору, войдите на сайт как пользователь
и нажмите Спасибо еще раз. Ваше имя появится на этой стрнице.

Читайте так же:
Допустимый ток кабеля от сеч

Есть мнение?
Оставьте комментарий

Упражнения на технику чтения и понимания прочитанного

Тонкости и секреты работы в Яндекс.Почте

Как работать с детьми с СДВГ в обычном классе?

2007-2021 «Педагогическое сообщество Екатерины Пашковой — PEDSOVET.SU».
12+ Свидетельство о регистрации СМИ: Эл №ФС77-41726 от 20.08.2010 г. Выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций.
Адрес редакции: 603111, г. Нижний Новгород, ул. Раевского 15-45
Адрес учредителя: 603111, г. Нижний Новгород, ул. Раевского 15-45
Учредитель, главный редактор: Пашкова Екатерина Ивановна
Контакты: +7-920-0-777-397, info@pedsovet.su
Домен: https://pedsovet.su/
Копирование материалов сайта строго запрещено, регулярно отслеживается и преследуется по закону.

Отправляя материал на сайт, автор безвозмездно, без требования авторского вознаграждения, передает редакции права на использование материалов в коммерческих или некоммерческих целях, в частности, право на воспроизведение, публичный показ, перевод и переработку произведения, доведение до всеобщего сведения — в соотв. с ГК РФ. (ст. 1270 и др.). См. также Правила публикации конкретного типа материала. Мнение редакции может не совпадать с точкой зрения авторов.

Для подтверждения подлинности выданных сайтом документов сделайте запрос в редакцию.

О работе с сайтом

Мы используем cookie.

Публикуя материалы на сайте (комментарии, статьи, разработки и др.), пользователи берут на себя всю ответственность за содержание материалов и разрешение любых спорных вопросов с третьми лицами.

При этом редакция сайта готова оказывать всяческую поддержку как в публикации, так и других вопросах.

Если вы обнаружили, что на нашем сайте незаконно используются материалы, сообщите администратору — материалы будут удалены.

Где используется переменный ток

Переменный ток лежит в основе принципа действия большинства известных сегодня приборов. Проще сказать, где применяется постоянный, читатели сделают выводы:

  1. Постоянный ток применяется в аккумуляторах. Переменный порождает движение – не может храниться современными устройствами. Потом в приборе электричество преобразуется в нужную форму.
  2. КПД коллекторных двигателей постоянного тока выше. По этой причине выгодно применять указанные разновидности.
  3. При помощи постоянного тока действуют магниты. К примеру, домофонов.
  4. Постоянное напряжение применяется электроникой. Потребляемый ток варьируется в некоторых пределах. В промышленности носит название постоянного.
  5. Постоянное напряжение применяется кинескопами для создания потенциала, увеличения эмиссии катода. Случаи назовем аналогами блоков питания полупроводниковой техники, хотя иногда различие значительно.
Читайте так же:
Как выключать выключатель с подсветкой

В остальных случаях переменный ток выказывает весомое преимущество. Трансформаторы – неотъемлемая составляющая техники. Даже в сварке далеко не всегда господствует постоянный ток, но в любом современном оборудовании этого типа имеется инвертор. Так гораздо проще и удобнее получить достойные технические характеристики.

Хотя исторически первыми получены были статические заряды. Вспомним шерсть и янтарь, с которыми работал Фалес Милетский.

  • alt=»Сила тока» width=»120″ height=»120″ />Сила тока
  • alt=»Трёхфазное напряжение» width=»120″ height=»120″ />Трёхфазное напряжение
  • alt=»Электрическая цепь» width=»120″ height=»120″ />Электрическая цепь
  • alt=»Трёхфазный ток» width=»120″ height=»120″ />Трёхфазный ток

Из этого текста так и неясно, кто же изобрел переменный ток и соответственно генератор переменного тока. А Фарадей все-таки экспериментировал с магнитными полями, в том числе и изменяющимися.

Тесла открыл для планеты переменный ток и создал чертежи очень многих электроприборов (изобретений). Затем раздавал патенты на это все окружающим “ученым” потому что сам – посвятил всю свою жизнь глобальным открытиям на благо человечества и не считал правильным тратить время на введение в обиход своих бытовых изобретений, потому и раздавал их ученым – чтобы те продолжили его дело, и человечество в результате получило конечные электро-продукты.
Достаточно почитать его биографию. Он даже семью не заводил потому, что любил все человечество сразу; и на благо человечества тратил каждую минуту своей жизни, забывая о себе.

Классификация электрических сетей по принципу построения

По принципу построения подразделяют электрические сети на замкнутые и разомкнутые.

Разомкнутая сеть – это совокупность разомкнутых линий получающих питание от одного общего источника питания ИП с одной стороны (рисунок ниже):

Разомкнутая система электроснабжения

Ее главным недостатком можно назвать прекращения питания всех электроприемников участка, на котором произошло отключение при обрыве линии.

В замкнутой системе все наоборот — питание поступает от двух источников ИП и при обрыве магистрали в любом месте питание электроприемников не прекратится. Ниже показана простейшая схема замкнутой сети:

Простейшая схема замкнутой сети питания электроприемников

Например, в случае обрыва магистрали в точке К электроприемники 1,2,3,4 будут получать питание по верхней магистрали, а 5,6,7,8 по нижней. В зависимости от требований надежности электроснабжения замкнутые системы могут иметь один и более источников питания. Ниже показан пример схемы с двухсторонним питанием:

Замкнутая сеть с двухсторонним питанием

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector