Угол между током и напряжением: Угол сдвига фаз между током и напряжением. Измерение и вычисление | ENARGYS.RU

Угол сдвига фаз между током и напряжением. Измерение и вычисление | ENARGYS.RU

Начальные фазы электромагнитных синусоидальных колебаний первичного и вторичного напряжения, с частотой одинаковой величины, могут существенно различаться на некоторый угол сдвига фаз (угол φ). Переменные величины могут неоднократно в течение определенного периода некоторого времени изменяются с определенной частотой. Если электрические процессы имеют неизменный характер, а сдвиг фаз равен нулю, это свидетельствует о синхронизме источников величин переменного напряжения, например, трансформаторов. Сдвиг фазы служит определяющим фактором коэффициента мощности в электрических сетях переменного тока.

Угол сдвига фаз находится при необходимости, тогда, если один из сигналов является опорным, а второй сигнал с фазой в самом начале совпадает с углом сдвига фаз.

Измерение угла сдвига фаз производится прибором, в котором присутствует нормированная погрешность.

Фазометр может производить измерение угла сдвига в границах от 0о до 360о в некоторых случаях от -180оС до +180оС, а диапазон измеряемых частот сигналов может колебаться от 20Гц до 20 ГГц. Измерение гарантируется в том случае если напряжение входного сигнала равно от 1 мВ до 100 В, если же напряжение входного сигнала превышает эти границы точность измерения не гарантируется.

Методы измерения угла сдвига фаз

Существует несколько способов измерения угла сдвига фаз, это:

  1. Использование двухлучевого или двухканального осциллографа.
  2. Компенсационный метод основан на сравнении измеряемого фазового сдвига, с фазовым сдвигом, который предоставляется образцовым фазовращателем.
  3. Суммарно-разностный метод, он заключается в использовании гармонических или сформированных прямоугольных сигналов.
  4. Преобразование сдвига фаз во временном интервале.

Как измеряется угол сдвига фаз осциллографом

Осциллографический способ можно отнести к самому простейшему с погрешностью в районе 5о. Определение сдвига осуществляется при помощи осциллограмм. Существует четыре осциллографических метода:

  1. Применение линейной развертки.
  2. Метод эллипса.
  3. Метод круговой развертки.
  4. Использование яркостных меток.

Определение угла сдвига фаз зависит от характера нагрузки. При определении фазного сдвига в первичной и вторичной цепях трансформатора, углы могут считаться равными и практически не отличаются друг от друга.

Угол сдвига фаз напряжений, измеряемый по эталонному источнику частоты и при использовании измерительного органа лает возможность обеспечить точность всех последующих измерений. Фазные напряжения и угол сдвига фаз зависят от нагрузки, так симметричная нагрузка обуславливает равенство фазного напряжения , токов нагрузки и угол фазного сдвига, также будет равна нагрузка по потребляемой мощности на всех фазах электроустановки.

Угол сдвига фаз между током и напряжением в несимметричных трехфазных цепях не равны друг другу. Для того чтобы вычислить угол сдвига фаз (угол φ) в цепь включают последовательно присоединенные сопротивления (резисторы), индуктивности и конденсаторы (емкости).

Рис. №1. Последовательное соединение сопротивления, индуктивности и емкости для вычисления угла сдвига фаз. В этом контуре протекает переменный ток, который способствует возникновению ЭДС.

 

Рис. №2. Схема проведения опыта по определению сдвига фаз между током и напряжением. Слева показаны схемы подключения конденсаторов, катушек индуктивности и резисторов, справа показаны результаты опыта.

Из результатов опыта можно определить, что сдвиг фаз между напряжением и током служит при определении нагрузки и не может зависеть от переменных величины тока и напряжения в электрической сети.

Как вывод, можно сказать, что:

  1. Составляющие элементы комплексного сопротивления, такие как резистор и емкость, а также проводимость не будут взаимообратными величинами.
  2. Отсутствие одного из элементов делает резистивные и реактивные значения, которые входят в состав комплексного сопротивления и проводимости и делают их величинами взаимообратными.
  3. Реактивные величины в комплексном сопротивлении и проводимости используются с противоположным знаком.

Угол сдвига фаз между напряжением и током всегда выражается, как главный аргументированный фактор комплексного сопротивления φ.

Фазы напряжения и тока

Уменьшение угла сдвига фаз между напряжением на приемнике и током, потребляемым от генератора, называют компенсацией сдвига фаз. Некоторое уменьшение угла сдвига фаз дает и применение продольной компенсации. Процесс уменьшения угла сдвига фаз между напряжением на приемнике и током, потребляемым от генератора, называют компенсацией сдвига фаз. Увеличение активного сопротивления приводит к уменьшению угла сдвига фаз , а следовательно к возрастанию косинуса этого угла и к увеличению коэффициента мощности. Индуктивная нагрузка, подключенная в цепь, наоборот, увеличивает угол сдвига фаз и тем самым понижает коэффициент мощности.




Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.


По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

  • Решение типовых задач. Синусоидальные токи, напряжения

  • Угол сдвига фаз между током и напряжением

  • Фаза тока.

  • Сдвиг фаз переменного тока и напряжения

  • Фазовый сдвиг

  • Зачем нужен ноль, если можно получить те же 220 от фазы и земли?

  • ТРИ ФАЗЫ — БЕЗ ПОТЕРИ МОЩНОСТИ

  • Начальная фаза. Сдвиг фаз

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Трехфазные электрические цепи │Теория ч. 1

Решение типовых задач. Синусоидальные токи, напряжения



Измерить изменение параметров несимметрично нагруженной трехфазной сети 0,4 кВ, вносимое стабилизатором фаз. Все измерения проводились в сети дачного кооператива в зимний период года. Обращаем на это Ваше внимание, так как в этом случае сеть имеет относительно большие потери электроэнергии. Об этом можно судить исходя из результатов измерений фазного напряжения. Отклонение линейного напряжения на момент фиксации параметров не превысило предельно допустимого значения по ГОСТ , но превысило нормально допустимое.

При включении QF1 стабилизатор фаз не оказал видимого влияния на треугольник напряжений. Отклонение фазного напряжения фазы А на момент фиксации параметров превышает предельно допустимые значения по ГОСТ Исходя из схемы, представленной на рисунке 1, при включении QF1 стабилизатор фаз распределяет ток нагрузки фазы С на фазы А и В, и перекос фаз существенно уменьшается, тем самым подтвердив свойство устранения перекоса фаз.

Коэффициент искажения синусоидальности кривой фазного напряжения на момент фиксации параметров не превысил нормально допустимого значения по ГОСТ Коэффициент искажения синусоидальности кривой линейного тока на момент фиксации параметров не превысил нормально допустимого значения по ГОСТ Стабилизатор фаз в трехфазной сети 0,4 кВ Цель испытаний Измерить изменение параметров несимметрично нагруженной трехфазной сети 0,4 кВ, вносимое стабилизатором фаз.

Перечень измеряемых параметров Таблица 1 Параметры ед. Анализ результатов, представленных в таблице 2. Линейное напряжение DeltavoltageL-L Отклонение линейного напряжения на момент фиксации параметров не превысило предельно допустимого значения по ГОСТ , но превысило нормально допустимое.

Автоматизация технологических линий, мобильных платформ и спецтранспорта. Производство трансформаторов и стабилизаторов фаз мощностью до кВА. Разработка силовой электроники.

Перекос фаз напряжения и тока Unbalance phase delta voltages and phase currents.

Угол сдвига фаз между током и напряжением

Но при постоянном токе направления тока и напряжения всегда совпадают. На рисунке 1 представлена кривая изменения мгновенных значений мощности для этого случая направление тока и напряжения совпадают. Обратим внимание на то обстоятельство, что направления векторов напряжения и тока в этом случае совпадают, то есть фазы тока и напряжения всегда одинаковы. Рисунок 1. Сдвиг фаз тока и напряжения.

Очень немного людей понимают суть электричества. Такие понятия как » электрический ток «, «напряжение» «фаза» и «ноль» для.

Фаза тока.

Рассмотрим электрическую цепь состоящую из последовательно включенных сопротивления r , индуктивности L и емкости C рис. Протекающий ток i создает на всех элементах цепи падения напряжения, сумма которых равна напряжению на входе u. Для синусоидальных функций времени это можно записать в виде выражения. Подставим это выражение в 1 и получим:. Поэтому перейдем в выражении 1 от оригиналов величин к их символическим изображениям комплексными числами или векторами. Отличие заключается в том, что все величины входящие в него являются комплексными числами изображающими реальные функции времени. Поэтому его можно назвать законом Ома в области изображений. Графически выражение 3 можно представить векторной диаграммой рис. Здесь вектор входного напряжения U складывается из трех составляющих. Вектор падения напряжения на резистивном сопротивлении r I совпадает по направлению с током I , так как отличается от него только вещественным коэффициентом r.

Сдвиг фаз переменного тока и напряжения

Синусоидальные токи, напряжения. Параметры идеальных элементов электрических цепей синусоидального тока. Электромагнитный процесс в электрической цепи считается периодическим, если мгновенные значения напряжений и токов повторяются через равные промежутки времени Т. Время Т называется периодом. На рис.

Угол сдвига фаз а называется электрическим углом.

Фазовый сдвиг

Разность фаз напряжения и тока Условимся под разностью фаз j напряжения и тока всегда понимать разность начальных фаз напряжения и тока а не наоборот : Поэтому на векторной диаграмме угол j отсчитывается в направлении от вектора I к вектору U рис. Именно при таком определении разности фаз угол j равен аргументу комплексного сопротивления. Угол j положителен при отстающем токе и отрицателен при опережающем токе. Разность фаз между напряжением и током зависит от соотношения индуктивного и емкостного сопротивлений. При имеем и ток отстает по фазе от напряжения,. При имеем , ток совпадает по фазе с напряжением, rLC -цепь в целом проявляет себя как активное сопротивление.

Зачем нужен ноль, если можно получить те же 220 от фазы и земли?

Трёхфазное напряжение — это система электрического питания, где используются три фазные линии, со сдвигом по фазе градусов. Это обеспечивает равномерные условия для многих приложений, повышается эффективность. Отцом трёхфазного напряжения считают Доливо-Добровольского в России и Николу Теслу — в остальном мире. События, относящиеся к эпохе возникновения предмета спора, происходили в е годы XIX века. Никола Тесла продемонстрировал первый двухфазный двигатель, работая на компанию, где налаживал электрические установки разнообразного назначения. Заинтересованность явлением электризации шерсти домашнего кота привела учёного к великим открытиям. Прогуливаясь в парке с приятелем, Никола Тесла осознал, что сумеет реализовать на практике теорию Араго о вращающемся магнитном поле, причём понадобятся:. Чтобы показать великое значение открытия, заметим, что трансформатор Яблочкова в указанное время не обрел массовой известности, а опыты Фарадея по магнитной индукции благополучно забыли, записав лишь формулу закона.

Начальные фазы электромагнитных синусоидальных колебаний первичного и вторичного напряжения, с частотой одинаковой величины, могут.

ТРИ ФАЗЫ — БЕЗ ПОТЕРИ МОЩНОСТИ

Сдвиг фаз является величиной безразмерной и может измеряться в радианах градусах или долях периода. При неизменном, в частности нулевом сдвиге фаз говорят о когерентности двух процессов. Длина вектора соответствует амплитуде синусоиды, а угол между векторами — сдвигу фаз.

Начальная фаза. Сдвиг фаз

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Трехфазный ток

Зачем нужен нулевой проводник? Интересный факт — можно из сети брать только фазу, а вместо нуля подключится к забитому в землю штырю. При применении подобной технологии ноль не нужен. Так что же, нулевой проводник нужен только для того, чтобы счетчик крутился?

У новичков в мире электрики и домовладельцев иногда возникает вопрос: что такое фаза тока в бытовой электропроводке. Связано это с необходимостью починить какой-либо электроприбор.

Переменные токи одинаковой частоты могут отличаться друг от друга не только по амплитуде, но и по фазе, т. Если два переменных тока одновременно достигают амплитудных значений и одновременно проходят через нулевые значения, то эти токи совпадают по фазе. В этом случае сдвиг фаз между токами равен нулю рис. Однако возможны случаи, когда амплитудные и нулевые значения данных токов не совпадают друг с другом по времени, т. На рис.

Практически все новички и собственники домов часто сталкиваются с проблемой: что же такое фаза тока в обычной электрической проводке? Такие вопросы возникают чаще всего в процессе ремонта каких-то электроприборов. При возникновении такой ситуации, в первую очередь, нужно думать и соблюдать технику безопасности. А знания и умения должны отойти на второй план.



Используйте формулу фазового угла, чтобы понять мощность

Ключевые выводы

  • Подача мощности в системе переменного тока зависит от фазового угла между напряжением и током.

  • Фазовый угол также зависит от импеданса цепи, который вызывает изменение фазы.

  • При наличии разности фаз между напряжением и током реальная мощность, подаваемая на нагрузку, может быть довольно низкой. Вы можете определить, когда это произойдет, посмотрев на графики для вашей схемы.

Поддерживайте высокий коэффициент мощности при работе с 3-фазным питанием в ваших системах переменного тока.

Работа с подачей энергии может быть опасной и сложной, особенно когда мы рассматриваем реактивное сопротивление в практических цепях переменного тока. Обеспечение реальной подачи мощности на резистивную нагрузку зависит от поддержания высокого коэффициента мощности в ваших цепях, что в свою очередь требует поддержания фазового угла в вашей системе близким к нулю. Время от времени вам нужно будет проверять угол сдвига фаз между напряжением и током в реактивной цепи, чтобы обеспечить достаточную подачу мощности на элемент нагрузки.

Просто взглянув на разницу во времени между подаваемым напряжением и током на вашем компоненте нагрузки, вы можете определить фазовый угол, определяющий реальную подачу мощности. Затем вы можете использовать формулу фазового угла для реальной и полной мощности, чтобы определить коэффициент мощности в вашей системе. Затем вы можете определить, потребуется ли коррекция коэффициента мощности, которая будет зависеть от входного напряжения и мощности в системе.

Формула фазового угла

Фазовый угол цепи зависит от разности фаз между напряжением и током в цепи. Предполагая, что у нас есть простая система LTI, состоящая только из резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности, вы можете определить простое соотношение фазового угла между напряжением и током в каждом элементе схемы.

Разность фаз в различных цепях RLC графически показана на изображении ниже, где мы видим, что напряжение и ток смещены друг относительно друга во временной области. Здесь реактивное сопротивление элементов C и L создает разность фаз между напряжением и током. Эта разность фаз станет важной позже, когда вы захотите рассчитать реальную мощность, подаваемую на компонент нагрузки.

Комплексные напряжения и токи в различных цепях, а также их разности фаз.

Фазовый угол можно определить, просто взглянув на разницу во времени между кривыми напряжения и тока. Это равно разнице во времени между соседними пиками тока и напряжения, деленной на 180 градусов. В качестве альтернативы, если вы знаете импеданс в вашей цепи переменного тока, вы можете рассчитать разницу фаз, которую вы увидите между напряжением и током:

Формула фазового угла в терминах импеданса.

Обратите внимание, что это относится к цепям LTI, где фаза является постоянной величиной (т. е. не зависит от напряжения или тока). Для обычной сети RLC фазовый угол может быть функцией частоты, даже если цепь представляет собой систему LTI. Теперь, когда у нас есть четкое определение разности фаз в цепи переменного тока, мы можем определить реальную мощность, подаваемую на компонент нагрузки в цепи переменного тока.

Отдаваемая мощность и фазовый угол

Когда ток и напряжение имеют некоторую разность фаз между собой, мощность в цепи представляется комплексным числом S. Действительная и мнимая части комплексной мощности представляют реальную отдаваемую мощность и реактивную мощность соответственно. Следующая формула определяет комплексную мощность S, которая выражается через комплексное сопротивление Z.

Комплексная мощность через комплексное сопротивление.

Обратите внимание, что резистивные части цепи всегда рассеивают активную мощность, как мы сейчас увидим, а реактивные части получают только реактивную мощность. Физически реактивная мощность представляет собой мощность, ограниченную реактивным элементом в цепи (т. е. элементами L и C). Напротив, реальная мощность рассеивается в виде тепла в резистивных элементах.

Если вы знаете фазовый угол из импеданса или разницы во времени между током и напряжением, то вы можете рассчитать реальную мощность, подаваемую на нагрузку. Это определяется ниже с точки зрения величины S и фазового угла:

Фактическая мощность, подаваемая на компонент нагрузки.

Чтобы рассчитать реактивную мощность, просто замените косинус на синус в приведенном выше уравнении. Обратите внимание на знак фазового угла в этом расчете, так как он покажет вам, когда мощность ограничивается реактивными элементами, а когда она рассеивается в резистивных элементах. Это различие между кажущейся мощностью и реальной мощностью становится более ясным, когда мы исследуем распределение тока и напряжения в последовательной цепи RLC, как показано на рисунке ниже.

Распределение напряжения и тока в последовательной цепи RLC.

На этом изображении ток и индуктивность имеют напряжения, которые не совпадают по фазе друг с другом, поэтому общая реактивная мощность в LC-ветви цепи равна нулю. Другими словами, элементы C и L имеют противоположное реактивное поведение в разные моменты времени; один элемент генерирует реактивную мощность, а другой ограничивает ее.

Фазовый угол от активной и реактивной мощности

Другой важной величиной является кажущаяся мощность |S|, которая учитывает активную и реактивную мощности вместе без фазовой постоянной. В другом случае вы можете уже знать реальную мощность Re[S] и кажущуюся мощность |S|, и вам нужно найти фазовый угол. Отношение этих двух величин известно как коэффициент мощности, который очень важен в регулируемых системах преобразования переменного тока в постоянный. Коэффициент мощности определяется по фазовому углу следующим образом:

Определение коэффициента мощности по фазовому углу.

В идеале, коэффициент мощности системы преобразования мощности должен быть равен 1. Поскольку реальные схемы регуляторов имеют коэффициент мощности где-то около ~0,7, схема PFC обычно добавляется на этапе выпрямления AC-DC, чтобы обеспечить коэффициент мощности как можно ближе к 1. Вычисление фазового угла говорит вам, как вам нужно будет компенсировать низкий коэффициент мощности при проектировании ваших цепей.

После того, как вы использовали формулу фазового угла и определили, какой уровень коррекции коэффициента мощности вам нужен, вы можете создать макет платы с помощью лучшего программного обеспечения для компоновки и проектирования печатных плат с полным набором инструментов проектирования. Allegro PCB Editor включает в себя функции, необходимые для компоновки плат для любого приложения, включая системы преобразования энергии переменного тока. Затем вы можете использовать инструменты анализа Cadence для моделирования и анализа поведения вашей силовой электроники.

Если вы хотите узнать больше о том, как у Cadence есть решение для вас, обратитесь к нам и нашей команде экспертов. Вы также можете посетить наш канал YouTube и посмотреть видеоролики о моделировании и системном анализе, а также узнать, что нового в нашем наборе инструментов для проектирования и анализа.

 

Решения Cadence PCB — это комплексный инструмент для проектирования от начала до конца, позволяющий быстро и эффективно создавать продукты. Cadence позволяет пользователям точно сократить циклы проектирования и передать их в производство с помощью современного отраслевого стандарта IPC-2581.

Подпишитесь на LinkedIn

Посетить сайт

Больше контента от Cadence PCB Solutions

УЧИТЬ БОЛЬШЕ

9.

Импеданс и фазовый угол

Не пропустите…

Изучите импеданс, ток и напряжение в цепи RLC в апплете далее на этой странице.

Импеданс

Полное сопротивление цепи представляет собой полное эффективное
сопротивление протеканию тока на комбинация
элементы цепи.

Символ: Z

Единицы: `Ом`

Суммарное напряжение на всех 3-х элементах (резисторы, конденсаторы
и катушки индуктивности) пишется

В РЛК

Чтобы найти это общее напряжение, мы не можем просто добавить
напряжения В Р ,
В Л и В С .

Потому что В Л и
V C считаются мнимыми
количество, у нас есть:

Полное сопротивление В RLC = IZ

Итак, `Z = R + j(X_L− X_C)`

Теперь величина (размер или абсолютное значение) Z определяется как:

`|Z|=sqrt(R^2+(X_L-X_C)^2`

Фазовый угол

`загар\тета=(X_L-X_C)/R`

Угол θ представляет фазовый угол между текущим
и напряжение.

Сравните это с фазовым углом, который мы встречали ранее на графиках y = a sin( bx + c ).

Пример 1

Цепь имеет последовательное сопротивление 5 Ом и реактивное сопротивление катушки индуктивности 3 Ом. Представьте импеданс комплексным числом, в
полярная форма. 9@\ Ω`.

Пример 2(а)

Определенная цепь переменного тока имеет резистор
`4\ Ом`, реактивное сопротивление на катушке индуктивности `8\
Ом` и реактивное сопротивление на конденсаторе `11\
Ω`. Выразите импеданс цепи в виде комплекса
число в полярной форме.

Ответить

В этом случае имеем: `X_L-
X_C= 8 — 11 = -3\ Ом`


Итак, `Z = 4 — 3j\ Ω` в прямоугольной форме.

9@\ Ом`

Интерактивный график RLC

Ниже приведен интерактивный график для воспроизведения
с (это не статичное изображение). Вы можете изучить влияние резистора, конденсатора и катушки индуктивности на полное сопротивление в цепи переменного тока.

Действия для этого интерактивного

  1. Сначала просто поиграйте с ползунками. Вы можете:
    Перетащите верхний ползунок влево или вправо, чтобы изменить сопротивление резистора, `R`,
    Перетащите ползунок X L вверх или вниз, чтобы изменить импеданс из-за катушки индуктивности, «X_L», и
    Перетащите ползунок X C вверх или вниз, чтобы изменить импеданс из-за конденсатора, «X_C».
  2. Изучите влияние различных импедансов на значения X L − X C и Z .
  3. Обратите внимание на влияние различных импедансов на θ, угол, который красная «результатная» линия образует с горизонтом (в радианах).
  4. Рассмотрим графики напряжения и тока в интерактиве. Наблюдайте за количеством 90 115 отставания 90 116 или 90 115 опережения 90 116 при изменении ползунков.
    Угол между током и напряжением: Угол сдвига фаз между током и напряжением. Измерение и вычисление | ENARGYS.RU