Что такое фаза и ноль в электрике
10.03.2015 10.03.2015 / Напряжение
Электрические сети бывают двух типов. Сети переменного тока и сети с постоянным током. Электрический ток, как известно, — это упорядоченное движение электронов. В случае постоянного тока они двигаются в одном направлении и. как принято говорить, имеют постоянную поляризацию. В случае с переменным током направление движения электронов все время меняется, то есть ток имеет переменную поляризацию.
Принцип работы сети переменного тока
Сеть переменного тока делится на две составляющие: рабочая фаза и пустая фаза. Рабочую фазу иногда просто называют фазой. Пустую называют нулевой фазой или просто — ноль. Она служит для создания непрерывной электрической сети при подключении приборов, а также для заземления сети. А на фазу подается рабочее напряжение.
При включении электроприбора не важно, какая фаза рабочая, а какая пустая. Но при монтаже электропроводки и подключении ее в общедомовую сеть это нужно знать и учитывать. Дело в том, что установка электропроводки делается или с помощью двухжильного кабеля, или трехжильного. В двухжильном одна жила – рабочая фаза, вторая – ноль. В трехжильном рабочее напряжение делится на две жилы. Получается две рабочих фазы. Третья жила – пустая, ноль. Общедомовая сеть выполняется из трехжильного кабеля. Общая схема электропроводки в частном доме или квартире, в основном, тоже делается из трехжильного провода. Поэтому перед подключением квартирной проводки нужно определить рабочие и нулевую фазы.
Способы определения фазных и нулевых проводов
Узнать, на какую жилу подается напряжение, а на какую нет, несложно. Есть несколько способов определения фазы и нуля.
Первый способ. Фазы определяются по цвету оболочки жил. Обычно рабочие фазы имеют цвета черный, коричневый или серый, а ноль – светло-синий. Если устанавливается дополнительное заземление, то его жила — зеленого цвета.
В этом случае не используют дополнительных приборов для определения фаз. Следовательно, такой способ не очень надежен, потому что, монтируя проводку, электрики могут не соблюдать цветовую маркировку жил.
[blockquote_gray]Основным отличием между фазным и линейным напряжением в сетях переменного тока является показатель величины напряжения, который у линейного в 3 раза выше, чем у фазного.
Для организации уличного освещения используют фотореле. Как правильно подключить такое устройство, можно узнать здесь.[/blockquote_gray]
Надежнее определять фазы с помощью электроиндикаторной отвертки. Она представляет собой непроводящий ток корпус, в который встроены индикатор и резистор. В качестве индикатора используют неоновую лампочку. При касании жалом отвертки оголенного, под напряжением, провода индикатор, если жила рабочая, загорается. Если ноль, то не срабатывает. С помощью такой отвертки можно определять и исправность сети. Если при касании жалом поочередно жил провода лампочка не загорается, то сеть неисправна.
[attention type=green]Случается, что индикатор загорается при прикосновении к обеим жилам провода, то есть и к фазе и к нулю. Это значит, что в пустой фазе где-то есть обрыв. Его нужно найти и устранить.[/attention]
Можно осуществить определение фазы мультиметром. Сначала устанавливаем режим измерений – переменное напряжение. Потом конец одного щупа зажимаем в руке. Вторым щупом касаемся жилы. Если фаза рабочая, то на экране прибора будет показана величина напряжения.
Можно определить рабочую фазу и с помощью обычной электрической лампочки. Берем лампочку, вкрученную в патрон, с двумя отрезками провода. Один конец заземляем. Можно заземлить его, прикрутив к отопительной батарее. Концы проводов, естественно, должны быть оголенными. Вторым концом касаемся жилы. Если лампочка загорается, то фаза – рабочая.
Один из методов, показывающих что такое фаза и ноль в электрике, на видео
com/embed/k6A5dW2W7eY” frameborder=”0″ allowfullscreen=””>Что такое фаза и ноль в электричестве
Почти ежедневно мы пользуемся электричеством и многие знают, что в обыкновенной бытовой розетке один из контактов ‒ фаза, а другой ‒ ноль. В то же время, что такое фаза в электричестве, особенно для новичка, известно немногим. Всем привычней «плюс» и «минус», а вот фаза – ноль как бы совсем другое электричество. На самом деле все очень просто ‒ привычный «плюс» и «минус» меняются по очереди 50 раз за секунду на одном контакте, который и называется фазой.
Содержание
- 1 Фаза
- 2 Ноль
- 3 Рождение
- 4 Трансформация тока
- 5 Как определяется фаза
- 6 Маркировка проводов
Фаза
Если говорить более профессионально, то в обычной сети переменное напряжение частотой 50 Гц, а фаза ‒ период этого напряжения, протекающий за 1/50 секунды. В общем понятии определение ‒ что такое фаза в электричестве, звучит как «повторяющийся период изменения напряжения за единицу времени». Выглядит период следующим образом. Напряжение возрастает от нуля вольт до +220 V, потом падает обратно до нуля и растет уже в отрицательную сторону до ‒220 V, и снова падает на ноль. Затем период повторяется 50 раз за каждую секунду. Если выразить фазу графически, где ось абсцисс будет шкалой времени, а ось ординат шкалой напряжения, то получится синусоида – волна, состоящая из гребня и впадины. Именно поэтому переменный ток еще называют «синусоидальным».
Ноль
С нулем все намного проще. «Ноль» – это ноль вольт (0 V), то есть нулевой потенциал. Он служит своеобразным коллектором, принимающим электрический ток, прошедший через нагрузку, например, через лампочку. Если ноль отключить, то электрический ток остановится и лампочка, оставаясь под напряжением, все равно светить не будет.
Теперь, когда вы знаете что такое фаза и ноль в электричестве, вполне логично задать вопрос ‒ зачем все так усложнять и почему в розетке не «плюс» и «минус»? Чтобы это объяснить предлагаем совершить маленькое путешествие вместе с переменным током, посмотрев для чего это нужно.
Рождение
«Колыбелью» электрического тока, которым мы повседневно пользуемся, является электростанция. Несколько огромных генераторов мощностью в десятки мегаватт. В статоре генератора расположены 3 обмотки. Ротор вращается, создавая переменное магнитное поле, которое возбуждает в обмотках переменный ток. Как видите, ток уже появляется переменным. Дальше его нужно передать на тысячи километров, но есть «загвоздка». Учитывая огромную мощность, ток измеряется в миллионах ампер. Ток всего 0,25 А раскаляет нить лампочки до свечения, а что же произойдет с проводами при нескольких миллионах? Они попросту сгорят за долю секунды.
Чтобы снизить ток, нужно поднять напряжение. Это можно сравнить с потоком воды по трубе. Если перекачивать десятки литров в секунду по тонкой трубке, то напор будет настолько сильный, что ее скорей всего порвет. Но если применить толстую трубу, то все пройдет без сбоев. Математически это выглядит так: I = P/U, то есть ток равен потребляемая мощность деленная на напряжение.
Трансформация тока
Повышают напряжение на трансформаторной станции. Для повышения напряжения, ток сначала нужно преобразовать в магнитное поле, а затем снова в ток. Процесс происходит в трансформаторе. Здесь опять переменный ток «выигрывает», ведь постоянный не трансформируется. Чтобы возбудить ток во вторичной обмотке трансформатора нужно переменное электромагнитное поле, которое индуцируется только переменным током.
В большинстве электробытовых приборов (телевизор, компьютер, блок питания) происходит аналогичный процесс трансформации, только напряжение наоборот понижается. Если бы в сети был постоянный ток, то его пришлось бы сначала преобразовывать в переменный.
На своем пути ток проходит еще много трансформаторных станций, понижая напряжение на каждом ответвлении. В конечном итоге ток напряжением 10 кВ попадает на последнюю ТП и там, понижаясь до 250 V на каждой фазе, отправляется к конечному потребителю лампочки, телевизоры, утюги и другую технику.
Как определяется фаза
Когда включаем в розетку вилку, то где фаза и ноль неважно, но при подключении некоторого оборудования это имеет значение. Например, кнопка звонка подключается на разрыв нуля, а выключатель света ‒ на фазу. Для определения электрической фазы существует очень простой прибор – индикатор, похожий на отвертку. Хотя есть другие, например, ПИН-50 или варианты индикаторов с ЖК- дисплеем, где, кроме индикации, отображается напряжение. Также существуют приборы, определяющие наличие напряжения через изоляцию. Если при касании щупом контакта лампочка загорается, то это фаза, если нет ‒ «ноль» или «земля». Индикацию фазы производят с целью определения, а также чтобы убедиться в отсутствии напряжения перед началом работ на линии.
Маркировка проводов
В 1-фазной внутриквартирной электрической сети проводка осуществляется трехжильным проводом, где каждая жила имеет изоляцию определенного цвета. Цвета электрических проводов обозначают, где земля, фаза, ноль.
- Ноль – синий или голубой.
- Земля – желто-зеленый.
- Фаза – белый, черный или коричневый.
Хотя в старых домах, где проводку осуществляли проводом АПВ, цветовая маркировка не практиковалась. Знать каким цветом фаза и ноль маркируются в электричестве нужно для упрощения ремонтно-монтажных работ, хотя 100% доверять не стоит, ведь монтажники могли ошибиться.
Читайте также:
- Действие электрического тока на организм человека
- Электрический ток в металлах
- Зачем и как изолируют электрические провода
Восемь ключевых этапов инженерного цикла
В любой день в Соединенных Штатах более 300 000 человек работают в области разработки электроники 1 . Многие из этих инженеров работают в быстро развивающихся технологических компаниях и занимаются выпуском новейших гаджетов для потребительского рынка. Некоторые из них работают в государственных учреждениях и участвуют в проектах по улучшению производительности огромного арсенала правительственной электроники, спутников, средств связи и вооруженных сил, в то время как многие другие неустанно работают в определенных секторах рынка.
Чак Чейз
Технический директор
В MJS Designs Чак Чейз является техническим директором и, в отличие от многих своих коллег в отрасли, занимает уникальную должность инженера-электронщика в MJS Designs.
В то время как многие инженеры тратят годы, если не десятилетия, на один проект, Чак может применить свои обширные знания и опыт в разнообразных проектах, реализуемых MJS Designs. В любой день Чак мог работать на автоматическая вспышка для коммерческого фотоаппарата, проектирование схемы для проект военного освещения , разработка ручного датчика замыкания на землю для энергетики, или даже проектирование контроллера зажигания для системы газового отопления.
Чак, выпускник инженерного факультета Университетов штата Колорадо и Аризоны, работал с такими компаниями, как Motorola, McDonnell Douglas и FLIR Systems. Чак имеет обширный опыт в области силовых цепей, взрывателей снарядов и бортового радиоэлектронного оборудования, и он посвятил много времени разработке усовершенствованных радиолокационных систем охраны периметра.
Фактически, Чак много лет был клиентом MJS Designs и был настолько впечатлен их работой, что пришло время сменить карьеру; MJS Designs был логичным выбором.«Как заказчик, мне всегда нравилось, что MJS Designs собирает мои электронные сборки. Аппаратное обеспечение, созданное MJS, запускалось и работало сразу же без необходимости отладки в 99% случаев. Какая экономия времени!! Уровень успеха с другими контрактными производителями был очень низким по сравнению с ним». – Chuck Chase
В среднем инженерный проект в MJS Designs длится 3-5 месяцев. Само собой разумеется, что некоторые проекты выполняются быстро, а некоторые проекты могут занять год и более, чтобы завершить инженерную часть разработки проекта. В MJS Designs всегда есть несколько активных инженерных проектов. Чак опирается на давние отношения с инженерными субподрядчиками, если это необходимо для поддержки этих проектов или когда для проекта требуется узкоспециализированный опыт.
В общем, инженерный цикл MJS Designs состоит из восьми ключевых этапов.
Цикл технической разработки
1 – Этап предложения – На этом раннем этапе проекта MJS устанавливает первоначальный контакт с заказчиком и определяет уровень усилий, которые потребуются для удовлетворения требований проекта заказчика. Это требует значительного объема обсуждений и обмена информацией между MJS и заказчиком. MJS Designs работает с самыми разными клиентами, у некоторых из которых есть не более чем общая идея, набросанная на салфетке, которые стремятся построить свой первый прототип, в то время как у других есть всеобъемлющий и очень подробный список функций, опций и спецификаций, которые необходимы для разработки продукта или продвижения продукта.
Кроме того, MJS Designs также работает с компаниями, которым требуется реинжиниринг . Это происходит, когда компания хочет воспроизвести продукт или функцию, а проектная документация устарела или отсутствует, а первоначальный поставщик или инженер больше недоступен.
После подробного рассмотрения требований проекта заказчику предоставляется предложение с фиксированной ценой, что является уникальным в отрасли. Требуется большой опыт, чтобы точно оценить инженерный проект, который не полностью определен, и предоставить фиксированную цену. После принятия клиентом предложения MJS проект переходит к этапу определения.
2 – Фаза определения
3 – Фаза электрического/механического проектирования – После четкого определения всех спецификаций, желаемых результатов и функций начинается схематическая работа. Схематический проект является основным документом для любой сборки электроники. Схема показывает соединение компонентов в цепи четким и стандартизированным способом. Это способ сообщить, какие именно компоненты задействованы в цепи, а также как они связаны. Схемы, созданные MJS Designs, будут отображать имена и значения компонентов, а также метки для разделов или компонентов. Завершенная схема затем используется для создания Спецификация (ведомость материалов) . Схема и спецификация работают вместе, чтобы полностью определить электронный дизайн.
Член группы инженеров-электриков MJS создаст схематический проект, используя один из сложных инструментов для ввода электронных схем, доступных в MJS. Эти инструменты включают Altium Designer и некоторые другие. Инженер может использовать другие электронные инструменты для проверки электронного проекта. Эти инструменты могут включать в себя симуляторы Spice, калькуляторы MTBF, инструменты целостности сигнала и инструменты расчета мощности.
Для удовлетворения системных требований также может потребоваться некоторое машиностроение. Обычно это включает в себя разработку специальных корпусов для электроники, разработку пластиковых корпусов на заказ или модификацию готовых корпусов COTS для соответствия механическим требованиям проекта. Команда MJS Engineering работает с сетью партнерских компаний и подрядчиков, чтобы удовлетворить требования механического проекта. Обычно это делается параллельно с усилиями по проектированию электроники.
После того, как документы схемы и спецификации готовы, проект готов к «Fab» или изготовлению голой печатной платы (PCB).
4 – Проектирование печатной платы и этап изготовления – Инженерный отдел и отдел проектирования печатных плат работают вместе над созданием проекта печатной платы на основе схемы проекта и спецификации. Проектирование печатной платы — это процесс размещения компонентов на печатной плате с последующим определением фактической медной дорожки, которая соединяет электронные компоненты для завершения электронной схемы. Инженерия и Конструктор печатных плат сначала разместит компоненты для достижения механических и электрических целей системы. Эти цели могут включать размещение разъемов для упрощения прокладки кабелей и межсистемных соединений, соблюдение ограничений по высоте компонентов, налагаемых корпусом электроники, и снижение системного шума для соответствия стандартам EMI/EMC. Проектировщик также предоставит другую важную информацию для проектировщика, такую как уровни тока во всех частях конструкции, специальные требования к импедансу дорожки, специальную маркировку платы, спецификации монтажных отверстий и контрольных точек и т. д.
В случае с Чаком Чейзом в MJS Designs Чак часто сидит бок о бок с разработчиком печатных плат, чтобы убедиться, что требования проекта выполнены, а разработчик печатных плат полностью понимает желаемый результат проекта. После завершения проектирования печатной платы заказчику предоставляется окончательный вариант печатной платы для рассмотрения и утверждения. После согласования с инженерами, дизайнерами и заказчиком изготавливается голая печатная плата, и начинается процесс сборки печатной платы.
5 – Фаза сборки печатной платы – Фаза проекта сборки печатной платы включает в себя установку электронных компонентов на голую печатную плату. MJS Designs предлагает несколько типов печатных плат в сборе . Многие старые платы используют технологию сквозного отверстия, в которой используются компоненты с выводами, проникающими во все слои печатной платы. Наиболее распространенный тип сборки, используемый сегодня, известен как технология поверхностного монтажа (SMT), которая описывает метод, используемый для монтажа электроники на поверхности печатной платы. Многие печатные платы SMT включают макеты для корпусов в масштабе чипа. Примером может служить использование корпусов microBGA с шагом 0,4 мм. Устройства SMT помогают экономить место на самых маленьких печатных платах. MJS также выполняет установку компонентов как для свинцовых конструкций, так и для бессвинцовых сборок, которые с годами становятся все более и более популярными.
6 — Этап проверки сборки — На этапе сборки печатной платы проводится ряд тестов. К ним относятся автоматические визуальные проверки, чтобы убедиться, что все компоненты правильно ориентированы, подключены и чисты. В зависимости от требований заказчика печатная плата может быть проверена с помощью рентгеновского излучения или протестирована с помощью граничного сканирования или летающего зонда . По результатам испытаний сборочная бригада может изменить компоненты, чтобы привести сборку в соответствие со стандартами. Когда этап сборки завершен, собранные платы отправляются инженерам для интеграции и тестирования.
6 — Этап интеграции и тестирования — После завершения этапа сборки электроника передается в отдел разработки для окончательной оценки. Интеграция и тестирование относятся к процессу установки любого необходимого микропрограммного обеспечения или встроенного программного обеспечения (часто недавно разработанного) и обеспечения «запрограммированных» функций сборки, как указано в спецификации продукта. Часто это повторяющийся процесс, при котором прошивка/программное обеспечение модифицируются и повторно тестируются на оборудовании до тех пор, пока не будут достигнуты желаемые результаты. Обычно это разовое техническое испытание с использованием ограниченного количества плат. Тестирование, проведенное на этапе интеграции и тестирования, обычно переносится в функциональное тестирование большего объема путем создания процедуры функционального тестирования, которая будет использоваться отделом тестирования.
7 – Процедура функционального тестирования Этап – Важным и критическим элементом цикла разработки является завершение процедур функционального тестирования. Процедура функционального тестирования может быть создана либо заказчиком, либо компанией MJS в зависимости от потребностей и возможностей заказчика. Процедура функциональных испытаний определяет испытания, которые должны выполняться на всех сборках печатных плат в рамках заводских приемочных испытаний. Важно, чтобы процедура функционального тестирования была разработана знающим инженером, который понимает, какие тесты необходимо выполнить, чтобы убедиться, что электромеханическая система работает в соответствии со спецификацией продукта.
8 – Функциональное тестирование Фаза – Отдел тестирования MJS проведет функциональное тестирование при поддержке группы инженеров по мере необходимости. Подузлы электроники можно тестировать как автономные системы, или, если реальная система доступна, то сборку печатной платы можно установить и протестировать в реальном изделии. Часто функциональное тестирование выполняется в диапазоне температур, напряжений и других условий. Узлы также могут быть подвергнуты специальным испытаниям, таким как удар, вибрация, EMI, EMC, безопасность, HALT и другие, в зависимости от требований заказчика. Эти специальные тесты проводятся при поддержке внешних испытательных центров, с которыми MJS регулярно заключает контракты. Цель всех испытаний состоит в том, чтобы гарантировать, что сборка печатной платы и продукт будут работать в соответствии с пожеланиями и с высокой надежностью, когда они попадут в руки конечного потребителя.
Резюме
На любом этапе инженерного цикла MJS Designs поддерживает активную связь с заказчиком и готова сделать столько, сколько нужно заказчику для его инженерного проекта.
Компания MJS Designs уже много лет использует лозунг «От прототипа к производству». Эта мысль охватывает весь цикл проектирования с полным комплексом услуг «под ключ» и быстрым выполнением работ под одной крышей, поэтому заказчик может иметь дело с одной командой и ему не нужно отслеживать каждый этап процесса через разных поставщиков.
В следующей таблице показано разнообразие инженерных услуг, доступных через MJS Designs. Также обобщены технологические специальности и опыт MJS.
Инженерные услуги:
- Проектирование/анализ новых электронных схем
- Анализ существующих электронных схем
- Разработка встроенного программного обеспечения
- Разработка программного обеспечения высокого уровня/GUI
- Анализ отказа электронной системы
- Обратный инжиниринг
- Системная инженерия
- Термический анализ
- Разработка функциональных тестов
- Разработка теста граничного сканирования
- Разработка летающих зондов
- Конструкция механической упаковки
- Проектирование/анализ машиностроения
- Конструкция печатной платы
- DFX-анализ (включая DFM и DFT)
- Обновление технологии / устаревания
- Преобразование RoHS
- Анализ производственных затрат
- Техническая документация (спецификации, процедуры испытаний и т. д.)
Свяжитесь с нами сегодня, чтобы назначить время для обсуждения ваших идей с командой инженеров MJS Designs или в чате с экспертом по телефону www.mjsdesigns.com.
Ссылки
1 Бюро статистики труда, Министерство труда США, Справочник по профессиональным перспективам, издание 2014-15 , инженеры по электротехнике и электронике.Этап разработки – Практическое EE
После того, как архитектура создана, необходимо определить, осуществим ли проект. Выполнимо ли это, учитывая доступные точки влияния и наборы навыков, которые можно применить? Чтобы определить это, определите основные области риска, области, не имеющие четкого решения, и области, где требуется новое изобретение или новая разработка. Затем создавайте эксперименты и создавайте прототипы, чтобы определить, что необходимо для решения и подтверждения проблемных областей.
Этап расследования – ключевая информация для определения
- Области высокого риска – Определите, какие области могут быть очень рискованными, чтобы можно было снизить риск.
- Области, требующие изобретения – Выясните области, в которых существующие решения не будут работать и потребуется изобретение. Полагаться на новое изобретение рискованно и может потребоваться неизвестное количество времени, чтобы оно осуществилось.
- Области, требующие значительного развития — Определите области, которые потребуют большого количества инженерных ресурсов и нескольких циклов разработки.
После завершения экспериментов по изучению этих проблемных областей будет принято решение о том, осуществим ли проект и следует ли продолжить его до стадии разработки.
Этап разработкиНа этапе разработки выполняется основная часть работы над проектом. Инженеры-электрики будут проектировать и создавать прототипы электроники, тестировать их, устранять проблемы и внедрять исправления для следующей версии прототипа. Это обычно называется циклом сборки-тестирования-исправления, который повторяется до тех пор, пока не будут обнаружены и устранены все основные проблемы, а электроника не будет готова к работе. В этом обсуждении я сосредоточусь на этапе разработки PCA или набора PCA, потому что это то, с чем я знаком. Другие типы разработки, такие как кабели, могут быть похожими, но некоторые другие типы, такие как разработка FPGA, сильно отличаются от разработки PCA, поскольку в этом случае вы разрабатываете код, а не физический объект.
Начнем с процесса разработки прототипа EE. Это начинается с разработки схем, где вы реализуете компоненты для PCA и соединяете их. Пока разрабатываются схемы, выпускается спецификация (BOM), поэтому компоненты с длительным сроком поставки (компоненты, получение которых занимает много времени) можно приобрести до сборки прототипа. Важно получить спецификацию на ранней стадии, даже если ее все еще нужно изменить перед сборкой, потому что часто детали с длительным сроком выполнения являются критическим путем для создания ваших прототипов.
Процесс разработки EE PCA
- Начать схему
- Выпустить спецификацию с риском для покупки как можно скорее – начать закупку компонентов с длительным сроком поставки
- Полная схема
- Обзор дизайна хоста, внесение изменений из обзора
- Настройка Компоновка и размещение компонентов
- Обзор с машиностроением
- Полная компоновка и обзор с EE
- Выпуск Gerbers, спецификаций и схем для изготовления
- Архив файлов проекта и документации
После того, как схемы будут готовы, проведите обзор проекта. Как я уже говорил, я рекомендую разбивать обзоры дизайна на небольшие, целенаправленные встречи. Проведите обзор проекта, чтобы охватить темы функциональности и встроенного ПО, проведите обзор операций, чтобы обсудить цепочку поставок, производство и график, проведите обзор с командой EE, посвященный темам EE. Делайте хорошие заметки из обзора дизайна; попросите коллегу вести для вас заметки во время встречи, чтобы вы могли сосредоточиться на обсуждении. Вы, вероятно, получите много отзывов во время обзоров, некоторые хорошие отзывы, некоторые тривиальные или неприятные. Во время совещаний полезно просто принимать отзывы и записывать их, а не пытаться принимать решения по каждому пункту сразу же, если только вы не считаете, что тема обратной связи может быть полезной для группового обсуждения. В свободное время вы можете просмотреть отзывы один за другим. Обратитесь к каждому пункту, не принимайте некоторые пункты и укажите причины, внесите изменения, которые вы считаете правильными, и обсудите пункты, в которых вы не уверены, с коллегами.