Как определить фазу и ноль
При любых работах с электропроводкой, будь то установка выключателя или что-то еще, всегда возникает необходимость в определении нулевых и фазовых проводов.
Честно говоря, это достаточно легкая процедура, но лишь при условии, что вы обладаете необходимыми навыками в работе с электричеством. В статье речь пойдет о том, как решить подобные вопросы.
Вводная часть о принципах работы электроприборов
Все мы знаем, что практически для всех домашних электроприборов необходима относительно небольшое напряжение — всего 220 вольт. И для того, чтобы подвести электрику к штепселю, нужно два провода (в некоторых случаях — три). Итак, вот они:
- Фазный.
- Нулевой.
- Заземление (если произойдет нарушение изоляции, то оно предотвратит удар током). И для чего же, спросите вы, простому обывателю знать о том, где фаза, а где ноль?
Прежде всего, это пригодится при собственноручной замене выключателя, если его следует установить конкретно на фазный провод.
Но не только их, а еще и бытовые приборы, работающие с проточной водой или имеющие железные корпуса. И чтобы подключить их, нужно задействовать не только ноль и фазу, но еще и заземление.
Существует три способа того, как определить фазу и ноль. Рассмотрим детально все их преимущества и недостатки.
Определяем фазу и ноль фазоиндикатором
В данном случае вам понадобится специальный пробник, или как его еще называют, индикатор. В целом это обычная плоская отвертка, имеющая пластиковую ручку, где и помещен визуальный датчик — неоновая или же полупроводниковая лампа.
Процедура определения фазы таким образом проста. Необходимо лишь прикоснуться концом инструмента к нужному проводу или же засунуть его в розетку. Если напряжение там будет присутствовать, то отвертка загорится слабым светом.
Стоит отметить, что это возможно при правильном применении отвертки: палец ладони, в которой находится инструмент, следует прижать к металлической части отвертки.
Это замкнет цикл между землей и проводкой, но бояться при этом не стоит, поскольку металлическая часть прибора существенно снижает напряжение.
Преимущества: простота и доступность способа, отвертку можно купить в любом магазине.
Недостатки: риск поражения электрическим током, пусть преимущественно и на психологическом уровне.
Видео по определению фазы и ноля индикаторной отверткой
Определяем фазу и ноль тестером
Здесь используется более современное устройство — фазовый тестер. Он позволит владельцу качественно измерять силу переменного или же постоянного напряжения. Для настройки прибора используется специальный вращающийся переключатель.
Также есть два щупа, первый из который необходимо засунуть в розетку, а второй крепко зажать в ладони. Если мы попадем на нулевую проводку, то на дисплее отобразится незначительное напряжение или же несколько нулей.
А если на фазовый — то напряжение будет существенно выше.
Преимущества: современное устройство, широкодоступное на отечественном рынке; более высокая точность измерений.
Недостатки: существенных нет.
Видео по определению фазы мультиметром
Определяем фазу и ноль по маркировке
Это, пожалуй, наиболее ненадежный способ. Суть его в следующем: на сегодняшний день все проводка современных домов обладает специальной цветовой маркировкой, смотря какое назначение определенного провода.
К примеру, к фазе подключается зачастую коричневый или черный провод, а тот, что к нулю, должен иметь голубые тона. Касательно заземляющего провода, то он выполняется в двух цветах — зеленом и желтом.
Жаль, конечно, но в нашей стране нередко халатность электриков приводит к тому, что правила игнорируются и влекут за собой самые непредсказуемые последствия.
Поэтому ни в коем случае не полагайтесь на добросовестность и профессионализм рабочих, устанавливающих в вашем доме электропроводку.
Рекомендуется лучше применить один из описанных способов. Более того, еще три года назад провода маркировались совсем по-другому. К примеру, провод для заземления был тогда черного цвета.
Когда фазный провод определен, мы его отгибаем и начинаем определять нулевой. К щитку внутри квартиры они прикреплены таким образом, что исключается система заземления как таковая. И если у вас есть доступ к щитку, то следует осведомиться о цвете провода, который проходит мимо автоматов, и выявить его.
А если по причине того, что вы желаете подстраховаться, или непосредственный доступ к щитку невозможен, то в любой момент можно использовать старое доброе средство — патрон с лампочкой, к которой подключены провода. Если один из них присоединить или же просто прикоснуться им к фазному проводу, а второй провод замыкать на двух оставшихся поочередно, то вы можете также определить нужные вам категории.
И, как бы противопоставляя этот метод более продвинутому, можно применить уже описанный нами прибор — фазометр.
В таком случае следует по очереди измерять различие напряжения (другими словами, потенциалов) между всеми проводами и уже определенными фазами. При этом категория фаза-ноль обязана существенно превышать все другие категории (земля-фаза).
Преимущества: относительная простота.
Недостатки: небезопасность.
Итак, мы вместе разобрались, как определить фазу и ноль.
[Всего: Средний: /5]Как определить ноль и фазу? Самые быстрые способы
На чтение 5 мин Просмотров 1.1к.
Часто при монтаже бытового электрооборудования мастеру важно знать, где находится «фаза». Такая необходимость возникает в тех случаях когда, например, требуется установить выключатель или подключить чувствительные к правильной фазировки электротехнические устройства.
Если выключатель света подключён правильно, то при положении «выкл» будет обесточен участок проводки который ведёт к патрону и можно абсолютно спокойно проводить монтажные работы в этом месте, например замену лампочки, не опасаясь удара электрическим током.
Определить наличие или отсутствие электрического тока в цепи «на глаз» не представляется возможным, поэтому стоит приобрести специальные приборы и инструменты.
Понадобиться могут:
- Индикаторная отвёртка.
- Тестер или мультиметр.
- Пассатижи.
Цена их, как правило, не велика. При выборе стоит отдать предпочтение только тем моделям, которые имеют надёжную изоляцию.
Устройство бытовых электрических сетей
Прежде чем приступать к такой ответственной операции как определение фазного провода необходимо очень хорошо понимать устройство бытовой электрической сети.
В отличие от сетей, по которым осуществляется передача электрической энергии от электростанций к трансформатору, напряжение в жилом доме или квартире составляет всего 220 вольт, но даже это напряжение может быть опасно для жизни и здоровья, а также являться причиной пожара, вследствие короткого замыкания.
Поэтому работать с электричеством можно только при условии соблюдения правил техники безопасности.
Бытовая электросеть, как правило, состоит из трёхжильного провода:
Разберём теперь более подробно каждый.
Что такое «фаза»?
«Фаза» или фазный провод это проводник, по которому в дом поступает электричество от поставщика электроэнергии. Отличается он от других жил кабеля наличием напряжения 220 в..
Но чтобы эксплуатировать электрический прибор или технику одного только фазного провода недостаточно.
Подобно тому, как и «пальчиковая» батарейка не сможет обеспечить электричеством какой — либо прибор, подключённый только одним полюсом, так и фазный провод нуждается ещё в одном проводнике имя которому — «ноль».
Что такое ноль, и как его определить?
«Ноль» — это проводник, который протянут от генератора электростанции к потребителям, и хотя в нём электрический ток практически отсутствует, это полноправный участник в отношениях по передаче электрического тока по металлическим проводам.
Определить ноль совершенно не сложно. Для этой цели можно использовать мультиметр или тестер. Если замеры проводятся с помощью мультиметра, то необходимо один из щупов подсоединить к какому-нибудь заземлённому предмету, а другой поочерёдно к проводам, когда прибор покажет напряжение 2 — 3 В. то тот провод, к которому был подсоединён щуп в данный момент и является нулевым.
В роли заземлённого проводника может выступать металлический радиатор системы отопления в период, когда в нём находится жидкость под давлением.
Что такое заземление?
В отличие от «фазы» и «ноля» заземление, если можно так сказать, является местным жителем. Заземление — это проводник, который подключён к земле непосредственно в месте нахождения дома, и служит, для того чтобы при пробое изоляции фазного провода на корпус устройства исключить поражение человека электрическим током.
Как отличить друг от друга фазу и ноль?
Для того чтобы отличить «фазу» от других проводов можно воспользоваться таким инструментом, как индикаторная отвёртка.
Если дотронуться до металлической части провода, жалом этой отвёртки при этом, придерживая противоположный торец указательным пальцем то индикатор, будет светиться при наличии фазного провода. Также можно определить «фазу» с помощью мультиметра.
Для этого необходимо включить прибор в режим измерения переменного тока.
Выставить максимально возможное напряжение на приборе. Минусовой щуп необходимо подсоединить к какому-нибудь заземлённому предмету, например, к радиатору отопления, а другой попеременно подключать к проводникам.
Когда прибор покажет напряжение, которое примерно равно 220 В. то проводник, к которому вы подключились и есть фазный провод.
Как определить «фазу» и «ноль» без измерительных приборов.
Для того чтобы обнаружить фазу можно использовать проверенный временем, очень простой и недорогой способ.
С помощью обыкновенного патрона с лампой накаливания несложно определить пару «ноль» — «фаза».
Нужно взять патрон и два провода, которые отходят от него попеременно подсоединять к проводам с предполагаемыми фазным и нулевым проводами.
Когда же лампочка загорится это будет означать что один из подключённых проводов является фазным. Теперь останется узнать какой именно. Очень просто это сделать если в электрической сети включена система УЗО. В этом случае если подключить патрон с лампой одним концом к третьему проводу, который является в данном случае заземлением, а другой попеременно к другим проводникам.
В момент, когда произойдёт автоматическое отключение электричества, будет означать то, что второй провод, к которому вы подсоединили щуп мультиметра, является «фазой». Соответственно третий проводник будет «ноль».
Если нет УЗО то после определения пары «фаза» — «ноль», один провод следует подключить к заземлению, а второй будет слегка искрить при соприкосновении с «фазой».
Заблуждения, которые могут возникнуть при определения фазного провода.
Это не совсем заблуждения, просто, если следовать этому способу определения
фазы можно неправильно сделать вывод о том, где именно она находится.
Способ определения фазы по цвету провода
Если рабочие, которые занимались монтажом проводки сделали всё правильно то фазный провод должен быть чёрного или коричневого цвета.
Но полностью полагаться на такой способ определения фазы нельзя, т. к. не исключено, что при подключении, провода просто перепутали. И вместо фазного провода чёрного цвета там будет «земля» или «ноль».
В заключении стоит отметить, что заниматься самостоятельными электромонтажными работами стоит только в том случае если вы очень хорошо разбираетесь в том, что делаете, в противном случае стоит обратиться к специалистам, которые выполнят работы по монтажу проводки, качественно и в срок.
Как определить фазу и ноль — Построй свой дом
Любые электромонтажные работы в частном доме связаны с определением назначения жил проводки. Если сказать проще, возникает необходимость определить фазу и «ноль», а также заземляющий провод. Эта несложная для профессиональных электромонтеров задача порой ставит в тупик тех, кто мало знаком с правилами устройства электрических сетей.
Устройство бытовых электрических сетей
В предыдущей статье мы уже говорили, что при технологическом присоединении вашего дома, вам подводится трехфазное напряжение 380 В. Разводка по дому имеет напряжение 220 В, так как она подключена к одной из фаз и нулевому проводнику. Кроме того, правильно смонтированная бытовая проводка должна быть обязательно заземлена. О том, как устроен заземляющий контур мы говорили в предыдущей статье. В домах старой застройки заземляющего проводника может и не быть. Таким образом, при монтаже проводки и электроприборов необходимо знать назначение каждого из двух или трех проводов.
Правила подключения электрических приборов
Также следует знать правила подключения различных приборов. При монтаже обычной розетки подключение фазного и нулевого провода производится к клеммам в произвольном порядке, а заземляющий провод, при его наличии, подключают к медной или латунной шине.
В выключатель подключают фазный провод, чтобы при его отключении в патроне осветительного прибора не было напряжения. Это обеспечит безопасность при смене ламп. Сложные бытовые приборы необходимо подключать в обязательном соответствии с маркировкой проводов, в противном случае безопасность их использования не гарантирована.Приборы и инструменты для электромонтажных работ
Прежде чем приступить к электромонтажным работам и определить фазу и ноль в проводке, необходимо подготовить необходимые приборы и инструмент:
- Мультиметр стрелочный или цифровой;
- Индикаторную отвертку или тестер;
- Маркер;
- Пассатижи;
- Нож для зачистки изоляции.
Также вам необходимо выяснить, где расположена защитная аппаратура: автоматические выключатели и УЗО. Обычно их устанавливают в распределительном щитке. Все операции по подключению электроаппаратуры и зачистке проводов необходимо проводить при отключенных автоматах.
Правила работы с индикаторной отверткой
Чтобы проверить фазу с помощью индикаторной отвертки необходимо зажать отвертку между большим и средним пальцем руки, не касаясь не изолированной части. Указательным пальцем дотронуться до металлического пятачка на торце ручки. Металлическим концом отвертки прикасаются к оголенным концам проводов. Если провод фазный, загорится светодиод.
Визуальный метод определения фазы
Если проводка выполнена по всем правилам, то определить фазу, ноль и заземляющий проводник в распределительной коробке можно по цвету изоляции. Заземление имеет двухцветную желто-зеленую окраску, изоляция нулевого провода бывает синей или голубой, а фазный провод может быть белым, черным или коричневым. Убедиться в правильности подключения можно с помощью визуального осмотра, при этом необходимо проверить соответствие цвета изоляции не только в щитке, но и в распределительных коробках. Для этого необходимо сделать следующие действия:
- Откройте щиток и осмотрите автоматические выключатели.
В зависимости от расчетной нагрузки их количество может быть разным. Через автоматы может быть подключен только фазный провод. Заземляющий проводник подключают всегда сразу к шине. Проверьте соответствие цветовой маркировки всех проводов. - Если в щитке цвет изоляции кабеля, уходящего в квартиру, соответствует правилам, вскройте все распределительные коробки и осмотрите соединения проводов. В них цвета изоляции нуля и заземляющего провода также не должны быть перепутаны.
- К фазе в распределительных коробках бывают подключены выключатели. Часто монтаж выполняют двужильным проводом, имеющим другие цвета изоляции, например, белый и бело-голубой. Это не должно вас смутить.
В зависимости от расчетной нагрузки их количество может быть разным. Через автоматы может быть подключен только фазный провод. Заземляющий проводник подключают всегда сразу к шине. Проверьте соответствие цветовой маркировки всех проводов.
Определение фазы, нуля и заземляющего провода
Если сеть трех проводная и выполнена проводом одного цвета, либо вы не уверены в правильности подключения проводов, необходимо определять назначение проводников перед установкой каждого элемента сети.
- Определите фазный провод с помощью индикаторной отвертки и отметьте его маркером.
- Для определения нулевого и заземляющего провода понадобится мультиметр. Как известно, из-за перекоса фаз в нулевом проводе может появиться напряжение. Его величина обычно не превышает 30В. Установите мультиметр в режим измерения напряжения переменного тока. Одним щупом прикоснитесь к фазному проводу, вторым поочередно к двум другим проводам. Там, где значение напряжения окажется меньше, вторым проводом будет являться нулевой проводник.
- Если значение напряжения одинаково, необходимо измерить сопротивление заземляющего провода. Для этого уже определенный фазный провод лучше изолировать, чтобы избежать случайного прикосновения к нему. Мультиметр ставят в режим измерения сопротивления. Находят заведомо заземленный элемент, например, трубу или батарею. Зачищают при необходимости краску и прикасаются одним щупом мультиметра к металлу, а другим поочередно к проводникам, назначение которых неясно. Сопротивление заземляющего провода по отношению к заземленным элементам не должно превышать 4 Ом, сопротивление нулевого провода будет больше.
- Измерение сопротивления может также быть недостоверным, если нейтраль заземлена в щитке. В этом случае вам нужно найти заземляющий проводник, присоединенный к шине внутри щитка, и отключить его. После этой операции необходимо взять патрон с лампой и подключенными проводами, зачистить их концы и подключить один провод лампы к фазному проводу, а второй поочередно к двум другим. Лампа загорится при касании нулевого проводника.
Если все указанные рекомендации, как определить фазу и ноль, не привели к желаемому результату, лучше обратиться к профессиональным электрикам, которые с помощью специальных приборов произведут прозвонку всех цепей. Не забывайте, что речь идет о вашей безопасности.
В следующей статье я расскажу о видах ламп и цоколей.
РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ:
Как определить фазу и ноль правильно: советы и рекомендации
Категория: Электромонтажные работы
Для того чтобы починить розетку или подключить люстру, не обязательно звать на помощь электрика.
Все эти работы при наличии определенного минимума знаний может выполнить даже школьник. Чтобы освоить элементарные навыки работы с электрической проводкой в квартире или частом доме необходимо сначала понять принцип устройства электросети, а также обзавестись индикаторной отверткой и недорогим тестером со стрелочной или цифровой индикацией, который называется мультиметром в связи с возможностью измерения сразу нескольких электрических параметров (сила тока, напряжение, сопротивление). Кроме того, для снятия изоляции, резания, сжатия или скрутки проводов, необходимо купить в магазине пассатижи, кусачки, нож и набор отверток различного размера. При этом необходимо чтобы весь инструмент имел надежные рукоятки, изготовленные из изоляционного материала. Из материалов нужна будет только изоляционная лента и клемники, позволяющие быстро соединять провода внутри коробок.
Перед тем, как приступать к подключению или починке электрического устройства или к ремонту электропроводки своими руками, необходимо в первую очередь понять, что представляют собой такие понятия, как фаза и ноль, которыми обычно оперируют электрики.
Давайте рассмотрим, чем они отличаются, и как определить фазу и ноль при помощи различных приборов.
Что такое фаза?
Как известно, генератор, который вырабатывает электроэнергию, в сущности, представляет собой несколько огромных катушек провода, в которых возбуждается электрический ток движением постоянных магнитов. Все эти катушки соединены между собой таким образом, что один конец каждой из них соединен с землей (заземление), а другой представляет собой изолированный проводник, идущий к потребителям в виде воздушной линии или изолированного провода. Соответственно, один из двух проводов, которые заведены в квартиру, протянут от заземленного конца катушек электростанции, и представляет собой так называемый «ноль», а другой, который не соединен с землей, называется «фаза».
Как известно, в обычной бытовой розетке всегда есть ноль и одна фаза. В квартирах заведена всегда только одна фаза и ноль, поскольку все бытовые приборы и оборудование рассчитаны на однофазное питание.
Однако от электростанции к потребителям идет всегда три фазы и ноль. Так куда же деваются еще две фазы? Почему их нет в квартире? На этот вопрос ответ находится в подвале многоэтажного дома, где установлен силовой щит. К нему подведены все три фазы, которые затем распределяются равномерно между квартирами для обеспечения одинаковой нагрузки.
Что такое ноль и заземление?
Гораздо проще обстоит дело с нолем. Этот проводник должен быть везде, вне зависимости от количества фаз в помещении. Как уже упоминалось, на электростанции ноль заземлен. Тогда почему же к розетке подведены три провода? Третий провод – это заземление, которое необходимо из соображения безопасности эксплуатации бытовых (и промышленных, кстати, тоже) электроприборов.
Дело в том, что если произойдет разрыв нулевого провода к объекту (жилому дому, предприятию, отдельному помещению), внутри объекта окажется только один (либо три) фазный провод, который подключен к огромному количеству различных устройств и приборов. Это значительно повышает вероятность поражения людей электрическим током путем прикосновения к металлическому корпусу или деталям прибора. Именно поэтому все корпуса бытового и промышленного оборудования дополнительно заземляются непосредственно на месте подключения и эксплуатации.
Как отличить друг от друга фазу и ноль?
Для начала отметим, что сегодня приобрела популярность цветовая маркировка проводов, согласно которой заземление должно представлять собой провод желто-зеленого цвета (зеленый с желтой полоской), фазный провод – в коричневой изоляции, и ноль – в синей (голубой). В случае наличия трех фаз остальные две фазы должны быть серого и черного цвета. Однако не рекомендуется доверять визуальному определению, поскольку во многих случаях оно является ошибочным.
Итак, как найти фазу и ноль, если провода не промаркированы или же вы не доверяете цветной маркировке? В бытовых условиях это можно сделать при помощи нескольких приборов: самодельного индикатора (так называемой «контрольки»), индикаторной отвертки и тестера (мультиметра).
В первых двух случаях используется один и тот же принцип, который заключается в том, что между нулем и заземлением не должно быть разницы потенциалов (напряжения). В случае использования индикаторной отвертки проверяется каждый провод отдельно.
Итак, «контролька» – это классическое, хотя и примитивное, самодельное устройство, которое представляет собой небольшую лампочку на 220 вольт с патроном и двумя проводами длиной в несколько десятков сантиметров. «Контролькой» можно легко проверить наличие напряжения в розетке, сунув проводки в отверстия, а также определить таким же методом работоспособность проводки, которая идет к люстре, если она не работает. Для этого нужно лишь подключить «контрольку» параллельно проводам, к которым подключен осветительный прибор. Фаза определяется этим способом путем прикладывания одного провода «контрольки» к заземлению, а другого поочередно к проводам фазы и ноля. В данном случае от ноля лампочка, естественно, не будет светиться, а от фазы зажжется.
При определении мультиметром его необходимо включить в режим измерения переменного напряжения не менее 250 вольт. Принцип определения ноля и фазы точно такой же, как в предыдущем случае, просто индикатором в данном случае будет не лампочка, а стрелка или цифровые сегменты прибора. Преимущество в данном случае заключается в том, что тестером можно еще измерить величину напряжения. Один щуп (провод) прибора подключаем на землю, а вторым ищем ноль и фазу. При прикосновении к нулевому проводу стрелка отклоняться не будет, а на фазном проводе мультиметр покажет напряжение в 220 вольт (разумеется, с небольшой погрешностью).
Дополнительные рекомендации
Так чем же лучше всего воспользоваться, чтобы найти ноль и фазу в розетке? Неужели нельзя воспользоваться самодельной «контролькой» и отказаться от покупки других приборов? Конечно же можно, однако стоимость индикаторной отвертки копеечная, а в использовании она гораздо удобнее лампочки с патроном. Кроме того, некоторые современные отвертки имеют очень высокую чувствительность и способны индицировать фазный провод даже на расстоянии в несколько сантиметров.
Что касается мультиметра, его целесообразно приобрести тем, кто ближе знаком с электрическими приборами и электроникой. Этот прибор имеет широкие функциональные возможности в плане измерения различных электрических величин, поэтому он пригодится далеко не каждому человеку.
Избрав для себя оптимальный способ определения фазы и ноля, помните, что все электрические работы связаны с опасностью поражения током, поэтому строго соблюдайте правила техники безопасности при работе с электроприборами! Более наглядно процесс определения фазы и ноля изложен в видео к этому уроку.
Как определить фазу и ноль без приборов как найти мультиметром
В состав любого кабеля в обязательном порядке входит одна нулевая жила и одна либо несколько фазных.
От правильного определения функционального назначения жил кабеля зависит простота монтажа и эксплуатации системы электроснабжения, а также безопасность лиц, обслуживающих ее и производящих какие-либо электромонтажные работы.
Основные понятия
Давайте сперва разберемся, что такое ноль и фаза в электричестве.
Итак, фаза в электричестве – это проводник, по которому электрический ток движется в направлении энергопринимающего устройства. Ноль, в свою очередь, является проводником, по которому электрический ток движется в обратном направлении.
Современные требования, предъявляемые к безопасности организации электрических сетей, предполагают также наличие еще одного проводника в составе токоведущего кабеля, который будет выполнять защитную функцию. Заземляющий проводник – это элемент, преднамеренно соединенный с заземляющим контуром и предназначенный для того, чтобы уберечь человека от поражения электрическим током.
Неправильное определение, а также соединение нулевых и фазных жил токоведущего кабеля может привести к непредвиденным ситуациям – короткому замыканию, выходу из строя дорогостоящего оборудования и поражению человека электрическим током.
По этой причине чрезвычайно важно уметь отличать фазный и нулевой проводники.
Как отличить фазу от нуля
Существует целый ряд способов – как профессиональных, так и не очень – для определения функционального назначения проводников, входящих в состав кабеля.
С применением мультиметра
Как мультиметром определить фазу и ноль
Просто и надежно определить, где ноль, а где фаза в электропроводке, можно при помощи мультиметра (тестера). Прежде всего, необходимо включить мультиметр в режим измерения переменного напряжения и выбираем подходящий предел измерения (выше напряжения в электрической сети). Далее вы можете избрать один из описанных ниже способов идентификации фазного проводника.
- Один из щупов мультиметра зажимается пальцами, другим необходимо коснуться той или иной жилы токоведущего кабеля. В случае соприкосновения щупа с фазой на дисплее мультиметра отобразится показание, приближенное к 220 В.
- Если вы ни в коем случае не желаете прикасаться к щупам мультиметра руками, то один из них, как и в предыдущем случае, скоммутируйте с идентифицируемым контактом, а другим дотроньтесь до оштукатуренной стены либо заведомо заземленной металлической поверхности.
- Как упоминалось выше, в современных системах электроснабжения предусмотрен также заземляющий проводник. Чтобы разобраться в назначении жил трехжильного либо многожильного кабеля следует попеременно касаться пар проводов щупами мультиметра. На его дисплее при контакте с фазой и нулем, а также с фазой и заземлением будет отображаться значение напряжения, близкое к 220 В (при этом фаза и заземление дают меньшее значение, нежели фаза и ноль). При одновременном касании щупами нулевого и заземляющего проводов, как и при касании двух фаз, на дисплее мультиметра будет «0».
Важно! При идентификации проводников по первому из вышеописанных методов обязательно убедитесь в том, что мультиметр включен в режим измерения напряжения, до того, как будете касаться пальцами одного из его щупов.
Как определить ноль и фазу индикаторной отверткой или отверткой для прозвонки сети
Со специальной индикаторной отверткой работать еще проще. Этот инструмент внешне очень похож на отвертку обыкновенную, но имеет относительно непростую внутреннюю конструкцию.
Такую отвертку в народе также называют «контролькой».
Индикаторные отвертки
Важно! Не следует применять индикаторную отвертку для осуществления манипуляций над винтовыми соединениями (откручивания винтов и их закручивания). Такие действия являются наиболее распространенной причиной выхода из строя описываемого устройства.
Для того, чтобы определить функциональное назначение кабельных жил с ее помощью, нужно просто поочередно коснуться каждой из них жалом данного инструмента, нажимая при этом специальную кнопку в торцевой его части. Если в процессе указанных манипуляций светодиодная лампочка на отвертке загорится, значит, вы касаетесь фазного проводника, в противном случае – нулевого.
Не стоит путать индикаторную отвертку с отверткой, предназначенной для прозвонки сети. Последней также можно определить функционал той или иной жилы, однако нажимать на металлическую пластину в ее верхней части не нужно – иначе отвертка будет светиться в любом случае.
Отвертка для прозвонки сети предусматривает в своей конструкции наличие батареек.
Визуальное определения фазы и нуля
При отсутствии вышеупомянутого инструментария вы можете задаться вопросом, как определить фазу и ноль без приборов. Одним из таких способов является их визуальная идентификация. Дело в том, что в соответствии с требованиями к монтажу электропроводки изоляция каждой жилы кабеля должна быть окрашена в свой собственный цвет.
При этом если с заземлением и нулем все понятно – они должны иметь желто-зеленую (желтую, зеленую) и синюю (голубую) окраску соответственно, то изоляционный слой фазного провода может быть выполнен в одном из следующих цветов: коричневый, черный, серый, а также красный, фиолетовый, розовый, белый, оранжевый, бирюзовый, — в зависимости от действующих на момент прокладки кабельной трассы нормативов.
По цвету проводки
Помимо цветовой, имеет место и буквенно-цифровая маркировка кабельных жил. В соответствии с ней ноль, фаза и земля обозначаются соответственно буквами N (neutral), L (line), PE (protectearth).
Контрольная лампочка
Еще один способ решения вопроса, как найти фазу и ноль без приборов, это самостоятельная сборка так называемой контрольной лампочки. Для ее изготовления потребуется обыкновенная лампа накаливания, подходящий к ней патрон, а также два отрезка медного провода (примерно по 50 сантиметров длиной).
Лампочка вкручивается в патрон, а проводники подключаются к его контактам. Другой конец одного из проводников необходимо закрепить на зачищенном до металлического блеска радиаторе системы отопления (либо на иной заведомо заземленной поверхности), а другим концом второго следует попеременно касаться проводников неопределенного функционала. При этом во время контакта с фазным проводом лампочка должна начать светиться.
Важно! В случае планирования систематического использования контрольной лампочки целесообразно ее саму поместить в защитный кожух, а к концам подсоединенных к патрону проводников прикрепить щупы (как у мультиметра).
Контрольной лампочкой
Контрольная картофелина
Название данного подраздела звучит весьма абсурдно, но тем не менее можно определить функциональное назначение токоведущих жил электрического кабеля и при помощи обыкновенной картофелины.
Как и в вышеописанном методе с использованием самодельной контрольной лампочки, нам понадобятся два пятидесятисантиметровыхпровода.
Картофель разрезается пополам и в срез овоща на довольно приличном друг от друга расстоянии вставляются подготовленные проводники. Далее конец одного размещается на отопительной батарее(либо на иной заведомо заземленной поверхности), а конец другого соединяется с идентифицируемой жилой кабеля. Чтобы получить результат, придется подождать пять-десять минут. Если по прошествии указанного времени на срезе картофелины образовалось темное пятно, значит вы проверяли фазный проводник. Если изменений не произошло – нулевой.
Важно! Последние два из вышеописанных методов идентификации функционала токоведущих проводников кабеля системы электроснабжения вы используете на свой страх и риск. При работе с такого рода конструкциями следует соблюдать предельную осторожность, чтобы не получить поражение электрическим током.
Разобравшись с тем, что такое фаза и ноль в электричестве, а также найдя для себя сразу несколько ответов на вопрос, как найти эти самые фазу и ноль в проводке, вы можете выбрать любой подходящий для вас способ.
Тем не менее, для того, чтобы проверить фазу и ноль, рекомендуем вам такие методы, как проверка тестером либо специализированной отверткой.
Как определить фазу и ноль
Во время ремонта нередки случаи, когда возникает необходимость поменять, поставить или подключить розетки, выключатели, а также всевозможную аппаратуру непосредственно к сети. Вот в таких ситуациях важно уметь определять, расположение проводов с фазой, нулем, а также проводник заземления.
Для мастеров-электромонтеров это проще простого. А вот новичку нужно знать и теорию, прежде, чем начинать практику. Для начала следует разобраться с вопросами:
- чем отличается фаза от нуля?
- для чего нужно заземление?
Итак, энергетическая сеть — это система, где все провода распределены между фазами, которых всего лишь три.
В априори напряжение между фазами протекает по прямой. Здесь оно равно 380 вольтам.
Логично, что мы задаем вопрос: почему на розетках напряжение на 140 единиц меньше. Вся загвоздка заключается в разности потенциалов нулевого провода и одной из фаз. Иначе говоря, это главное отличие линейного напряжения от привычного нам, которое среди мастеров известно как фазное.
Краткое содержимое статьи:
Особенность электросети в быту
Перед тем, как электричество будет распределено по зданию, напряжение в него поступит линейное. Уже в квартирах проводка подключена к одной из фаз и к нулевому проводнику. Таким образом, напряжение, которое поступает к потребителю, снижается.
Обратите внимание, что при правильном монтаже бытовой проводки обязательным в наличие является заземление. Существуют постройки, в которых возможно отсутствие заземляющих проводников. Зачастую это очень старые здания. Прежде, чем начинать работу, требуется выяснить, для чего нужен каждый кабель.
Необходимые приспособления
Вы уже готовы браться за дело, однако не спешите и обязательно ознакомьтесь с инструкцией, как определить фазу и ноль. Заранее следует позаботиться, чтобы в наличие были готовы к использованию приборы, которыми делаются замеры (индикаторная отвертка или тестер, мультиметр).
Соберите для себя набор, которым вы будете обрабатывать проводку. В него могут войти всевозможные ножи, пассатижи плоскогубцы и так далее. В процессе вам может пригодится хороший маркер, чтобы делать отметки.
Использование тестера
Тестер — инструмент, который по сути являет собой отвертку со светодиодом. Его называют индикатором и используют, если под рукой нету обычной отвертки. Ниже приводим алгоритм определения фазы и ноля индикаторной отверткой.
- Большим и средним пальцем зажмите устройство.
- Со стороны торца рукоятки поставьте указательный палец на специальный кружок из металла.
- Металлической стороной прикоснитесь к зачищенным от изоляции концам кабеля.
- Светодиод загорится, если провод, к которому вы дотронулись, содержит фазу.
Не забывайте соблюдать технику безопасности, когда работаете с электричеством. Особенно, если используете индикатор.
Дабы избежать неприятных последствий, рекомендуем придерживаться несложных правил:
- Во-первых, когда делаете проверку, ни в коем случае не дотрагивайтесь до металлической части прибора.
- Во-вторых, во избежание пробоя изоляции подготовьте прибор, очистите от всего, что может на него приклеится.
- В-третьих, бывают ситуации, когда требуется быть уверенным в отсутствии напряжения. Поэтому следует проверить, работает ли прибор.
Использование мультиметра
Аппарат, которым меряют напряжение, называется мультиметр. Он бывает двух видов: стрелочный и цифровой. Как определить фазу и ноль мультиметром, мы расскажем далее.
Перед началом измерений настройте устройство. Задайте границы измерения переменного тока (знак «~V» или «ACV»). Определите значение, что будет превышать 250 В (при использовании цифровых приборов чаще всего устанавливают 600, 750 или 1000 В). В один и тот же момент щупы устройства должны коснуться проводников. Таким образом вы определите напряжение, что на данный момент в наличие.
Интересно знать, что существуют приемы, знание которых поможет выяснить, где фаза, а где ее нет без использования техники.
Самым распространенным является визуальный метод. В некоторых случаях используют контрольную лампу, что должна работать от 220 В и быть не слишком мощной. Далее мы более подробно опишем использование этих способов.
Визуальный метод
Для опытного электромонтера не станет затруднением разобраться в проводке, лишь посмотрев на нее. Но новичку остается непонятно: как определить фазу по цвету проводов? Для этого достаточно выучить стандарт и запомнить:
- фазе соответствуют белый, коричневый красный, розовый, фиолетовый, оранжевый, бирюзовый и черный цвета;
- нулевой провод маркировали синие или голубые оттенки;
- для заземления всегда использовался только цвет хаки или желто-зеленые тона.
Если вы не уверенны, что подключение выполнено согласно стандартам и нормам, или проводка в вашем доме имеет изоляцию какого-то одного цвета, важно иметь на вооружение индикатор и пользоваться им каждый раз, когда закончили один этап и начинаете другой.
Использование лампы
Чтобы использовать контрольную лампу, необходимо одним ее щупом прикоснуться к проводу, фазу которого вы определяете, а другим — к заземлению. Провод, который станет источником света в лампе, и будет содержать фазу. Важно в этом случае знать, что делать, если проводка имеет 2 фазы, а заземления нет.
В роли него иногда служат трубы из металла, по которым подается холодная вода или отопление. Важно заранее зачистить те места, к которым будет касаться щуп.
Алгоритм визуального осмотра
Во-первых, откройте щиток. Внимательно рассмотрите автоматические выключатели, количество которых зависит от расчетной нагрузки.
К автоматам существует 2 варианта подключения:
- провод содержит только фазу;
- как фазу, так и ноль.
Провод заземления подключается непосредственно к шине.
Теперь, когда вы знаете значение расцветки и месторасположение кабелей, осталось лишь проверить, чтобы в щитке все соответствовало стандарту.
Далее, при условии, что в щитке ваша изоляция проводов соответствует правилам, необходимо открыть каждую распределительную коробку и визуально изучить состояние скруток. Здесь тоже не должно быть неточностей.
Очень часто бывают такие моменты, на которых не стоит заострять внимание. Например:.
- Распределительная коробка содержит выключатель, подсоединенный к фазе.
- Монтажники использовали провода с двумя жилами, изоляция которых отличалась от стандарта.
Важно помнить: даже если электромонтер придерживался всех правил и норм, когда делал проводку, а изоляция каждого кабеля соответствует нормативам, все равно проверьте фазный провод, используя индикаторную отвертку.
В обязательном порядке придерживайтесь правил техники безопасности и будьте осторожны и предельно внимательны, когда решаете вопросы с электричеством самостоятельно.
Фото советы как определить фазу и ноль
Как определить фазу и ноль без приборов?
Я электрик с большим стажем. Тридцать лет работаю с электричеством. Бывает, что меня спрашивают, как отличить фазу от нуля в отсутствии приборов. Вопрос не простой. Сейчас я попытаюсь рассказать все, что об этом знаю.
Фаза и ноль.
В чем разница?Строго говоря, фазный и нулевой проводники не имеют больших различий. В цепях переменного тока за одну секунду ток меняет направление пятьдесят раз. Как тут отличишь, какую функцию выполняет тот или иной провод? Единственное отличие между фазным и нулевым проводниками состоит в том, что «ноль» (нулевой проводник) соединен с Землей. Именно так. В землю закопан электрический контур и на подстанции один из выводов трансформатора соединен с этим контуром. Такая электрическая схема называется сетью с глухо заземленной нейтралью. В такой схеме нулевой провод имеет потенциал земли. Мы с вами тоже имеем потенциал земли. Поэтому, коснувшись заземленного проводника мы не получаем удар током.
Теперь, когда вы имеете представление о «нуле» перейдем к «фазе». Напряжение фазного проводника 50 раз в секунду меня меняет свою полярность относительно «нуля». В цепи фаза-ноль ток изменяет свое направление тоже 50 раз в секунду. Если ток потечет через тело человека, то это закончится очень плохо.
Поэтому проявляйте крайнюю осторожность.
На самом деле нет ни одного прибора, который бы «чувствовал» «фазу». Все приборы фиксируют, течет ли ток от данного конкретного провода на «землю» или нет. Даже однополюсный пробник, которым часто пользуются для обнаружения фазных проводов, работает по этому принципу. Сейчас мы не станем вдаваться в подробности работы таких пробников.
Ищем «фазу»
Если нам необходимо отличить фазу от ноля, то мы должны создать электрическую цепь, при помощи которой мы будем однозначно знать, течет ли ток от выбранного нами провода на «землю» или нет. На ум приходит несколько приборов, которые смогут нам помочь:
- лампочка,
- еще одна лампочка, неоновая,
- светодиод.
Есть еще один способ, очень ненадежный. В последнее время провода стали маркировать по расцветке изоляции. Нулевой провод имеет синий цвет, изоляция заземляющего провода имеет желто-зеленую расцветку. Но кто поручиться, что электрик выполнил подключение согласно правилам или он не был дальтоником?
«Дедовский» способ
Многие десятилетия электрики использовали электрическую лампочку в качестве измерительного прибора.
Лампа накаливания, патрон и два провода. Этот прибор назывался «контролькой». Для определения «фазы» одним выводом контрольки касались провода, другим металлического предмета, который заведомо соединен с землей. Это мог быть корпус щитка освещения, или другого распределительного устройства. По правилам они все заземляются. К сожалению, найти заземленный предмет не всегда возможно. Встречал советы, когда в качестве земли предлагали использовать трубы отопления или водопровода. Не советую категорически! Можно ударить током ни чего не подозревающего человека. Поверьте на слово. Если вы в собственном доме, на даче роль «земли» может выполнить металлический штырь забитый в землю, другие металлические предметы, имеющие надежное соединение с землей.
Контрольку запрещено использовать потому, что ее можно присоединить к двум фазным проводам. В этом случае напряжение на ней будет 1.7 раза выше напряжения сети, лампочка может просто взорваться. Если вы уверены, что один из проводов контрольки присоединен к земле, то опасаться взрыва не стоит.
Существуют более безопасные приборы. Случайно под рукой может оказаться индикаторная лампа от старой связной аппаратуры. Эти лампочки, «инки», начинают светиться, если один из выводов присоединен к фазному проводу. Однополюсные пробники оснащены подобными лампами.
Более серьезным прибором будет комбинация светодиода и соединенного с ним последовательно токоограничительного резистора. Понятно, что этот случай для людей, дружащих с паяльником, например радиолюбителей. Резистор должен иметь сопротивление несколько десятков килоомм.
Во избежание поражения током нужно следовать одному простому правилу. Во время измерений не касаться проводов и металла ни одной частью тела.
Как рассчитать фазовый сдвиг
Фазовый сдвиг — это небольшая разница между двумя волнами; в математике и электронике это задержка между двумя волнами с одинаковым периодом или частотой. Обычно фазовый сдвиг выражается в виде угла, который можно измерять в градусах или радианах, и угол может быть положительным или отрицательным.
Например, сдвиг фазы на +90 градусов составляет одну четверть полного цикла; в этом случае вторая волна опережает первую на 90 градусов. Вы можете рассчитать фазовый сдвиг, используя частоту волн и временную задержку между ними.
Синусоидальная функция и фаза
В математике тригонометрическая синусоидальная функция создает плавный волнообразный график, который циклически переключается между максимальным и минимальным значением, повторяясь каждые 360 градусов или 2 пи радиана. При нулевом градусе функция имеет нулевое значение. При 90 градусах он достигает максимального положительного значения. При 180 градусах он снова возвращается к нулю. При 270 градусах функция принимает максимальное отрицательное значение, а при 360 она возвращается к нулю, завершая один полный цикл.Углы больше 360 просто повторяют предыдущий цикл. Синусоидальная волна со сдвигом фазы начинается и заканчивается при значении, отличном от нуля, хотя во всех остальных отношениях она напоминает «стандартную» синусоидальную волну.
Выбор порядка волн
Расчет фазового сдвига включает сравнение двух волн, и часть этого сравнения выбирает, какая волна является «первой», а какая «второй». В электронике вторая волна обычно является выходом усилителя или другого устройства, а первая волна — входом.В математике первая волна может быть исходной функцией, а вторая — последующей или вторичной функцией. Например, первая функция может быть y = sin (x), а вторая функция может быть y = cos (x). Порядок волн не влияет на абсолютное значение фазового сдвига, но он определяет, является ли сдвиг положительным или отрицательным.
Сравнение волн
При сравнении двух волн расположите их так, чтобы они читались слева направо с использованием одного и того же угла оси x или единиц времени.Например, график для обоих может начинаться с 0 секунд. Найдите пик на второй волне и найдите соответствующий пик на первой. При поиске соответствующего пика оставайтесь в пределах одного полного цикла, иначе результат разности фаз будет неверным. Обратите внимание на значения по оси X для обоих пиков, затем вычтите их, чтобы найти разницу. Например, если вторая волна достигает пика на 0,002 секунды, а первая — на 0,001 секунды, то разница составляет 0,001–0,002 = -0,001 секунды.
Расчет фазового сдвига
Для расчета фазового сдвига вам нужны частота и период волн.Например, электронный генератор может генерировать синусоидальные волны с частотой 100 Гц. Разделение частоты на 1 дает период или продолжительность каждого цикла, поэтому 1/100 дает период 0,01 секунды. Уравнение фазового сдвига: ps = 360 * td / p, где ps — фазовый сдвиг в градусах, td — разница во времени между волнами, а p — период волны. Продолжая пример, 360 * -0,001 / 0,01 дает фазовый сдвиг -36 градусов. Поскольку результатом является отрицательное число, фазовый сдвиг также отрицательный; вторая волна отстает от первой на 36 градусов.Для разности фаз в радианах используйте 2 * pi * td / p; в нашем примере это будет 6,28 * -,001 / 0,01 или -,628 радиан.
Амплитуда, период, фазовый сдвиг и частота
Некоторые функции (например, синус и косинус) повторяются навсегда
и называются периодическими функциями .
Период переходит от одного пика к следующему (или от любой точки до следующей точки совпадения):
Амплитуда — это высота от центральной линии до пика (или до впадины).Или мы можем измерить высоту от самой высокой до самой низкой точки и разделить ее на 2.
Фазовый сдвиг показывает, насколько функция сдвинута на по горизонтали на от обычного положения.
Сдвиг по вертикали показывает, насколько функция сдвинута на по вертикали на от обычного положения.
Теперь все вместе!
Мы можем получить все в одном уравнении:
y = грех (B (x + C)) + D
- амплитуда А
- период 2π / B
- фазовый сдвиг C (плюс слева )
- вертикальный сдвиг D
А вот как это выглядит на графике:
Обратите внимание, что здесь мы используем радианы, а не градусы, а полный оборот равен 2π радианам.
Пример: sin (x)
Это основная неизмененная формула синуса. A = 1, B = 1, C = 0 и D = 0
Итак, амплитуда 1 , период 2π , нет сдвига фазы или вертикального сдвига:
Пример: 2 sin (4 (x — 0,5)) + 3
- амплитуда A = 2
- период 2π / B = 2π / 4 = π / 2
- фазовый сдвиг = -0.5 (или 0,5 вправо)
- вертикальный сдвиг D = 3
Прописью:
- 2 говорит нам, что он будет в 2 раза выше, чем обычно, поэтому Amplitude = 2
- , обычный период равен 2 π , но в нашем случае он «ускорен» (сокращен) 4 в 4 раза, поэтому Период = π / 2
- и −0,5 означает, что он будет смещен вправо на 0.5
- , наконец, +3 сообщает нам, что центральная линия y = +3, поэтому вертикальный сдвиг = 3
Вместо x мы можем иметь t (для времени) или, возможно, другие переменные:
Пример: 3 sin (100t + 1)
Сначала нам нужны скобки вокруг (t + 1), поэтому мы можем начать с деления 1 на 100:
3 sin (100t + 1) = 3 sin (100 (t + 0,01))
Теперь мы видим:
- амплитуда А = 3 Период
- равен 2π / 100 = 0. 02 π
- фазовый сдвиг C = 0,01 (влево)
- вертикальный сдвиг D = 0
02 π И получаем:
Частота
Частота — это то, как часто что-то происходит в единицу времени (на «1»).
Пример: Здесь синусоидальная функция повторяется 4 раза от 0 до 1:
Таким образом, частота равна 4
И период 1 4
Фактически Период и Частота связаны:
Частота = 1 Период
Период = 1 Частота
Пример из предыдущего: 3 sin (100 (t + 0.01))
Период 0,02 π
Итак, частота 1 0,02π знак равно 50 π
Еще несколько примеров:
| Период | Частота |
|---|---|
| 1 10 | 10 |
| 1 4 | 4 |
| 1 | 1 |
| 5 | 1 5 |
| 100 | 1 100 |
Когда частота составляет в секунду , это называется «Герц».
Пример: 50 Гц означает 50 раз в секунду
Чем быстрее он отскакивает, тем больше у него «Герц»!
Анимация
Фазовый угол— обзор
3.9.5 Унифицированный контроллер потока мощности
Унифицированный контроллер потока мощности (UPFC) является одним из самых передовых устройств FACTS и представляет собой комбинацию STATCOM и SSSC. Можно увидеть, что UPFC состоит из двух VSC, совместно использующих общий конденсатор на своей стороне постоянного тока, и единой системы управления.Два устройства связаны через канал постоянного тока, и комбинация обеспечивает двунаправленный поток реальной мощности между последовательным выходом SSSC и шунтирующим выходом STATCOM. Этот контроллер (UPFC) имеет возможность обеспечивать одновременную компенсацию действительной и реактивной последовательной линии без какого-либо внешнего источника электроэнергии. UPFC может иметь управляемую под углом последовательную подачу напряжения для управления напряжением передачи в дополнение к управлению импедансом линии и углом мощности.
Таким образом, UPFC может управлять потоком реальной мощности, потоком реактивной мощности в линии и величиной напряжения на выводах UPFC, а также может использоваться независимо для компенсации реактивной мощности шунта.Контроллер может быть настроен на управление одним или несколькими из этих параметров в любой комбинации.
На рис. 3.25 представлена схема UPFC, которая содержит STATCOM с SSSC. Поток активной мощности для последовательного блока (SSSC) получается из самой линии через шунтирующий блок (STATCOM). STATCOM используется для управления напряжением (или реактивной мощностью), а SSSC используется для управления реальной мощностью. UPFC — это полный контроллер FACTS для управления потоком как активной, так и реактивной мощности в линии.Активная мощность, необходимая для последовательного преобразователя, отбирается шунтирующим преобразователем от шины переменного тока (–) и подается на шину – по звену постоянного тока. Инвертированное переменное напряжение ( В, , ser ) на выходе последовательного преобразователя добавляется к напряжению передающего конечного узла В, i на стороне линии, чтобы повысить узловое напряжение на шине j .
Здесь можно отметить, что величина напряжения выходного напряжения | V ser | обеспечивает регулировку напряжения, а фазовый угол δ ser определяет режим управления потоком мощности.Дополнительное запоминающее устройство (а именно, сверхпроводящий магнит, подключенный к звену постоянного тока) через электронный интерфейс обеспечит расширение возможностей UPFC в управлении потоком реальной мощности.
Рисунок 3.25. Схема UPFC.
Помимо обеспечения вспомогательной роли в обмене активной мощностью между последовательным преобразователем и системой переменного тока, шунтирующий преобразователь может также генерировать или поглощать реактивную мощность, чтобы обеспечить независимое регулирование напряжения в точке соединения с система переменного тока.
Эквивалентная схема UPFC, показанная на рисунке 3.26, состоит из параллельно подключенного источника напряжения и последовательно подключенного источника напряжения. Уравнение ограничения активной мощности связывает два источника напряжения.
Два источника напряжения подключены к системе переменного тока через индуктивное сопротивление, представляющее трансформаторы VSC. Выражения для двух источников напряжения и уравнения ограничения будут такими:
Рисунок 3.26. Эквивалентная схема UPFC между двумя шинами i и j.
Vshr = | Vshr | cosδshr + jsinδshr
Vser = | Vser | cosδser + jsinδser
Re − VshrIshr * + VserIj * = 0
Здесь V δshr 9033 управляемая величина и фаза источника напряжения, представляющего шунтирующий преобразователь. Величина V ser и фазовый угол δ ser источника напряжения представляют последовательный преобразователь. Подобно шунтирующим и последовательным источникам напряжения, используемым для представления STATCOM и SSSC, соответственно, источники напряжения, используемые в приложении UPFC, также будут иметь контрольные пределы, т.е.е., В shr min ≤ V shr ≤ V shr max , 0 ≤ δ shr ≤ 2 π и V 90 ser10 ≤ ser ≤ V ser max , 0 ≤ δ ser ≤ 2 π соответственно.
Фазовый угол последовательно вводимого напряжения определяет режим управления потоком мощности. Следующие условия важны для понимания работы UPFC со ссылкой на его эквивалентную схему (рисунок 3.26):
- •
Если δ ser находится в фазе с углом напряжения узла δ i , UPFC регулирует напряжение на клеммах, и между и отсутствует поток активной мощности th и j th автобусы. Поток реактивной мощности можно контролировать, изменяя | V ser |.
- •
Если δ ser находится в квадратуре с δ i , поток активной мощности можно регулировать между i th и j th шинами, управляя δ ser и действует как фазовращатель.Между шинами i и j не будет потока реактивной мощности.
- •
Если δ ser находится в квадратуре с углом линейного тока, то он также может управлять потоком активной мощности, действуя как переменный последовательный компенсатор.
- •
Если δ ser находится между 0 ° и 90 °, он может управлять потоком как реальной, так и реактивной мощности в линии. Величина последовательно вводимого напряжения определяет величину регулируемого потока мощности.
- •
Моделирование потока мощности UPFC [ 2 ]
На основе эквивалентной схемы, показанной на рисунке 3.26, мы имеем
Ii = Vi − Vj Vi− VserYser + ( Vshr) Yshr = ViYser + Yshr − VjYser − VserYser − VshrYshr
и Ij = −Vi + Vj + VserYser
, т.е. = Vi00VjYser + Yshr * −Yser * −Yser * −Yshr * −Yser * Yser * Yser * 0Vi * Vj * Vser * Vshr *
(3.146) илиPi + jQiPj + jQj = Vi00VjGii − jBiiGij − jBijGij − jBijGi0 − jBi0Gji − jBjiGjj − jBjjGjj − jBjj0Vi * Vj * Vser * Vshr *
(3.147i = | P Gijcosδi − δj + Bijsin (δi − δj)} + | Vi || Vser | {Gijcosδi − δser + Bijsin (δi − δser)} + | V || Vshr | {Gi0cosδi − δshr + Bi0sin (δi − δshr)}
(3.
147b) Qi = — | Vi | 2Bii + | Vi || Vj | {Gijsinδi − δj − Bijcos (δi − δj)} + | V || Vser | {Gijsinδi − δser − Bijcos (δi − δser)} + | Vi || Vshr | {Gi0sinδi − δshr − Bi0cos (δi − δshr)}
(3.148a) Pj = | Vj | 2Gjj + | Vj || Vi | {Gjicosδj − δi + Bjisin (δj − δi)} + | Vj || Vser | {Gjjcosδj − δser + Bjjsin (δj − δser)}
(3.148b) Qj = — | Vj | 2Bjj + | Vj || Vi | {Gjisinδj − δi − Bjicos (δj − δi)} + | Vj || Vser | {Gjjsinδj − δser − Bjjcos (δj − δser)}
Активный мощность и реактивная мощность последовательного преобразователя (SSSC) следующие:
Sser = Pser + jQser = VserIj * = VserYji * Vi * + Yjj * Vj * + Yjj * Vser *
(3.149a) ∴Pser = | Vser | 2Gjj + | Vser || Vi | {Gjicosδser − δi + Bjisin (δser − δi)} + | Vser || Vj | {Gjjcosδser − δj + Bjjsin (δser − δj)}
(3.149b) Qser = — | Vser | 2Bjj + | Vser || Vi | {Gjisinδser − δi − Bjicos (δser − δi)} + | Vser || Vj | {Gjjsinδser − δj − Bjjcos (δser − δj)}
Активная мощность и реактивная мощность для шунтирующий контроллер (STATCOM) получается как
(3.
150a) Sshr = Pshr + jQshr = VshrIshr * = — VshrYshr * Vshr * −Vi * ∴Pshr = — | Vshr | 2Gi0 + | Vshr || Vi | {Gi0cosδshr − δi + Bi0sin (δshr − δi)}
( ) Qshr = | Vshr | 2Bi0 + | Vshr || Vi | Gi0sinδshr − δi − Bi0cosδshr − δi
Поскольку мы предполагаем преобразователи без потерь, UPFC не поглощает и не вводит активную мощность по отношению к системе переменного тока, то есть активную мощность, подаваемую на шунтирующий преобразователь, P shr , равен активной мощности, потребляемой последовательным преобразователем, P ser . Следовательно, уравнение ограничения:
(3.151) Pshr + Pser = 0
Кроме того, если предполагается, что трансформаторы связи не содержат сопротивления, тогда активная мощность на шине i соответствует активной мощности на шине j . Соответственно,
Pshr + Pser = Pi + Pj
Уравнения мощности UPFC в линеаризованной форме комбинируются с уравнениями мощности сети переменного тока.
Чтобы получить линеаризованную модель системы с использованием формы рассогласования мощности, предположим, что UPFC подключен к узлу i , а система энергоснабжения подключена к узлу j .UPFC требуется для управления напряжением на выводе шунтирующего преобразователя, узле i , и поток активной мощности от узла j к узлу i . Предполагая, что реактивная мощность вводится в узле j , уравнения линеаризованной системы имеют следующий вид:
(3.152) ΔPiΔPjΔQiΔQjΔPjiΔQjiΔP = ∂Pi∂δi∂Pi∂δj∂Pi∂ | Vshr | ∂Pi∂ | Vjser | ∂Pi∂δ ∂Pi∂ | Vser | ∂Pi∂δshr∂Pj∂δi∂Pj∂δj0∂Pj∂ | Vj | ∂Pj∂δser∂Pj∂ | Vser | 0∂Qi∂δi∂Qi∂δj∂Qi∂ | Vshr | ∂ Qi∂ | Vj | ∂Qi∂δser∂Qi∂ | Vser | ∂Qi∂δshr∂Qj∂δi∂Qj∂δj0∂Qj∂ | Vj | ∂Qj∂δser∂Qj∂ | Vser | 0∂Pji∂δi∂Pji ∂δj0∂Pji∂ | Vj | ∂Pji∂δser∂Pji∂ | Vser | 0∂Qji∂δi∂Qji∂δj0∂Qji∂ | Vj | ∂Qji∂δser∂Qji∂ | Vser | 0∂P∂δi∂P ∂δj∂P∂ | Vshr | ∂P∂ | Vj | ∂P∂δser∂P∂ | Vser | ∂P∂δshrΔδiΔδjΔ | Vshr | Δ | Vj | ΔδserΔ | Vser | Δδshr
Предполагалось, что узел j — это узел PQ, а Δ P — рассогласование мощности, заданное уравнением ограничения (3. 151). Если управление напряжением на шине i деактивировано, третий столбец уравнения (3.152) заменяется частными производными мощности шины и рассогласования UPFC по отношению к величине напряжения на шине В i . Кроме того, приращение величины напряжения шунтирующего источника Δ V shr заменяется приращением величины напряжения на шине i , Δ V i . Для решения этих уравнений потока мощности UPFC необходим обширный алгоритм.Хорошие начальные условия для всех переменных состояния UPFC также являются важным требованием для обеспечения сходимости.
- •
Контроллеры демпфирования UPFC
Структурная схема контроллера демпфирования UPFC показана на рисунке 3.27, где u может быть V shr и
δ
shr иδ
которые являются регулируемыми величиной и фазой источника напряжения, представляющего шунтирующий преобразователь.
Чтобы поддерживать баланс мощности между последовательными и шунтирующими преобразователями, необходимо включить регулятор постоянного напряжения. Напряжение постоянного тока регулируется путем модуляции фазового угла напряжения шунтирующего трансформатора, δ shr . Регулятор постоянного напряжения представляет собой ПИ-регулятор. Другими блоками контроллеров являются блок усиления, блок размывания и блок контроллера опережения-запаздывания. T upfc представляет внутреннюю задержку UPFC [12].Рисунок 3.27. Регулятор демпфирования UPFC.
Функции этих блоков уже знакомы при обсуждении других контроллеров FACTS. Линеаризованная модель в пространстве состояний контроллера демпфирования UPFC может быть получена алгебраически из представленной блок-схемы, которая может быть объединена с дифференциально-алгебраической моделью многомашинной системы для изучения проблемы устойчивости слабого сигнала.
Упражнения
- 3. 1.
Изобразите установившуюся эквивалентную схему синхронной машины и, следовательно, получите ее установившуюся модель в системе координат dqo.
- 3.2.
Рассмотрим синхронную машину, обслуживающую нагрузку без насыщения и с V¯ = 1∠10 ° о.е. и I¯ = 0,5∠-20 ° о.е. Параметры машин представлены как X d = 1,2, X q = 1.0, X md = 1,1, X d ′ = 0,232 и R с = 0,0 (все в о.у.). Найдите следующие установившиеся переменные станка:
- (i)
δ и δ T
- (ii)
I d , I , V d и V q
- (iii)
ψ d , ψ q 3, и 9045 E
- (iv)
E fd и I fd
(все в о.
у., кроме угла в градусах)
- 3.3.
Выведите выражение основной составляющей эквивалентной восприимчивости SVC как
Bsvc = −XL − XCπ2π − α + sin2αXCXL
, где X L — эквивалентное реактивное сопротивление TCR, X C — эквивалентное реактивное сопротивление постоянного конденсатора, подключенного к цепи TCR, а α — угол включения. Получите его линеаризованную версию для применения в анализе устойчивости энергосистемы при слабых сигналах.- 3.4.
TCSC подключен между узлами s и t. Поток мощности между узлами s и t определяется уравнением
Sst = Vs2gst − jbst − VsVtgst − jbstcosθst + jsinθst
Получите линеаризованные уравнения потока мощности TCSC. V s и V t — напряжения на узлах s и t. Y st ⁎ = g st — jb 6 st — jb 6 st — это пропускная способность сети между узлами, к которым подключается TCSC.
- 3.5.
Покажите, что эквивалентное реактивное сопротивление TCSC как функция угла зажигания ( α ) может быть выражено следующим уравнением:
XTCSC = −XC + C1 (2π − α + sin (2 (π − α ))) — C2cos2π − α (ω¯tan (ω¯ (π − α)) — tan (π − α))
, где C1 = XC + XLCπ, C2 = 4XLC2πXL и XLC = XCXLXC − XL.- 3,6.
Блок-схема контроллера демпфирования UPFC приведена на рисунке 3.27. Выведите линеаризованную модель контроллера в пространстве состояний, в то время как контроллер модулирует фазовый угол δ shr шунтирующего VSC.
1.
у., кроме угла в градусах)анализ Фурье — определение фазы и амплитуды колебательного сигнала
Я изучаю машиностроение и хочу определить величину и фазу сигнала. Анализ Фурье много раз упоминался во время моего исследования, и я думаю, что знаю, о чем он, но мне никогда не приходилось применять его самому, что (как обычно) намного труднее, чем следовать анализу, который сделал кто-то другой;) Я пытался найти ответы на мои вопросы, но пока безуспешно.
Чем больше я читал, тем больше сбивался с толку, поэтому я решил попросить кого-нибудь о помощи. Я не жду окончательного решения, такого как исходный код, но может ли кто-нибудь указать мне правильное направление?
Техническая информация:
Я хотел бы проанализировать изгибающий момент мачты несущего винта вертолета. Изгибающий момент рассчитывается по сигналу тензодатчика, который вращается вместе с ротором. Видимо, сигнал изгибающего момента перекрывается оборотом ротора. Что мне нужно, так это фаза и величина сигнала.
Подход:
У меня есть данные летно-дискретных летных испытаний изгибающего момента и сигнал, который указывает, когда лопасть несущего винта номер один находится над задней балкой. Я применил быстрое преобразование Фурье к данным одного оборота и хотел бы определить фазу и величину из мнимой и действительной части коэффициентов Фурье. Вычисления выполняются скриптом Python.
Вопросы:
Насколько я понял, первый коэффициент Фурье равен среднему значению сигнала, а следующие коэффициенты равны коэффициенту частоты первой гармоники, которая будет частотой ротора, поскольку я анализирую данные одного оборота.
Если я изменю количество рассматриваемых членов, коэффициенты изменятся. Для меня это имеет смысл, но также влияет на фазу и величину. Поэтому выбор второго коэффициента, возвращаемого моей функцией fft, не может быть правильным. Что мне не хватает?
Заранее спасибо!
Йоханнес
Как выбрать N? Равно ли N количеству измеренных значений?
Никогда не слышал об atan2, но нашел информацию о нем …
Если частота коэффициента равна k / N, я знаю, что коэффициент при k = 1 соответствует оборотам ротора.Я выполнил расчет для 36 оборотов, и в 7 случаях коэффициент с k = 0 на сегодняшний день имел наибольшую величину. Так что увеличу частоту дискретизации. К счастью, необработанные данные летных испытаний дискретизируются с частотой 25 кГц, а данные, которые я использовал сейчас, дискретизируются с частотой 1 кГц.
Влияет ли на качество результата, если я вычисляю фазу и величину для каждого оборота отдельно и вычисляю среднее значение после этого вместо того, чтобы вычислять фазу и величину для всего полета сразу? Я решил рассчитать фазу и величину для каждого оборота, чтобы иметь возможность рассчитать стандартное отклонение для оценки качества.
спасибо большое!
Вот некоторые заключительные примечания:
время для сигнала, вычисленное из коэффициентов Фурье, начинается с t = 0 с, независимо от того, в какое время начинается фактический сигнал. Это то, что приводит к фазовому сдвигу на диаграмме («Сигналы»), которую я разместил выше.
вычисление среднего значения всех фаз для каждого оборота приводит к огромному стандартному отклонению (до 180 °). Это вызвано прерывностью arctan. Ее можно решить путем вычисления среднего значения действительной и мнимой частей коэффициентов Фурье перед вычислением фазы.Я еще не уверен, при каких обстоятельствах вычисление среднего значения коэффициентов Фурье является допустимым …
arctan2 от python ожидает, что аргументы будут в другом порядке, чем указано выше, или как другие программы, такие как excel … В любом случае я использовал numpy.angle (мнимое число) и numpy.abs (мнимое число) в конце …
Большое спасибо за вашу помощь! Йоханнес
Время и частота от А до Я, P
Пассивный стандарт частоты
Атомный осциллятор, выходной сигнал которого получается из частоты генератора, привязанной к частоте атомного резонанса, вместо того, чтобы напрямую выводиться атомами.
В отличие от активных стандартов частоты, резонатор, в котором происходят атомные переходы, не поддерживает автоколебаний. Большинство коммерчески доступных атомных генераторов являются пассивными стандартами частоты.
Path Delay
Задержка сигнала между передатчиком и приемником. Задержка на пути часто является самым большим фактором неопределенности переноса времени. Например, рассмотрим радиосигнал, транслируемый на расстояние 1000 км. Поскольку радиосигналы движутся со скоростью света (с задержкой около 3.3 мкс / км), мы можем откалибровать путь длиной 1000 км, оценив задержку на трассе как 3,3 мс и применив к нашему измерению поправку на 3,3 мс. Сложные системы передачи времени, такие как GPS, автоматически корректируют задержку пути. Абсолютная задержка на тракте не важна для систем передачи частоты, потому что своевременные импульсы не требуются, но изменения в задержке тракта по-прежнему ограничивают неопределенность частоты.
Период
Период T является обратной величиной частоты, T = 1 / f.
Период формы волны — это время, необходимое для возникновения одного полного цикла волны. Взаимосвязь между периодом, частотой и амплитудой синусоидальной волны показана на графике.
Phase
Положение точки во времени (момент) в цикле формы сигнала. Полный цикл определяется как интервал, необходимый для того, чтобы сигнал снова достиг своего произвольного начального значения. График в поле «Период» показывает, как 1 цикл составляет 360 ° фазы.На графике также показано, как фаза иногда выражается в радианах, где один радиан фазы равен приблизительно 57,3 °. Фаза также может быть выражением относительного смещения между двумя соответствующими характеристиками (например, пиками или пересечениями нуля) двух сигналов, имеющих одинаковую частоту.
При сравнении двух сигналов их разность фаз или фазовый угол обычно выражается в градусах как число больше -180 ° и меньше или равно + 180 °. Опережающая фаза — это волна, которая возникает «впереди» другой волны той же частоты.Фаза запаздывания относится к волне, которая возникает «позади» другой волны той же частоты. Когда две волны различаются по фазе на -90 ° или + 90 °, говорят, что они находятся в квадратуре фазы. Когда две волны различаются по фазе на 180 ° (-180 ° технически то же самое, что + 180 °), говорят, что они находятся в противофазе.
В метрологии времени и частоты разность фаз обычно выражается в единицах времени, а не в единицах фазового угла. Временной интервал для 1 ° фазы обратно пропорционален частоте.Если частота сигнала задается f, то время t градусов (в секундах), соответствующее 1 ° фазы, составляет t градусов = 1 / (360 f ) = T / 360 .
Следовательно, сдвиг фазы на 1 ° для сигнала 5 МГц соответствует временному сдвигу в 555 пикосекунд. Тот же ответ можно получить, если взять период 5 МГц (200 наносекунд) и разделить на 360.
Сравнение фаз
Сравнение фаз двух сигналов, обычно одинаковой номинальной частоты.В метрологии времени и частоты целью сравнения фаз обычно является определение сдвига частоты тестируемого устройства (DUT) относительно эталона.
Простое сравнение фаз можно выполнить, подключив два сигнала к двухканальному осциллографу. Осциллограф отобразит две синусоидальные волны, как показано на рисунке. Одна синусоида представляет собой тестовую частоту, а другая представляет собой сигнал от опорного сигнала.
Если бы две частоты были точно такими же, их фазовое соотношение не изменилось бы, и на экране осциллографа обе частоты казались бы неподвижными.Поскольку две частоты не совсем одинаковые, эталонный сигнал кажется стационарным, а тестовый сигнал движется. Измеряя скорость движения тестового сигнала, мы можем определить его частотный сдвиг. Более сложные сравнения фаз с гораздо меньшей погрешностью могут быть выполнены с помощью таких инструментов, как счетчики временных интервалов или системы разности времен с двумя смесителями.
Контур фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ)
Электронная схема, которая постоянно настраивается для согласования по фазе (и, таким образом, блокировки) частоты входного сигнала.Типичная схема ФАПЧ показана на схеме. Он состоит из генератора, управляемого напряжением (ГУН), который настраивается с помощью выходного сигнала фазового детектора. Если частота ГУН отклоняется от эталонной частоты, фазовый детектор выдает напряжение ошибки, которое приводит частоту ГУН в соответствие с эталонной частотой, сохраняя ее «заблокированной».
Фазовый шум
Быстрые кратковременные случайные колебания фазы волны.В значительной степени фазовый шум можно удалить с помощью усреднения. Единица измерения, используемая для описания фазового шума, — дБн / Гц (дБ ниже несущей на Гц полосы пропускания). Отчеты о результатах измерения фазового шума должны включать как полосу пропускания, так и несущую частоту.
Phase Shift
Изменение фазы периодического сигнала относительно опорного сигнала. Внезапное изменение фазы часто называют фазовым шагом.
Пикосекунда (пс)
Единица времени, представляющая одну триллионную долю секунды (10 -12 с).
Precision
Термин «точность» может быть неоднозначным, поскольку он имеет несколько значений во временной и частотной метрологии. Из-за своей неоднозначности он не часто используется в количественном смысле. Обычно это относится к степени взаимного согласия между серией отдельных измерений, значений или результатов. В этом случае точность аналогична стандартному отклонению. Точность также может использоваться для обозначения способности устройства многократно и без корректировок воспроизводить одно и то же значение или результат при одинаковых входных условиях и работе в одинаковых условиях.Такое использование точности делает ее аналогом повторяемости, воспроизводимости или даже стабильности. В других случаях точность используется как мера способности компьютера различать почти равные значения. Например, компилятор или электронная таблица может иметь 32-битную точность при выполнении вычислений с числами с плавающей запятой. В этом случае точность аналогична разрешению.
Протокол точного времени (PTP)
Стандартный протокол, определенный стандартом IEEE-1588 для передачи времени по сетям с коммутацией пакетов.Протокол точного времени (PTP) потенциально может иметь гораздо меньшую погрешность, чем протокол сетевого времени (NTP), часто менее 1 мкс. Однако, в отличие от NTP, PTP обычно не реализуется через общедоступный Интернет. Вместо этого он обычно используется в частных или локальных сетях, где задержки пути могут быть лучше измерены и оценены. Часы grandmaster являются эталоном времени для всех других часов в системе PTP. Другие часы обозначены как обычные часы, которые имеют один порт PTP, и граничные часы, которые имеют несколько сетевых подключений и могут передавать синхронизацию от одного сегмента сети к другому.
Первичный эталон
Стандарт, который обозначен или широко признан как имеющий высшие метрологические качества и значение которого принимается без ссылки на другие эталоны того же количества. Например, стандарты цезиевого фонтана в настоящее время признаны основными стандартами для временного интервала и частоты. Эти стандарты оцениваются путем установления максимальных уровней частотных сдвигов, вызванных факторами окружающей среды. Суммируя или комбинируя эффекты этих частотных сдвигов, можно оценить неопределенность первичного стандарта, не сравнивая его с другими стандартами.
В области времени и частоты термин первичный эталон иногда используется для обозначения любого цезиевого осциллятора, поскольку определение второго в системе СИ основано на физических свойствах атома цезия. Термин первичный стандарт также широко используется, по крайней мере в местном смысле, для обозначения лучшего стандарта, доступного в данной лаборатории или учреждении.
Фазовые диаграммы| Химия
ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ
К концу этого раздела вы сможете:
- Объясните устройство и использование типовой фазовой диаграммы
- Используйте фазовые диаграммы для определения стабильных фаз при заданных температурах и давлениях и для описания фазовых переходов, возникающих в результате изменения этих свойств
- Опишите сверхкритическую жидкую фазу вещества
Рисунок 1.Физическое состояние вещества и температуры его фазовых переходов графически представлены на фазовой диаграмме.
В предыдущем модуле было описано изменение равновесного давления пара жидкости в зависимости от температуры. Учитывая определение точки кипения, графики зависимости давления пара от температуры показывают, как точка кипения жидкости изменяется с давлением. Также было описано использование кривых нагрева и охлаждения для определения точки плавления (или замерзания) вещества.Выполнение таких измерений в широком диапазоне давлений дает данные, которые могут быть представлены графически в виде фазовой диаграммы. Фазовая диаграмма объединяет графики зависимости давления от температуры для равновесия фазового перехода жидкость-газ, твердое тело-жидкость и твердое тело-газ для вещества. Эти диаграммы показывают физические состояния, которые существуют при определенных условиях давления и температуры, а также обеспечивают зависимость от давления температур фазовых переходов (точки плавления, точки сублимации, точки кипения).Типичная фазовая диаграмма чистого вещества показана на рисунке 1.
Чтобы проиллюстрировать полезность этих графиков, рассмотрим фазовую диаграмму для воды, показанную на рисунке 2.
Рис. 2. Оси давления и температуры на этой фазовой диаграмме воды построены не в постоянном масштабе, чтобы проиллюстрировать несколько важных свойств.
Мы можем использовать фазовую диаграмму для определения физического состояния образца воды при заданных условиях давления и температуры.Например, давление 50 кПа и температура -10 ° C соответствуют области диаграммы, обозначенной «лед». В этих условиях вода существует только в твердом виде (лед). «Водной» области соответствуют давление 50 кПа и температура 50 ° C — здесь вода существует только в виде жидкости. При 25 кПа и 200 ° C вода существует только в газообразном состоянии. Обратите внимание, что на фазовой диаграмме H 2 O оси давления и температуры не приведены в постоянном масштабе, чтобы можно было проиллюстрировать некоторые важные особенности, как описано здесь.
Кривая BC на рисунке 2 представляет собой график зависимости давления пара от температуры, как описано в предыдущем модуле этой главы. Эта кривая «жидкость-пар» разделяет жидкую и газообразную области на фазовой диаграмме и обеспечивает точку кипения воды при любом давлении. Например, при 1 атм температура кипения составляет 100 ° C. Обратите внимание, что кривая жидкость-пар заканчивается при температуре 374 ° C и давлении 218 атм, что указывает на то, что вода не может существовать как жидкость выше этой температуры, независимо от давления.По физическим свойствам вода в этих условиях занимает промежуточное положение между ее жидкой и газообразной фазами. Это уникальное состояние вещества называется сверхкритической жидкостью, и эта тема будет описана в следующем разделе этого модуля.
Рис. 3 Лиофилизированные продукты, такие как это мороженое, обезвоживаются путем сублимации при давлениях ниже тройной точки для воды. (кредит: ʺlwaoʺ / Flickr)
Кривая твердое тело-пар, обозначенная AB на рисунке 2, показывает температуры и давления, при которых лед и водяной пар находятся в равновесии.Эти пары данных температуры и давления соответствуют точкам сублимации или осаждения воды. Если бы мы могли увеличить масштаб линии твердое тело — газ на рисунке 2, мы бы увидели, что лед имеет давление пара около 0,20 кПа при -10 ° C. Таким образом, если мы поместим замороженный образец в вакуум с давлением менее 0,20 кПа, лед возгонится. Это основа для процесса «сублимационной сушки», который часто используется для консервирования пищевых продуктов, таких как мороженое, показанное на Рисунке 3.
Кривая твердое тело-жидкость, обозначенная BD, показывает температуру и давление, при которых лед и жидкая вода находятся в равновесии, представляя точки плавления / замерзания воды.Обратите внимание, что эта кривая имеет небольшой отрицательный наклон (сильно преувеличенный для ясности), что указывает на то, что температура плавления воды немного снижается с увеличением давления. Вода — необычное вещество в этом отношении, так как большинство веществ демонстрируют повышение температуры плавления с увеличением давления. Такое поведение частично отвечает за движение ледников, как показано на рисунке 4. Дно ледника испытывает огромное давление из-за своего веса, который может растопить часть льда, образуя слой жидкой воды, на котором ледник может легче скользить.
Рис. 4. Огромное давление под ледниками приводит к частичному таянию с образованием слоя воды, обеспечивающей смазку, способствующую движению ледников. На этом спутниковом снимке показан приближающийся край ледника Перито-Морено в Аргентине. (кредит: НАСА)
Точка пересечения всех трех кривых обозначена буквой B на рисунке 2. При давлении и температуре, представленных этой точкой, все три фазы воды сосуществуют в равновесии. Эта пара данных температура-давление называется тройной точкой .При давлениях ниже тройной точки вода не может существовать в виде жидкости независимо от температуры.
Пример 1
Определение состояния водыИспользуя фазовую диаграмму для воды, приведенную на рисунке 10.30, определите состояние воды при следующих температурах и давлениях:
(а) −10 ° C и 50 кПа
(б) 25 ° C и 90 кПа
(c) 50 ° C и 40 кПа
(d) 80 ° C и 5 кПа
(e) −10 ° C и 0.3 кПа
(f) 50 ° C и 0,3 кПа
Решение
Используя фазовую диаграмму воды, мы можем определить, что состояние воды при каждой заданной температуре и давлении следующее: (а) твердое; (б) жидкость; (c) жидкость; (г) газ; (д) твердые; (е) газ.
Проверьте свои знанияКакие фазовые изменения могут претерпеть вода при изменении температуры, если давление поддерживается на уровне 0,3 кПа? Если давление удерживается на уровне 50 кПа?
Ответ : 0.3 кПа: [латекс] \ text {s} \ longrightarrow \ text {g} [/ latex] при –58 ° C. При 50 кПа: [латекс] \ text {s} \ longrightarrow \ text {l} [/ latex] при 0 ° C, l ⟶ г при 78 ° C
Рассмотрим фазовую диаграмму для диоксида углерода, показанную на рисунке 5, в качестве другого примера. Кривая твердое тело-жидкость имеет положительный наклон, что указывает на то, что температура плавления CO 2 увеличивается с давлением, как и для большинства веществ (вода является заметным исключением, как описано ранее). Обратите внимание, что тройная точка намного выше 1 атм, что указывает на то, что диоксид углерода не может существовать в виде жидкости в условиях атмосферного давления.Вместо этого охлаждение газообразного диоксида углерода до 1 атм приводит к его осаждению в твердом состоянии. Точно так же твердый диоксид углерода не плавится при давлении 1 атм, а вместо этого сублимируется с образованием газообразного CO 2 . Наконец, обратите внимание, что критическая точка для углекислого газа наблюдается при относительно умеренных температуре и давлении по сравнению с водой.
Рис. 5. Оси давления и температуры на этой фазовой диаграмме диоксида углерода не приведены в постоянном масштабе, чтобы проиллюстрировать несколько важных свойств.
Пример 2
Определение состояния диоксида углеродаИспользуя фазовую диаграмму для диоксида углерода, показанную на рисунке 5, определите состояние CO 2 при следующих температурах и давлениях:
(а) −30 ° C и 2000 кПа
(б) −60 ° C и 1000 кПа
(c) −60 ° C и 100 кПа
(d) 20 ° C и 1500 кПа
(e) 0 ° C и 100 кПа
(f) 20 ° C и 100 кПа
Решение
Используя приведенную фазовую диаграмму для диоксида углерода, мы можем определить, что состояние CO 2 при каждой заданной температуре и давлении является следующим: (a) жидкость; (б) твердые; (c) газ; (г) жидкость; е) газ; (е) газ.
Проверьте свои знанияОпределить фазовые изменения диоксида углерода при изменении его температуры, таким образом поддерживая его давление постоянным на уровне 1500 кПа? При 500 кПа? При каких примерных температурах происходят эти фазовые переходы?
Ответ : при 1500 кПа: [латекс] \ text {s} \ longrightarrow \ text {l} [/ latex] при -45 ° C, [латекс] \ text {l} \ longrightarrow \ text {g} [ / латекс] при -10 ° С; при 500 кПа: [латекс] \ text {s} \ longrightarrow \ text {g} [/ latex] при –58 ° C
Сверхкритические жидкости
Если мы поместим образец воды в герметичный контейнер при 25 ° C, удалим воздух и позволим установиться равновесию испарения и конденсации, у нас останется смесь жидкой воды и водяного пара с давлением 0.03 атм. Четко прослеживается четкая граница между более плотной жидкостью и менее плотным газом. По мере увеличения температуры давление водяного пара увеличивается, как описано кривой жидкость-газ на фазовой диаграмме для воды (рис. 2), и сохраняется двухфазное равновесие жидкой и газообразной фаз. При температуре 374 ° C давление пара повысилось до 218 атм, и любое дальнейшее повышение температуры приводит к исчезновению границы между жидкой и паровой фазами.Вся вода в контейнере теперь находится в одной фазе, физические свойства которой являются промежуточными между газообразным и жидким состояниями. Эта фаза вещества называется сверхкритической жидкостью , а температура и давление, выше которых существует эта фаза, являются критической точкой . Выше критической температуры газ не может быть сжижен независимо от того, какое давление приложено. Давление, необходимое для сжижения газа при его критической температуре, называется критическим давлением.Критические температуры и критические давления некоторых распространенных веществ приведены в таблице 1.
| Таблица 1. | ||
|---|---|---|
| Вещество | Критическая температура (К) | Критическое давление (атм.) |
| водород | 33,2 | 12,8 |
| азот | 126,0 | 33,5 |
| кислород | 154,3 | 49,7 |
| диоксид углерода | 304.2 | 73,0 |
| аммиак | 405,5 | 111,5 |
| диоксид серы | 430,3 | 77,7 |
| вода | 647,1 | 217,7 |
Рис. 6. (a) Герметичный контейнер с жидким диоксидом углерода немного ниже его критической точки нагревается, что приводит к (b) образованию сверхкритической жидкой фазы. Охлаждение сверхкритической жидкости снижает ее температуру и давление ниже критической точки, что приводит к восстановлению отдельных жидких и газовых фаз (c и d).Цветные поплавки показывают разницу в плотности между жидким, газообразным и сверхкритическим состояниями текучей среды. (кредит: модификация работы «mrmrobin» / YouTube)
Понаблюдайте за переходом из жидкости в сверхкритическую жидкость для диоксида углерода в этом видео.
Подобно газу, сверхкритическая жидкость будет расширяться и заполнять контейнер, но ее плотность намного больше, чем типичная плотность газа, обычно близкая к плотности жидкости. Подобно жидкостям, эти жидкости способны растворять нелетучие растворенные вещества.Однако они практически не проявляют поверхностного натяжения и обладают очень низкой вязкостью, поэтому они могут более эффективно проникать в очень маленькие отверстия в твердой смеси и удалять растворимые компоненты. Эти свойства делают сверхкритические жидкости чрезвычайно полезными растворителями для широкого спектра применений. Например, сверхкритический диоксид углерода стал очень популярным растворителем в пищевой промышленности, который используется для удаления кофеина из кофе, удаления жиров из картофельных чипсов и экстракции вкусовых и ароматических соединений из цитрусовых масел.Это нетоксично, относительно недорого и не считается загрязняющим веществом. После использования CO 2 можно легко восстановить, снизив давление и собрав образовавшийся газ.
Пример 3
Критическая температура диоксида углеродаЕсли встряхнуть углекислый огнетушитель в прохладный день (18 ° C), мы услышим, как внутри цилиндра плещется жидкий CO 2 . Однако в жаркий летний день (35 ° C) в этом же цилиндре нет жидкости.Объясните эти наблюдения.
Решение
В прохладный день температура CO 2 ниже критической температуры CO 2 , 304 K или 31 ° C (Таблица 10.3), поэтому в цилиндре присутствует жидкий CO 2 . В жаркий день температура CO 2 превышает его критическую температуру 31 ° C. Выше этой температуры никакое давление не может привести к сжижению CO 2 , поэтому в огнетушителе нет жидкого CO 2 .
Проверьте свои знанияАммиак можно сжижать путем сжатия при комнатной температуре; кислород не может быть сжижен в этих условиях. Почему два газа ведут себя по-разному?
Ответ : Критическая температура аммиака составляет 405,5 К, что выше комнатной температуры. Критическая температура кислорода ниже комнатной; таким образом кислород нельзя сжижать при комнатной температуре.
Кофе без кофеина с использованием сверхкритического CO
2Кофе — второй по популярности товар в мире после нефти.Во всем мире люди любят кофе за аромат и вкус. Многие из нас также зависят от одного компонента кофе — кофеина — который помогает нам двигаться утром или оставаться бодрым днем. Но в конце дня стимулирующий эффект кофе может помешать вам уснуть, поэтому вы можете пить кофе без кофеина вечером.
С начала 1900-х годов для обеззараживания кофе использовалось множество методов. У всех есть свои преимущества и недостатки, и все они зависят от физических и химических свойств кофеина.Поскольку кофеин представляет собой несколько полярную молекулу, он хорошо растворяется в воде, полярной жидкости. Однако, поскольку многие из более чем 400 соединений, которые влияют на вкус и аромат кофе, также растворяются в H 2 O, процессы декофеинизации горячей водой также могут удалить некоторые из этих соединений, что отрицательно сказывается на запахе и вкусе кофе без кофеина. Дихлорметан (CH 2 Cl 2 ) и этилацетат (CH 3 CO 2 C 2 H 5 ) имеют аналогичную полярность с кофеином и поэтому являются очень эффективными растворителями для экстракции кофеина, но оба также удаляют некоторые компоненты вкуса и аромата, а их использование требует длительного времени экстракции и очистки.Поскольку оба эти растворителя токсичны, высказывались опасения по поводу воздействия остаточного растворителя, остающегося в кофе без кофеина.
Сверхкритическая флюидная экстракция с использованием диоксида углерода в настоящее время широко используется как более эффективный и экологически безопасный метод удаления кофеина (рис. 7). При температурах выше 304,2 К и давлениях выше 7376 кПа CO 2 представляет собой сверхкритическую жидкость со свойствами как газа, так и жидкости. Как газ, он проникает глубоко в кофейные зерна; как жидкость, он эффективно растворяет определенные вещества.Сверхкритическая экстракция углекислым газом из пропаренных кофейных зерен удаляет 97-99% кофеина, оставляя неизменными вкусовые и ароматические соединения кофе. Поскольку CO 2 представляет собой газ при стандартных условиях, его удаление из экстрагированных кофейных зерен легко осуществляется, как и извлечение кофеина из экстракта. Кофеин, полученный из кофейных зерен с помощью этого процесса, является ценным продуктом, который впоследствии можно использовать в качестве добавки к другим продуктам питания или лекарствам.
Рисунок 7.(а) Молекулы кофеина имеют как полярные, так и неполярные области, что делает его растворимым в растворителях различной полярности. (b) На схеме показан типичный процесс удаления кофеина с участием сверхкритического диоксида углерода.
Ключевые концепции и резюме
Условия температуры и давления, при которых вещество находится в твердом, жидком и газообразном состояниях, суммированы на фазовой диаграмме для этого вещества. Фазовые диаграммы представляют собой комбинированные графики трех кривых равновесия давления-температуры: твердое тело-жидкость, жидкость-газ и твердое тело-газ.Эти кривые представляют отношения между температурами фазовых переходов и давлениями. Точка пересечения всех трех кривых представляет тройную точку вещества — температуру и давление, при которых все три фазы находятся в равновесии. При давлениях ниже тройной точки вещество не может существовать в жидком состоянии независимо от его температуры. Конец кривой жидкость-газ представляет собой критическую точку вещества, давление и температуру, выше которых жидкая фаза не может существовать.
Chemsitry Упражнения в конце главы
- По фазовой диаграмме воды (рисунок 2) определите состояние воды при:
- 35 ° C и 85 кПа
- −15 ° C и 40 кПа
- −15 ° C и 0,1 кПа
- 75 ° C и 3 кПа
- 40 ° C и 0,1 кПа
- 60 ° C и 50 кПа
- Какие фазовые изменения произойдут, когда вода подвергнется воздействию переменного давления при постоянной температуре 0,005 ° C? При 40 ° C? При -40 ° С?
- Скороварки позволяют еде готовиться быстрее, поскольку более высокое давление внутри скороварки увеличивает температуру кипения воды.В конкретной скороварке есть предохранительный клапан, который настроен на выпуск пара, если давление превышает 3,4 атм. Какая приблизительная максимальная температура может быть достигнута внутри этой скороварки? Объясните свои рассуждения.
- Из фазовой диаграммы диоксида углерода на рисунке 5 определите состояние CO 2 при:
- 20 ° C и 1000 кПа
- 10 ° C и 2000 кПа
- 10 ° C и 100 кПа
- −40 ° C и 500 кПа
- −80 ° C и 1500 кПа
- −80 ° C и 10 кПа
- Определить фазовые изменения, которым подвергается углекислый газ при изменении давления, если температура поддерживается на уровне –50 ° C? Если поддерживать температуру -40 ° C? При 20 ° C? (См. Фазовую диаграмму на рисунке 5).
- Рассмотрим баллон, содержащий смесь жидкой двуокиси углерода в равновесии с газообразной двуокисью углерода при начальном давлении 65 атм и температуре 20 ° C. Нарисуйте график, изображающий изменение давления в цилиндре со временем, когда газообразный диоксид углерода выделяется при постоянной температуре.
- Сухой лед, CO 2 ( s ), не тает при атмосферном давлении. Он сублимируется при температуре −78 ° C. При каком минимальном давлении CO 2 ( s ) расплавится с образованием CO 2 ( l )? Примерно при какой температуре это произойдет? (См. Диаграмму фазы на рисунке 5.)
- Если сильный шторм приводит к отключению электричества, возможно, потребуется использовать бельевую веревку для сушки белья. Во многих частях страны в разгар зимы одежда быстро замерзает, когда ее вешают на веревку. Если не пойдет снег, они все равно высохнут? Поясните свой ответ.
- Можно ли сжижать азот при комнатной температуре (около 25 ° C)? Можно ли сжижать диоксид серы при комнатной температуре? Объясни свои ответы.
- Элементарный углерод состоит из одной газовой фазы, одной жидкой фазы и трех различных твердых фаз, как показано на фазовой диаграмме:
- На фазовой диаграмме отметьте газовую и жидкую области.
- Графит — наиболее стабильная фаза углерода при нормальных условиях. На фазовой диаграмме отметьте графитовую фазу.
- Если графит при нормальных условиях нагреть до 2500 К при увеличении давления до 10 5 атм, он превращается в алмаз. Обозначьте алмазную фазу.
- Обведите каждую тройную точку на фазовой диаграмме.
- В какой фазе находится углерод при 4000 К и 10 5 атм?
- Если температура образца углерода повышается с 4000 K до 5000 K при постоянном давлении 10 2 атм, какой фазовый переход происходит, если он есть?
Избранные ответы
2.При низком давлении и 0,005 ° C вода представляет собой газ. Когда давление увеличивается до 4,6 торр, вода становится твердой; по мере увеличения давления он становится жидкостью. При 40 ° C вода при низком давлении представляет собой пар; при давлениях выше примерно 75 торр он превращается в жидкость. При -40 ° C вода переходит из газа в твердое тело, когда давление увеличивается выше очень низких значений.
4. (а) жидкость; (б) твердые; (c) газ; (г) газ; е) газ; (е) газ
6.
8. Да, лед будет возвышенным, хотя на это может потребоваться несколько дней.Лед имеет небольшое давление пара, и некоторые молекулы льда образуют газ и выходят из кристаллов льда. Со временем все больше и больше твердого вещества превращается в газ, пока в конечном итоге одежда не высохнет.
10. (а)
(б)
(в)
(г)
(д) жидкая фаза
(е) сублимация
Глоссарий
критическая точка
температура и давление, выше которых газ не может конденсироваться в жидкость
фазовая диаграмма
диаграмма давление-температура, обобщающая условия, при которых могут существовать фазы вещества
сверхкритический флюид
вещество при температуре и давлении выше его критической точки; обладает промежуточными свойствами между газообразным и жидким состояниями
тройная точка
температура и давление, при которых паровая, жидкая и твердая фазы вещества находятся в равновесии
Что такое Phase и почему нас это волнует? [Analog Devices Wiki]
Цель:
Цель этой лабораторной работы — понять, что имеется в виду под фазовым соотношением между сигналами, и увидеть, насколько хорошо теория согласуется с практикой.Второстепенным результатом будет предварительное понимание аппаратного обеспечения ADALM1000 и программного обеспечения ALICE.
Примечания:
Как и во всех лабораториях ALM, мы используем следующую терминологию при описании подключений к разъему ALM1000 и настройке оборудования. Зеленые заштрихованные прямоугольники обозначают подключения к разъему аналогового ввода-вывода M1000. Контакты аналогового канала ввода / вывода обозначаются как CA и CB. При настройке для принудительного измерения напряжения / измерения тока добавляется –V, как в CA- V , или при настройке для принудительного измерения тока / измерения напряжения добавляется –I, как в CA-I.Когда канал настроен в режиме высокого импеданса только для измерения напряжения, –H добавляется как CA-H.
Следы осциллографа аналогичным образом обозначаются по каналу и напряжению / току. Например, CA- V , CB- V для сигналов напряжения и CA-I, CB-I для сигналов тока.
Фон:
Мы исследуем концепцию фазы, посмотрев на синусоидальные волны и пассивные компоненты, которые позволят нам наблюдать фазовый сдвиг реальных сигналов.Сначала мы рассмотрим синусоидальную волну и фазовый член в аргументе. Вы должны быть знакомы с уравнением:
(1)
ω устанавливает частоту синусоидальной волны по мере того, как t прогрессирует, а θ определяет смещение во времени, которое определяет фазовый сдвиг в функции.
Функция sin возвращает значение от 1 до -1. Сначала установите t равным константе, скажем, 1. Аргумент ωt больше не является функцией времени. При ω в радианах грех π / 4 составляет приблизительно 0,7071.2π радиан равняется 360 °, поэтому π / 4 радиана соответствует 45 °. В градусах грех 45 ° также равен 0,7071.
Теперь пусть t будет меняться со временем, как обычно. Когда значение ωt изменяется линейно со временем, это дает синусоидальную волновую функцию, как показано на рисунке 1. Когда ωt изменяется от 0 до 2π, синусоидальная волна изменяется от 0 до 1, до -1 и обратно до 0. Это один цикл или один период T синусоидальной волны. По оси x отложен изменяющийся во времени аргумент / угол ωt, который изменяется от 0 до 2π.
Значение θ равно 0 в функции, представленной на рисунке 1.Поскольку sin (0) = 0, график начинается с 0. Это простая синусоида без смещения по времени, что означает отсутствие смещения фазы. Обратите внимание, что если мы используем градусы ωt, он идет от 0 до 2π или от 0 до 360 °, чтобы получить синусоидальную волну, показанную на рисунке 1.
Рисунок 1: 2 цикла SIN (t)
В качестве примечания: что происходит, когда ωt больше 2π? Введите в калькуляторе 2,5π и посмотрите. Как вы должны знать, функция синуса повторяется каждые 2π радиан или 360 °. Это похоже на вычитание 2π (I) радиан из аргумента, где I — наибольшее целое число, которое дает неотрицательный результат.
Что произойдет, когда мы построим вторую синусоидальную волновую функцию на рисунке 1 с таким же значением ω и θ равным 0? У нас есть еще одна синусоида, которая располагается поверх первой синусоидальной волны. Поскольку θ равно 0, между синусоидальными волнами нет разницы фаз, и они выглядят одинаково во времени.
Теперь измените θ на π / 2 радиан или 90 ° для второй формы сигнала. Мы видим исходную синусоидальную волну и синусоидальную волну, сдвинутую во времени влево. На рисунке 2 показаны исходная синусоидальная волна (зеленая) и вторая синусоидальная (оранжевая) со смещением во времени.Поскольку смещение является константой, мы видим, что исходная синусоидальная волна сдвинута во времени на значение θ, которое в этом примере составляет 1/4 периода волны.
Рисунок 2: зеленый — SIN (t) оранжевый — SIN (t + π / 2)
Тета — это временной сдвиг или фазовая часть уравнения 1. Фазовый угол определяет сдвиг во времени и наоборот. Уравнение 2 показывает взаимосвязь. Нам довелось выбрать наиболее распространенное смещение 90 °. Сдвиг фазы между синусоидальной и косинусоидальной волнами составляет 90 °.Угол смещения почти всегда не равен 90. На самом деле часто это функция частоты.
Когда на осциллографе, например, отображаются 2 синусоидальные волны, фазовый угол можно рассчитать путем измерения времени между двумя формами сигнала (переходы от отрицательного к положительному нулю или «нарастающие фронты» могут использоваться в качестве контрольных точек измерения времени на осциллограмме. ). Один полный период синусоидальной волны по времени равен 360 °. Взяв отношение времени между двумя формами сигнала, ∆t, и времени в одном периоде полной синусоидальной волны, T, вы можете определить угол между ними.Уравнение 2 показывает точное соотношение.
Фаза:
(2)
Где T — период синусоиды.
Естественные временные сдвиги в синусоидальных волнах.
Некоторые пассивные компоненты дают временной сдвиг между напряжением на них и током через них. В классе мы показали, что напряжение на резисторе и ток через резистор являются простой зависимостью от времени. В / I = R.где R действительное и выражено в омах. Таким образом, напряжение на резисторе и ток через резистор всегда совпадают по фазе.
Для конденсаторов и катушек индуктивности уравнение, связывающее V с I, аналогично. V / I = Z, где Z — полное сопротивление с действительной и мнимой составляющими. В этой лаборатории мы рассмотрим только конденсаторы.
Обычно конденсаторы состоят из двух проводящих пластин, разделенных диэлектрическим материалом. Когда к пластинам прикладывается разность потенциалов, между пластинами создается электрическое поле.Диэлектрики конденсаторов могут быть изготовлены из многих материалов, включая тонкие изолирующие пленки и керамику. Отличительной характеристикой конденсатора является его емкость (C), измеряемая в фарадах (F), которая измеряет соотношение между напряжением и накоплением заряда.
Основное правило для конденсаторов заключается в том, что напряжение на конденсаторе не изменится, если в конденсатор не течет ток. Скорость изменения напряжения (dv / dt) зависит от величины тока. Для идеального конденсатора ток i (t) связан с напряжением по следующей формуле:
(3)
В настоящий момент все выводы из этого выходят за рамки данной лабораторной работы.Вы увидите это поведение в последующих лабораторных работах. Импеданс конденсатора зависит от частоты. Импеданс уменьшается с частотой, и наоборот, чем ниже частота, тем выше полное сопротивление.
(4)
Где ω определяется как угловая скорость:
Одна тонкость в уравнении 4 — это мнимый оператор j. Например, когда мы смотрели на резистор, в уравнении импеданса не было воображаемого оператора. Синусоидальный ток через резистор и напряжение на резисторе не имеют временного сдвига между ними, потому что взаимосвязь полностью реальна.Единственное отличие — амплитуда. Напряжение синусоидально и совпадает по фазе с синусоидой тока. С конденсатором дело обстоит иначе. Когда мы смотрим на форму волны синусоидального напряжения на конденсаторе, она будет сдвинута во времени по сравнению с током через конденсатор. За это отвечает воображаемый оператор j. Глядя на рисунок 3, мы видим, что форма волны тока находится на пике (максимуме), когда наклон формы волны напряжения (скорость изменения во времени dv / dt) является самым высоким.
Разница во времени может быть выражена как фазовый угол между двумя формами сигнала, как определено в уравнении 2.
Рисунок 3: Определение фазового угла между напряжением и током.
Вы, наверное, видели схемы, полностью состоящие из резисторов. Эти цепи имеют только реальный импеданс, а это означает, что все напряжения во всей цепи будут синфазными (, т.е. θ = 0 градусов), поскольку именно комплексный импеданс сдвигает ток во времени по отношению к напряжению.Обратите внимание, что сопротивление конденсатора полностью мнимое. Резисторы имеют реальные импедансы, поэтому схемы, содержащие как резисторы, так и конденсаторы, будут иметь сложные импедансы.
Чтобы вычислить теоретический фазовый угол между напряжением и током в RC-цепи:
i (t) = v (t) / Z контур
Где Z цепи — полное сопротивление цепи = I
Переставьте уравнение так, чтобы оно выглядело как I = A + jB
Где A и B — действительные числа.
Таким образом, фазовое отношение тока к напряжению будет следующим:
(5)
Материалы:
Аппаратный модуль ADALM1000
2 — резисторы 470 Ом
1 — конденсатор 1 мкФ
Осциллограф:
Вы собираетесь использовать плату ALM1000 и программное обеспечение рабочего стола ALICE для функций осциллографа. В руководстве пользователя рассказывается, как все настроить.
Генератор сигналов:
Вы также собираетесь использовать плату ALM1000 для функций генератора сигналов.В руководстве пользователя рассказывается, как настроить генератор сигналов.
Инструкционные цели:
1. Изучите соотношение фаз напряжения и тока в резистивной цепи.
2. Изучите соотношение фаз напряжения и тока в емкостной резистивной (RC) цепи.
Процедура:
Настройте быстрое измерение с помощью ALICE Desktop:
• Убедитесь, что ALM1000 подключен к порту USB , и запустите приложение ALICE Desktop.
• Главный экран должен выглядеть как дисплей осциллографа с настраиваемым диапазоном, положением и параметрами измерения.
• Убедитесь, что в нижней части экрана для CA V / Div и CB V / Div установлено значение 0,5.
• Также убедитесь, что для CA V Pos и CB V Pos установлено значение 2,5.
• CA I мА / Div должно быть установлено на 2,0, а CA I Pos должно быть установлено на 5,0.
• В окне управления AWG установите для частоты CHA и CHB значение 1000 Гц с фазой 90 °, 0 В Мин. И 5 В Макс. (5.000V Pk-Pk выход). Выберите режим SVMI и форму сигнала Sin.
• В раскрывающемся списке Измерение выберите P-P для CA- V , CA-I и CB- V .
• Установите Time / Div на 0,5 мс и в раскрывающемся списке Curves выберите CA- V , CA-I и CB- V .
Обратите внимание, что выходы генератора функций CHA и CHB подключаются к входам каналов непосредственно на плате. Для подключения не нужен провод.
• На вашей беспаечной макетной плате подключите выход CHA к одному концу резистора 470 Ом.
• Подключите другой конец резистора к GND.
• Нажмите кнопку «Пуск» в области видимости.
Если плата была откалибрована правильно, вы должны увидеть одну синусоидальную волну поверх другой. С CHA и CHB оба равны 5,00 Vpp. Если калибровка неправильная, вы можете увидеть 2 синусоидальные волны в фазе с амплитудой CHA, отличной от CHB. Выполните повторную калибровку, если есть значительная разница напряжений.
2. Измерьте фазовый угол между двумя сгенерированными сигналами:
• Убедитесь, что CA V / Div и CB V / Div по-прежнему установлены на 0.5 и что CA V Pos и CB V Pos установлены на 2,5.
• CA I мА / Div должно быть установлено на 2,0, а CA I Pos должно быть установлено на 5,0
• Установите частоту CHA и CHB на 1000 Гц с фазой 90 °, 0 В Мин и 5 В Максимальные значения (выход 5.0V Pk-Pk). Выберите режим SVMI и форму сигнала Sin.
Вы должны увидеть то, что выглядит как 1 синусоида. Есть два, только один поверх другого.
• В окне управления AWG измените фазу θ канала B на 135 ° (90 + 45).
• Какой канал выглядит так, как будто синусоидальный сигнал появляется раньше другого? _______________
Сигнал CHB должен выглядеть так, как будто он предшествует (происходит раньше) сигналу CHA. Сигнал CHB пересекает ось 2,5 V снизу вверх перед сигналом CHA. Оказывается, положительный θ называется фазовым отведением. Контрольная точка времени пересечения низкого и высокого уровня является произвольной. Также можно использовать пересечение от максимума к минимуму.
• Измените фазовый сдвиг CHB на 45 ° (90 — 45).
Теперь похоже, что сигнал CHB отстает от сигнала CHA.
• Установите для дисплея измерений CA значение «Частота» и «Фаза A-B». Для CB дисплея B-A Delay.
• Установите время / деление на 0,2 мс.
• Нажмите красную кнопку «Стоп», чтобы приостановить программу. Используя левую кнопку мыши, мы можем добавить точку маркера на дисплей.
Если синусоидальная волна CHA пересекает «первую» и «вторую» CHB, мы можем измерить временной сдвиг между ними.
• Убедитесь, что вертикальное положение двух сигналов установлено на 2.5.
• Измерьте разницу во времени между пересечениями нуля сигналов CHA и CHB с помощью маркеров.
Что такое ∆t? __________________
• Используйте измеренное значение ∆t и уравнение 2 для расчета сдвига фазы. θ ________ °
Обратите внимание, что вы не можете измерить частоту сигнала, для которого на экране не отображается хотя бы один полный период. Обычно для получения стабильных результатов требуется более 2 циклов. Вы генерируете частоту, поэтому уже знаете, что это такое.Вам не нужно измерять его в этой части лаборатории.
3. Измерение величины с помощью реальной схемы.
Рисунок 5: Соединения на макетной плате R-R.
• Постройте схему, показанную на рисунке 4, на беспаечной макетной плате, используя два резистора 470 Ом.
• В окне управления AWG установите частоту CHA на 200 Гц с фазой 90 °, 0 В, Мин. И 5 В Макс. (Выход 5,0 В, пик-пик). Выберите режим SVMI и форму сигнала Sin.
• Выберите режим Hi-Z для CHB. Остальные настройки для CHB не имеют значения, потому что теперь он используется только как вход.
• Соедините выход CHA, вход CHB и GND проводами, как показано цветными контрольными точками.
• Установите горизонтальную шкалу времени на 1,0 мСм / дел для отображения двух периодов формы сигнала.
• Нажмите кнопку «Пуск» на осциллографе, если она еще не запущена.
Форма волны напряжения, отображаемая в CHA, представляет собой напряжение на обоих резисторах ( В R1 + В R2 ).Форма волны напряжения, отображаемая в CHB, представляет собой напряжение только на R 2 ( В, R2 ). Чтобы отобразить напряжение на R 1 , мы используем параметры отображения математической формы сигнала. В раскрывающемся меню Math выберите уравнение CAV-CBV. Теперь вы должны увидеть третью форму сигнала для напряжения на R 1 ( В, R1 ). Чтобы увидеть обе кривые, вы можете отрегулировать вертикальное положение канала, чтобы разделить их. Не забудьте вернуть вертикальное положение, чтобы перестроить сигналы.
• Запись V R1 и V R2 .
V R1 _______ V PP .
V R2 _______ V PP .
V R1 + V R2 _______ V PP .
• Видите ли вы разницу между нулевыми переходами V R1 и V R2 ? _________
• Можно ли вообще увидеть две отдельные синусоидальные волны? ________
Возможно нет.Не должно быть наблюдаемого временного сдвига и, следовательно, сдвига фазы.
4. Измерьте величину интересной реальной цепи.
• Замените R 2 конденсатором емкостью 1 мкФ C 1 .
Рисунок 7: Соединения на макетной плате RC.
• В окне управления AWG установите частоту CHA на 500 Гц с фазой 90 °, 0 В Мин. И 5 В Макс. (Выход 5,0 В, пик-пик). Выберите режим SVMI и форму сигнала Sin.
• Выберите режим Hi-Z для CHB.
• Установите горизонтальную шкалу времени на 0,5 мс / дел для отображения двух периодов формы сигнала.
Поскольку через конденсатор не проходит постоянный ток, нам приходится обрабатывать средние (постоянные) значения сигналов по-разному.
• В правой части главного экрана есть места для ввода смещения постоянного тока для каналов A и B. Установите значения смещения, как показано.
• Теперь, когда мы удалили смещение для входов, нам нужно изменить вертикальное положение сигналов, чтобы повторно центрировать их на сетке.Установите для CA V Pos и CB V Pos значение 0,0.
• Нажмите кнопку «Пуск» в области действия, если она еще не запущена.
• Измерьте CA- V , CA-I, CB- V и Math (CAV — CBV) pk-pk.
Какой сигнал представляет собой математическую форму волны? _________________
• Запись V R1 , V C1 и V R1 + V C1 .
V R1 ____________ V PP .
I R1 ____________ мА PP .
V C1 _______________ V PP .
V R1 + V C1 ____________ V PP .
Теперь что-нибудь о фазе. Надеюсь, вы увидите несколько синусоид со смещениями по времени или разностями фаз, отображаемыми на сетке. Давайте измерим временные сдвиги и вычислим разности фаз.
5.Измерьте разницу во времени между V R1 , I R1 и V C1 и вычислите фазовые сдвиги.
Используйте уравнение 2 и измеренное значение ∆t, чтобы вычислить фазовый угол θ.
Маркеры полезны для определения ∆t. Вот как.
• Отобразите не менее 2 циклов синусоидальных волн.
• Установите горизонтальное время / дел. до 0,5 мкс. Обязательно нажмите красную кнопку «Стоп», прежде чем пытаться разместить маркеры на сетке.
Обратите внимание на то, что дисплей Marker Delta отслеживает знак различия.
Вы можете использовать дисплей измерений, чтобы получить частоту. Поскольку вы устанавливаете частоту источника, вам действительно не нужно зависеть от окна измерения для этого значения.
Предположим, что ∆t равно 0, если вы действительно не видите никакой разницы с 1 или 2 периодами синусоидальной волны на экране.
• Поместите первый маркер на негатив. к поз. место пересечения нуля для сигнала CA- V ( V R1 + V C1 ).Поставьте второй маркер на ближайший нег. к поз. место пересечения нуля для сигнала Math ( V R1 ). Запишите разницу во времени и вычислите фазовый угол. Обратите внимание, что ∆t может быть отрицательным числом. Означает ли это, что фазовый угол опережает или отстает?
∆t _________, θ _________
Чтобы удалить маркеры для следующего измерения, нажмите красную кнопку «Стоп».
• Поместите первый маркер на негатив. к поз. место пересечения нуля для сигнала CA- V ( V R1 + V C1 ).Поставьте второй маркер на ближайший нег. к поз. место пересечения нуля для сигнала CB- V ( V C1 ). Запишите разницу во времени и вычислите фазовый угол.
∆t _________, θ _________
• Поместите первый маркер на негатив. к поз. место пересечения нуля для сигнала Math ( V R1 ). Поставьте второй маркер на ближайший нег. к поз. место пересечения нуля для сигнала CB- V ( V C1 ).Запишите разницу во времени и вычислите фазовый угол.
∆t _________, θ _________
Есть ли какое-либо измеряемое время (фазовый сдвиг) между сигналом Math ( V R1 ) и отображаемой кривой тока CA-I? Поскольку это последовательная цепь, ток, поступающий через канал A AWG, равен току в R 1 и C 1 .
6. Измерьте разницу во времени и вычислите сдвиг фазы θ на другой частоте.
• Установите AWG CHA на 1000 Гц и время / деление на 0,2 мсек / дел.
• Поместите первый маркер на отриц. к поз. место пересечения нуля для сигнала CA- V ( V R1 + V C1 ). Поставьте второй маркер на ближайший нег. к поз. место пересечения нуля для сигнала Math ( V R1 ). Запишите разницу во времени и вычислите фазовый угол. Обратите внимание, что ∆t может быть отрицательным числом. Означает ли это, что фазовый угол опережает или отстает?
∆t _________, θ _________
Чтобы удалить маркеры для следующего измерения, нажмите красную кнопку «Стоп».
• Поместите первый маркер на негатив. к поз. место пересечения нуля для сигнала CA- V ( V R1 + V C1 ). Поставьте второй маркер на ближайший нег. к поз. место пересечения нуля для сигнала CB- V ( V C1 ). Запишите разницу во времени и вычислите фазовый угол.
∆t _________, θ _________
• Поместите первый маркер на негатив. к поз. место пересечения нуля для сигнала Math ( V R1 ).