Одно- и трехфазные сети переменного тока

Для корректного подключения приборов к электрической сети имеет смысл представлять некоторые принципы работы электросети. Также это может пригодиться при борьбе с помехами.

В бытовой практике потребитель имеет дело с однофазными сетями переменного тока. Так, в обычных розетках присутствует переменное напряжение, описываемое простой синусоидой. Такая розетка имеет два контакта – ноль и фаза, к которым иногда добавляется третий – заземление. Но обычно однофазная сеть является элементом трехфазной сети (рис. 33).

Трехфазная сеть имеет ряд преимуществ с точки зрения генерации энергии, работы асинхронных двигателей, экономной передачи энергии, распределения нагрузки и возможности получения разных уровней напряжения.

Одно из особенностей трехфазной сети в том, что сумма трех синусоид равной частоты, различающихся по фазе на 120 градусов, дают в сумме ноль, это дает возможность использовать три силовых провода. На практике добавляется один, нейтральный провод, или просто «нейтраль». По нейтральному проводу течет ток, компенсирующий разность токов в отдельных фазах. Для минимизации разности однофазную нагрузку стараются равномерно распределить по всем фазам (например, подключая разных потребителей к разным фазам в пределах одного здания), благодаря чему ток в нейтральном проводе не превышает 20% от тока в линейном проводе (поэтому его могут делать меньшей толщины). Дисбаланс нагрузки, а тем более обрыв нейтрального провода, ведет к т.н. «перекосу фаз» и повреждению однофазного оборудования.

Рис. 33 Четырехпроводная трехфазная сеть. Состоит из 3 линейных L ("фазы") и одного нейтрального N проводов [28].

В РФ трехфазной бытовой сетью является сеть 230/400В с частотой 50 Гц. 230В – это действующее (или среднеквадратичное) значение фазового напряжения (между любой из фаз и нейтралью). 400В – линейное напряжении (напряжение между двумя любыми фазными проводами). В розетке может добавляться и пятый провод заземления (в однофазной сети – третий). В других странах эти значения могут отличаться, также значения другие для высоковольтных сетей и бортовых сетей.

При работе с трехфазной сетью, а также однофазной, следует иметь в виду несколько моментов [29]:

· Нейтраль не обязательно имеет нулевой потенциал.

· Защитные автоматы (тепловые и КЗ) защищают цепь от перегрузки, а не пользователя от удара током.

· Заземление вовсе не обязательно имеет низкое сопротивление (т.е. спасает от удара током).

· Точки с нулевым потенциалом могут иметь бесконечно большое сопротивление.

· УЗО не сработает при возникновении утечек тока из гальваническиразвязанной цепи.

· Нельзя включать большую нагрузку в сеть без консультаций с электриком здания.

· В однофазной сети возможно увеличение напряжения до 400В

Нелинейные искажения в цепи

Линейная нагрузка, в которой напряжение и ток связаны линейной зависимостью, не меняет синусоидальную форму напряжения питания. Это нагрузки, состоящие из сопротивления, емкости, индуктивности.

Нелинейные нагрузки характеризуются кривой потребления переменного тока, отличной от синусоидальной. Чаще всего это относится к импульсным блокам питания (а также почти ко всей радиоэлектронной аппаратуре).

Искажение возникает из-за частотного преобразования питающего напряжения с последующей фильтрацией частот. При этом суммируются гармоники – синусоиды, имеющие кратные частоты.

Механизм компенсации дисбаланса токов, на котором построена четырехпроводная трехфазная электрическая сеть, не работает с несинусоидальными токами. Сила тока несинусоидального сигнала в нейтральном проводе оказывается равной амплитуде тока в линейном проводе, так помеха из одной фазы проникает в другую через нейтраль. Необходимо учитывать наличие помех в сети и стараться не «пускать» их оттуда (и «туда»!) [30].

Литература

1. фон Нейман И. Математические основы квантовой механики / пер. с нем. М. К. Поливанова и Б. М. Степанова; под ред. акад. Н. Н. Боголюбова. – М.: Наука, 1964 . – 367 с.

2. Блум. К. Теория матрицы плотности и ее приложения / под ред. проф. Д.Н. Зубарева; пер. с англ. М.Ю. Новикова, Ю.Г. Рудого.— М. : Мир, 1983 .— 247с.

3. Монтгомери Д.К. Планирование эксперимента и анализ данных (пер. с англ.). М.: Радио и связь, 1997. — 232 с., фрагмент доступен http://statanalys.ru/montgomeri-d-planirovanie-eksperimenta.html, свободный.

4. Measuring instrument статьи [Measuring instrument / Сайт интернет-энциклопедии «Википедия». Режим доступа: https://en.wikipedia.org/wiki/Measuring_instrument, свободный.

5. Парфенов П.С., Литвин А.П., Ушакова Е.В., Баранов А.В. Техника физического эксперимента. Лабораторный практикум - Санкт-Петербург: СПб: Университет ИТМО, 2015, 2015. - 88 с. Режим доступа: http://books.ifmo.ru/file/pdf/1844.pdf, свободный.

6. Демтрёдер, В. Современная лазерная спектроскопия: [учебное пособие] / В. Демтрёдер ; пер. с англ. М.В. Рябининой, Л.А. Мельникова, В.Л. Деброва под ред. Л.А. Мельникова. – Долгопрудный: Издательский Дом "Интеллект", 2014 . – 1071 с.

7. Greenfield J. Detectors / Сайт The Chemistry LibreTexts library. Режим доступа: http://chem.libretexts.org/Core/Analytical_Chemistry/Instrumental_Analysis/Spectrometer/Detectors/Detectors, свободный.

8. Noise-equivalent power [Электронный ресурс] / Википедия – Электрон. дан. – 2005. – Режим доступа: https://en.wikipedia.org/wiki/Noise-equivalent_power, свободный. – Загл. с экрана.

9. Operating Instructions Acton Research Corporation. SpectraPro-2500i [Электронный ресурс] / Center for Detectors – Электрон. дан. – 2015. – Режим доступа: http://ridl.cfd.rit.edu/products/manuals/Princeton Acton/SP-2500i.pdf, свободный. – Загл. с экрана.

10. Спектрометры на основе дифракционных решеток или призм [Электронный ресурс] / Лазерный Портал – Электрон. дан. – 2015. – Режим доступа: http://www.laserportal.ru/content_769, свободный. – Загл. с экрана.

11. Datasheets/Gratings [Электронный ресурс] / Princeton Instruments – Электрон. дан. – 2015. – Режим доступа: http://www.princetoninstruments.com/products/spec/actonseries/dsheet.aspx, свободный. – Загл. с экрана.

12. Grating Physics. Tutorial [Электронный ресурс] / Сайт Newport Corporation – Электрон. дан. – 2015. – Режим доступа: http://www.newport.com/Grating-Physics/383720/1033/content.aspx, свободный. – Загл. с экрана.

13. Хорвиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. Пер. с англ. – Изд. 2-е. – М.: Издательство БИНОМ. – 2014. – 704 с.

14. Low Level Optical Detection using Lock-in Amplifier Techniques. Application Note (AN 1003) / PerkinElmer Inc. 2000. Режим доступа: http://www.chem.ucla.edu/~craigim/pdfmanuals/appnotes/an1003, свободный

15. Лапшин Д.А. Синхронное детектирование / Сайт Института спектроскопии РАН. Режим доступа: http://www.isan.troitsk.ru/dls/lapshin/LOCK.HTM, свободный

16. Parfenov P.S., Litvin A.P., Ushakova E.V., Fedorov A.V., Baranov A.V., Berwick K. Note: Near infrared spectral and transient measurements of PbS quantum dots luminescence // Review of Scientific Instruments. – 2013. – Vol. 84. – N 11. – P. 116104-3.

17. The fastest stopwatch in the world / Сайт The Max Planck Society. 2004. Режим доступа: https://www.mpg.de/495195/pressRelease200402241, свободный

18. Jiménez-Banzo A., Ragàs X., Kapustab P.,Nonell S. Time-resolved methods in biophysics. 7. Photon counting vs. analog time-resolved singlet oxygen phosphorescence detection / Photochemical & Photobiological Sciences. 2008, №7, 1003-1010. Режим доступа: http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2008/pp/b804333g, свободный

19. Antonie J.W.G. Visser and Olaf J. Rolinski. Basic Photophysics / Сайт Photobiology. 2017. Режим доступа: http://photobiology.info/Visser-Rolinski.html, свободный.

20. Белинский, А.В. Квантовые измерения [Электронный ресурс]: учебное пособие. — Электрон. дан. — М.: "Лаборатория знаний" (ранее "БИНОМ. Лаборатория знаний"), 2015. — 185 с. — Режим доступа: http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_id=66337, свободный — Загл. с экрана.

21. The bh TCSPC Handbook. 6^th Edition. 2015. 768 p. Режим доступа: http://www.becker-hickl.de/handbookphp.htm, по запросу.

22. 16 Channel TCSPC / FLIM Detectors. User Handbook January 2016. 63 p. Режим доступа: http://www.becker-hickl.com/pdf/pml16c27.pdf, свободный.

23. PicoScope 3000 Series (A API). Programmer's Guide. PC Oscilloscopes and MSOs. 2015 Режим доступа: https://www.picotech.com/download/manuals/PicoScope3000SeriesAApiProgrammersGuide.pdf , свободный

24. Interpolation. Сайт Wikipedia, the free encyclopedia. Режим доступа: https://en.wikipedia.org/wiki/Interpolation, свободный.

25. Баранов А.В., Литвин А.П., Парфенов П.С., Ушакова Е.В. Техника физического эксперимента в системах с пониженной размерностью. Часть 2 - Санкт-Петербург: НИУ ИТМО, 2011. - 40 с. Режим доступа: http://books.ifmo.ru/file/pdf/850.pdf, свободный.

26. Сканирующая силовая микроскопия [Электронный ресурс] / Интернет-сайт компании «НТ-МДТ» – Электрон. дан. – 2011. – Режим доступа: http://www.ntmdt.ru/spm-basics/view/sfm, свободный.

27. Миронов В.Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии. М.: Техносфера 2005 г. 144 с. – Электрон. дан. – 2013. – Режим доступа: http://nt-mdt.ru/data/media/files/brochures/osnovy_skaniruyushcej_zondovoj_mikroskopii.pdf, свободный.

28. Souradeep Chakraborty. What is difference between line to line voltage and line to neutral voltage? Режим доступа: https://www.quora.com/What-is-difference-between-line-to-line-voltage-and-line-to-neutral-voltage, свободный.

29. Дубовицкий Г. П. Трехфазные электрические цепи. Режим доступа: http://model.exponenta.ru/electro/0042.htm, свободный.

30. Капустин В., Лопухин А. Компьютеры и трехфазная электрическая сеть. «Современные технологии автоматизации». 2/1997. Режим доступа: http://www.ecoteco.ru/id1130/, свободный.

Миссия университета – генерация передовых знаний, внедрение инновационных разработок и подготовка элитных кадров, способных действовать в условиях быстро меняющегося мира и обеспечивать опережающее развитие науки, технологий и других областей для содействия решению актуальных задач.