Ток отстает от напряжения на 90 градусов – Сдвиг фаз переменного тока и напряжения

poznayka.org

Почему напряжение всегда приводит ток на 90 градусов в индуктивности?

Ток и напряжение начинаются с одного и того же физического явления, электромагнетизма, но это совершенно разные эффекты.

В индуктивности, будучи катушкой, магнитное поле создается путем циркуляции тока через нее. Этот ток сохраняется, если напряжение на катушке внезапно прекращается.

Это приводит к тому, что ток в индуктивности постоянен до внезапного изменения напряжения.

Это причина, по которой ответ Олина Латропа имеет смысл: с помощью интеграла от функции, которая содержит конечный скачок, получается непрерывная функция, которая добавляет члены, которые позволяют поглощать конечные скачки.

Физический эффект после этого поведения может быть тщательно проверен по адресу: https://physics.stackexchange.com/questions/355140/magn-field-due-to-a-coil-of-n-turns-and-a-solenoid

То, что вы комментируете о степенях отставания, наблюдается только в векторах, но без каких-либо причин ваши знания были неудачными.

Я добавляю: тот же эффект происходит с конденсаторами, напряжениями и токами, из-за теоремы взаимности http://electrical-engineering-portal.com/resources/knowledge/theorems-and-laws/reciprocity-theorem

так как это международный сайт, ответа на английском языке должно быть достаточно.

Мой родной язык – испанский, поэтому я сначала быстро ответил и отредактировал больше информации. На испанском языке также нет обмена электронными стеками.

Я надеюсь, что тот, кто проголосовал против, сделал это, потому что они нашли ошибку в контенте, а не просто потому, что он включал язык, отличный от английского. Сказать “международный … английского должно быть достаточно” кажется мне довольно высокомерным. Я не нашел это требование в руководстве к сайту или FAQ. (Английский мой первый и безусловно лучший язык.)

Я изучал электронную технику и физику в Испании. Я не нахожу правильных, я не помещаю свои знания в свой родной язык, если он содержит серьезную и правильную информацию. Несколько часов назад я спешил, поэтому не мог сделать перевод доступным. Вам достаточно гугл-переводчика? Я надеюсь, что это так.

askentire.net

Мощность электрического тока: особенности и измерения

Мощность электрического тока – скорость выполняемой цепью работы. Простое определение, морока с пониманием. Мощность подразделяется на активную, реактивную. И начинается…

Работа электрического тока, мощность

При движении заряда по проводнику поле выполняет над ним работу. Величина характеризуется напряжением, в отличие от напряженности в свободном пространстве. Заряды двигаются в сторону убывания потенциалов, для поддержания процесса требуется источник энергии. Напряжение численно равно работе поля при перемещении на участке единичного заряда (1 Кл). В ходе взаимодействий электрическая энергия переходит в другие виды. Поэтому необходим ввод универсальной единицы, физической свободно конвертируемой валюты. В организме мерой выступает АТФ, электричестве — работа поля.

Электрическая дуга

На схеме момент превращения энергии отображается в виде источников ЭДС. Если у генераторов направлены в одну сторону, у потребителя – обязательно в другую. Наглядным фактом отражается процесс расхода мощности, отбора у источников энергии. ЭДС несет обратный знак, часто называется противо-ЭДС. Избегайте путать понятие с явлением, возникающим в индуктивностях при выключении питания. Противо-ЭДС означает переход электрической энергии в химическую, механическую, световую.

Потребитель хочет выполнить работу за некоторую единицу времени. Очевидно, газонокосильщик не намерен ждать зимы, надеется управиться к обеду. Мощность источника должна обеспечить заданную скорость выполнения. Работу осуществляет  электрический ток, следовательно, понятие также относится. Мощность бывает активной, реактивной, полезной и мощностью потерь. Участки, обозначаемые физическими схемами сопротивлениями, на практике вредны, являются издержками. На резисторах проводников выделяется тепло, эффект Джоуля-Ленца ведет к лишнему расходу мощности. Исключением назовем нагревательные приборы, где явление желательно.

Полезная работа на физических схемах обозначается противо-ЭДС (обычный источник с обратным генератору направлением). Для мощности имеется несколько аналитических выражений. Иногда удобно использовать одно, в других случаях – иное (см. рис.):

Выражения мощности тока

1. Мощность – скорость выполнения работы.
2. Мощность равна произведению напряжения на ток.
3. Мощность, затрачиваемая на тепловое действие, равна произведению сопротивления на квадрат тока.
4. Мощность, затрачиваемая на тепловое действие, равна отношению квадрата напряжения к сопротивлению.

Запасшемуся токовыми клещами проще использовать вторую формулу. Вне зависимости от характера нагрузки посчитаем мощность. Только активную. Мощность определена многими факторами, включая температуру. Под номинальным для прибора значением понимаем, развиваемое в установившемся режиме. Для нагревателей следует применять третью, четвертую формулу. Мощность зависит целиком и полностью от параметров питающей сети. Предназначенные для работы со 110 вольт переменного тока в европейских условиях быстро сгорят.

Трехфазные цепи

Новичкам трехфазные цепи представляются сложными, на деле это более элегантное техническое решение. Даже электричество домом поставляют тремя линиями. Внутри подъезда делят по квартирам. Больше смущает то, что некоторые приборы на три фазы лишены заземления, нулевого провода. Схемы с изолированной нейтралью. Нулевой провод не нужен, ток возвращается источнику по фазным линиям. Разумеется, нагрузка здесь на каждую жилу повышенная. Требования ПУЭ отдельно оговаривают род сети. Для трехфазных схем вводятся следующие понятия, о которых нужно иметь представление, чтобы правильно посчитать мощность:

Трехфазная цепь с изолированной нейтралью

• Фазным напряжением, током называют, соответственно, разницу потенциалов и скорость передвижения заряда меж фазой и нейтралью. Понятно, в оговоренном выше случае с полной изоляцией формулы будут недействительны. Поскольку нейтрали нет.
• Линейным напряжением, током называют, соответственно, разницу потенциалов или скорость перемещения заряда меж любыми двумя фазами. Номера понятны из контекста. Когда говорят о сетях 400 вольт, подразумевают три провода, разница потенциалов с нейтралью равна 230 вольт. Линейное напряжение выше фазного.

Меж напряжением и током существует сдвиг фаз. О чем умалчивает школьная физика. Фазы совпадают, если нагрузка 100% активная (простые резисторы). Иначе появляется сдвиг. В индуктивности ток отстает от напряжения на 90 градусов, в емкости — опережает. Простая истина легко запоминается следующим образом (плавно подходим к реактивной мощности). Мнимая часть сопротивления индуктивности составляет jωL, где ω – круговая частота, равная обычной (в Гц), помноженной на 2 числа Пи; j – оператор, обозначающий направление вектора. Теперь пишем закон Ома: U = I R = I  jωL.

Из равенства видно: напряжение нужно отложить вверх на 90 градусов при построении диаграммы, ток останется на оси абсцисс (горизонтальная ось Х). Вращение по правилам радиотехники происходит против часовой стрелки. Теперь очевиден факт: ток отстает на 90 градусов. По аналогии проведем сравнение для конденсатора. Сопротивление переменному току в мнимой форме выглядит так: -j/ωL, знак указывает: откладывать напряжение нужно будет вниз, перпендикулярно оси абсцисс. Следовательно, ток опережает по фазе на 90 градусов.

В реальности параллельно с мнимой частью присутствует действительная – называют активным сопротивлением. Проволока катушки представлена резистором, будучи свитой, приобретает индуктивные свойства. Поэтому реальный угол фаз будет не 90 градусов, немного меньше.

А теперь можно переходить к формулам мощности тока трехфазных цепей. Здесь линия формирует сдвиг фаз. Меж напряжением и током, и относительно другой линии. Согласитесь, без заботливо изложенных авторами знания факт нельзя осознать. Меж линиями промышленной трехфазной сети сдвиг 120 градусов (полный оборот – 360 градусов). Обеспечит равномерность вращения поля в двигателях, для рядовых потребителей безразличен. Так удобнее генераторам ГЭС – нагрузка сбалансированная. Сдвиг идет меж линиями, в каждой ток опережает напряжение или отстает:

1. Если линия симметричная, сдвиги меж любыми фазами по току составляют 120 градусов, формула получается предельно простой. Но! Если нагрузка симметрична. Посмотрим изображение: фаза ф не 120 градусов, характеризует сдвиг меж напряжением и током каждой линии. Предполагается, включили двигатель с тремя равноценными обмотками, получается такой результат. Если нагрузка несимметрична, потрудитесь провести вычисления для каждой линии отдельно, затем сложить результаты воедино для получения общей мощности тока.
2. Вторая группа формул приведена для трехфазных цепей с изолированной нейтралью. Предполагается, ток одной линии утекает по другой. Нейтраль отсутствует за ненадобностью. Поэтому напряжения берутся не фазные (не от чего отсчитывать), как предыдущей формулой, а линейные. Соответственно, цифры показывают, какой параметр следует взять. Повремените пугаться греческих букв – фазы меж двумя перемножаемыми параметрами. Цифры меняются местами (1,2 или 2,1), чтобы правильно учесть знак.
3. В асимметричной цепи вновь появляются фазные напряжение, ток. Здесь расчет ведется отдельно для каждой линии. Никаких вариантов нет.

Формулы мощности тока

На практике измерить мощность тока

Намекнули, можно воспользоваться токовыми клещами. Прибор позволит определить крейсерские параметры дрели. Разгон можно засечь только при многократных опытах, процесс чрезвычайно быстрый, частота смены индикации не выше 3-х раз в секунду. Токовые клещи демонстрируют погрешность. Практика показывает: достичь погрешности, указанной в паспорте, сложно.

Чаще для оценки мощности используют счетчики (для выплат компаниям-поставщикам), ваттметры (для личных и рабочих целей). Стрелочный прибор содержит пару неподвижных катушек, по которым течет ток цепи, подвижную рамку, для заведения напряжения путем параллельного включения нагрузки. Конструкция рассчитана сразу реализовать формулу полной мощности (см. рис.). Ток умножается на напряжение и некий коэффициент, учитывающий градуировку шкалы, также на косинус сдвига фаз между параметрами. Как говорили выше, сдвиг умещается в пределах 90 — минус 90 градусов, следовательно, косинус положителен, крутящий момент стрелки направлен в одну сторону.

Отсутствует возможность сказать индуктивная ли нагрузка или емкостная. Зато при неправильном включении в цепь показания будут отрицательными (завал набок). Произойдет аналогичное событие, если потребитель вдруг станет отдавать мощность обратно нагрузке (бывает такое). В современных приборах происходит нечто подобное же, вычисления ведет электронный модуль, интегрирующий расход энергии, либо считывающий показания мощности. Вместо стрелки присутствует электронный индикатор и множество других полезных опций.

Особые проблемы вызывают измерения в асимметричных цепях с изолированной нейтралью, где нельзя прямо складывать мощности каждой линии. Ваттметры делятся принципом действия:

1. Электродинамические. Описаны разделом. Состоят из одной подвижной, двух неподвижных катушек.
2. Ферродинамические. Напоминает двигатель с расщепленным полюсом (shaded-pole motor).
3. С квадратором. Используется амплитудно-частотная характеристика нелинейного элемента (например, диода), напоминающая параболу, для возведения электрической величины в квадрат (используется в вычислениях).
4. С датчиком Холла. Если индукцию сделать при помощи катушки пропорциональной напряжению магнитного поля в сенсоре, подать ток, ЭДС будет результатом умножения двух величин. Искомая величина.
5. Компараторы. Постепенно повышает опорный сигнал, пока не будет достигнуто равенство. Цифровые приборы достигают высокой точности.

В цепях с сильным сдвигом фаз для оценки потерь применяется синусный ваттметр. Конструкция схожа с рассмотренной, пространственное положение таково, что вычисляется реактивная мощность (см. рис.). В этом случае произведение тока и напряжения домножим на синус угла сдвига фаз. Реактивную мощность измерим обычным (активным) ваттметром. Имеется несколько методик. Например, в трехфазной симметричной цепи нужно последовательную обмотку включить в одну линию, параллельную – в две другие. Затем производятся вычисления: показания прибора умножаются на корень из трех (с учетом, что на индикаторе произведение тока, напряжения и синуса угла между ними).

Методика двух ваттметров

Для трехфазной цепи с простой асимметрией задача усложняется. На рисунке показана методика двух ваттметров (ферродинамических или электродинамических). Начала обмоток указаны звездочками. Ток проходит через последовательные, напряжение с двух фаз подается на параллельную (одно через резистор). Алгебраическая сумма показаний обоих ваттметров складывается, умножается на корень из трех для получения значения реактивной мощности.

vashtehnik.ru

Электромонтаж

Правильные ответы выделены красным цветом.

Электрический ток в металлах – это:
-Беспорядочное движение заряженных частиц
-Движение ионов
-Направленное движение свободных электронов
-Движение электронов

Энергия, в которую преобразуется электрическая энергия на идеальном емкостном элементе
-Магнитного поля
-Электрического поля
-Тепловую
-Механическую

Одно из приведенных ниже выражений для цепи синусоидального тока содержит ошибку:
-XC = 2 π f C
-XL=2 π f L
-cos φ = R / Z
-ω = 2 π / T

В цепи с активным сопротивлением энергия электрического тока преобразуется в энергию:
-Магнитного поля
-Электрического поля
-Тепловую энергию
-Механическую

Сопротивление тела человека электрическому току зависит от:
-Роста человека
-Массы человека
-Силы тока
-Физического состояния человека

Если увеличится напряжение, ток в цепи:
-Увеличится пропорционально напряжению
-Увеличится пропорционально квадрату напряжения
-Уменьшится пропорционально напряжению
-Уменьшится пропорционально квадрату напряжения

Наименьшая сила тока, смертельно опасная для человека равна:
-0,01 А
-0,1 А
-1 А
-0,025 А

В обозначении монтажного провода буква В означает, что изоляция:
-Поливинилхлоридная
-Высокотемпературная
-Влагостойкая
-Высокопрочная

Если в маркировке монтажного провода буква Э стоит на последнем месте, то это обозначает, что:
-Провод высокоэкономичный
-Полиэтиленовая обмотка
-Провод эмалированный
-Провод экранированный

Из какого материала не могут выполнятся искусственные заземлители:
-Медь
-Алюминий
-Черная сталь
-Оцинкованная сталь

В помещениях с повышенной опасностью и особо опасных переносные электрические светильники должны иметь напряжение питания:
-Не выше 12 В
-Не выше 24 В
-Не выше 36 В
-Не выше 50 В

Какую группу должен иметь работник из числа оперативного персонала, имеющий право единоличного обслуживание электроустановок напряжением до 1000 В:
-5 группу
-4 группу
-3 группу
-2 группу

Чему равен угол сдвига фаз между напряжением и током в емкостном элементе:
-0°
-90°
–90°

Чему равен ток в нулевом проводе в симметричной трехфазной цепи при соединении нагрузки в звезду:
-Номинальному току одной фазы
-Нулю
-Сумме номинальных токов двух фаз

Какое сопротивление должны иметь: а) амперметр; б) вольтметр:
-а) малое; б) большое
-а) большое; б) малое
-Оба – большое
-Оба – малое

Какие диоды работают в режиме пробоя:
-Варикапы
-Стабилитроны
-Туннельные диоды
-При пробое диоды выходят из строя

Для выпрямления переменного напряжения применяют:
-Однополупериодный выпрямитель
-Двухполупериодный выпрямитель с выводом средней точки
-Мостовой двухполупериодный выпрямитель
-Все перечисленные выпрямители

Какой из проводов одинакового диаметра и длины сильнее нагревается – медный или стальной при одном и том же токе:
-Медный
-Стальной
-Оба провода нагреваются одинаково

Какая электрическая величина оказывает непосредственное физическое воздействие на организм человека:
-Напряжение
-Ток
-Мощность

Чему равен угол сдвига фаз между напряжением и током в индуктивности:
-0°
-90°
–90°

Какой из проводов одинаковой длины из одного и того же материала, но разного диаметра, сильнее нагревается при одном и том же токе:
-Оба провода нагреваются одинаково
-Сильнее нагревается провод с большим диаметром
-Сильнее нагревается провод с меньшим диаметром

Как организовано электроснабжение потребителей первой категории:
-От одной электрической сети
-От двух независимых сетей с автоматическим включением резервного источника питания
-От автономного источника питания

При какой схеме включения транзистора коэффициент усиления по мощности Кр ≤ 1:
-С общей базой
-С общим эмиттером
-С общим коллектором
-Во всех случаях он больше единицы

Укажите параметр переменного тока, от которого зависит индуктивное сопротивление катушки:
-Действующее значение тока I
-Начальная фаза тока xi
-Период переменного тока T

Оказывает ли индуктивная катушка сопротивление постоянному току, если Rк = 0:
-Оказывает
-Не оказывает
-Для ответа на вопрос не хватает данных

Определите эквивалентное сопротивление электрической цепи постоянного тока, если сопротивления соединены параллельно и равны R1 = 10 0м; R2 = 10 0м; R3 = 5 0м:
-R экв = 10 Ом
-R эк в= 20 Ом
-R экв = 5 Ом
-R экв = 2,5 Ом

Чему равно сопротивление конденсатора без потерь постоянному току:
-Нулю
-Бесконечности
-Это зависит от емкости конденсатора

В электрической цепи переменного тока, содержащей только активное сопротивление R, электрический ток:
-Отстает по фазе от напряжения на 90 градусов
-Опережает по фазе напряжение на 90 градусов
-Совпадает по фазе с напряжением

Чем принципиально отличается автотрансформатор от трансформатора:
-Малым коэффициентом трансформации
-Возможностью изменения коэффициента трансформации
-Электрическим соединением первичной и вторичной цепей

Какие электрические установки с напряжением относительно земли или корпусов аппаратов и электрических машин считаются установками высокого напряжения:
-Установки с напряжением выше 600 В
-Установки с напряжением выше 250 В
-Установки с напряжением выше 1000 В

www.electromontag-pro.ru