Как найти фазу и ноль: Как определить фазу и ноль без приборов

Содержание

Как найти фазу и ноль

Домашнему мастеру «

В ходе строительных и ремонтных работ бывают ситуации, когда надо найти фазу и ноль в проводке, по которой наши дома и квартиры получают переменный ток. Обычно проводка состоит из двух проводов, только по одному из которых непосредственно идёт ток – такой провод называется «фаза». Ну, а оставшийся – это «ноль».

Заранее убедитесь, что вы достаточно подготовлены для работы с электричеством. Процесс определения «фазы» и «ноля» связан с реальной угрозой для жизни и здоровья, т.к. есть опасность пострадать от поданного в сеть напряжения. Возможно, есть смысл поручить эту работу профессионалам. Даже если вы абсолютно уверены в своих знаниях и опыте, надо всегда соблюдать предельную осторожность.

А теперь давайте попробуем разобраться, как найти фазу и ноль в домашней электропроводке.

Инструмент, который поможет найти фазу

Успешно справиться с поставленной задачей, вам поможет:

индикаторная отвертка для определения наличия напряжения;
кусачки, нож и плоскогубцы для снятия изоляции и отделения проводов друг от друга;
вольтметр для определения «земли» и «ноля» в трёхжильном проводе.

Последовательность действий

1. Проверьте, чтобы помещение было полностью обесточено. Все переключатели на распределяющем щите должны находиться в выключенном состоянии.
2. С помощью инструментов зачистите изоляцию на концах проводов, которые будут проверяться. Нельзя допускать случайного соприкосновения двух проводов, поэтому разведите их подальше друг от друга.
3. Приготовив индикаторную отвертку, подайте на провода напряжение, включив переключатели на щите.
4. При работе с индикатором важно правильно взяться за него. Ни в коем случае нельзя касаться рабочей части отвертки. Необходимо браться только за её корпус, при этом указательный палец должен лежать на конце рукоятки, выполненном из металла.

5. Прикоснитесь кончиком индикатора к каждому проводу. Тот, на котором индикатор загорится – это и есть «фаза». Другой, соответственно, «ноль».
6. Иногда провод бывает трёхжильным, третьим проводом является «земля». Тут всё делаем точно также, но после определения «фазы» нужно будет узнать, какой из двух оставшихся проводов «ноль», а какой – «земля». Для этого необходимо подключить к вольтметру поочередно две пары проводов, соединяя «фазу» с каждым из оставшихся проводов. При сочетании «фазы» и «ноля» полученное напряжение будет больше.

Конечно, можно довериться электрикам, делавшим проводку, и выбирать провода по цвету изоляции. Но это сработает только в том случае, если работники были добросовестными. В целом процесс поиска фазы несложен, но требует особого внимания и осторожности. Нельзя недооценивать опасность удара током, поэтому всегда соблюдайте меры безопасности при работе с электричеством.

Домашнему мастеру «

Как определить фазу и ноль

Проведение ремонтных работ в любом помещении, важным моментом является оснащение этого помещения электричеством. Помимо электропроводки, не стоит забывать о необходимости установки розеток и выключателей, при помощи которых будет происходить регулирование освещения. Тут достаточно важным моментом будет определение фазы, нуля и заземляющего проводника системы.

Для профессиональных монтажников данная задача является очень простой, чего не скажешь о простых обывателях, которые далеко не всегда могут справиться с подобной задачей. Тем не менее, поиск нуля и фазы является процессом не настолько сложным, как может показаться изначально, при этом включает в себя несколько способов определения.

Следует понимать, что проводка в квартире обычно имеет напряжение в 220В, поскольку она предусматривает подключение к нулевому проводнику и к одной из фаз. При этом обязательным является заземление, что делает электрификацию помещения безопасной для обитателей.

Чтобы уловить принцип нахождения фазы и нуля в сети, следует для начала определить для себя, что означают данные термины, которые для простого обывателя могут звучать как совершенно непонятные понятия. Любая система, независимо от ее протяженности, состоит из трех фаз, причем касается также и низковольтных линей, задачей которых является питание жилых домов.

Между двумя любыми фазами возникает линейное напряжение, составляющее 380В. Однако напряжение бытовой сети составляет 220В, главной задачей является появление требуемого для сети напряжения. Для этой цели в любой сети присутствует нулевой провод, которой в сочетании с любой фазой образует разность потенциалов в 200В, которая и будет представлять собой фазное напряжение.

Нулем в электрической цепи называется проводник, который соединяется с контуром земли и используется для создания нагрузки от фазы. Фаза эта подключена к противоположному концу обмотки на ТП. Таким образом, в стандартной розетке, для наглядности, один вход принимается за фазу, а второй за ноль.

Если говорить более простым языком, то фаза представляет собой провод, по которому поступает ток. По нулевому проводу ток возвращается обратно к источнику. В зависимости от количества фаз, система имеет несколько проводов. Допустим, в трехфазовой цепи имеются три фазовых провода и один обратный, нулевой.

Цветовое обозначение. Не редко многих интересует вопрос, какого цвета провода фаза ноль земля, как определить, где какой провод, часто предоставляется возможным при помощи используемых в электрике цветовых разграничений. Однако сработает данный метод только в случае, если проводка действительно выполнена по всем правилам. Изоляция нулевого провода обычно обозначается синим или голубым цветом, земля сочетает в себе сразу две окраски – зеленую и желтую. Провод фазы по правилам обозначается в коричневый, белый или черный цвет.

Обозначение фазы и нуля буквы. Помимо цветовых обозначений, возможной является также буквенная маркировка проводов. Фаза обычно обозначается латинской буквой “L” а нулевой провод принято маркировать буквой “N”. Кроме того, свое обозначение имеет и заземление, обозначать которое принято буквой “G”.

Для нахождение фазы и нуля в сети можно использовать различные инструменты. Наиболее удачным изобретением в помощь начинающим электрикам считается индикаторная отвертка, имеющая специальные чувствительные элементы и индикатор-отражатель.

Осуществлять проверку фазу и нуля в сети при помощи отвертки проще простого. Отвертку следует зажать между большим и средним пальцем. Касаться неизолированной части жала отвертки не разрешается. Палец указательный следует поставить на металлический круглый выступ в конце рукоятки.

Далее жало прикладывают к оголенным концам проводов. В том случае, если произошло касание с фазным проводником, в отвертке загорается соответствующий светодиод.

Определить принцип действия индикаторной отвертки нетрудно, внутри нее расположена специальная лампа, а также резистор, представляющий собой сопротивление. Лампа загорается, если замыкается цепь. Благодаря сопротивлению, можно не бояться поражения током во время проверки, поскольку оно снимает его значение до минимального показателя.

Найти ноль такой отверткой, соответственно, не получится. Кроме того, подобный способ нередко дает сбой из-за не слишком хорошей чувствительности. В итоге индикаторная отвертка, реагируя на наводки, может выдать напряжение там, где его совершенно нет.

Помимо применения индикаторной отвертки, возможным является использование мультиметра, который также позволит определить токонесущие провода в сети. Обязательным условием для его использования является предварительная зачистка проводов.

На приборе перед использованием требуется установить значение предела измерения переменного тока, величина которого должна превышать 220В. Ориентироваться также следует по маркировке гнезд, куда включены щупы прибора. Для данного типа проверки потребуется щуп, включенный в гнездо с маркировкой «V».

Сама проверка заключается в прикосновении щупа к одному из проводов, следя при этом за показаниями прибора. Если мультиметр идентифицирует какое либо напряжение, то данный провод является фазным. Если другой провод покажет нулевое значение, то это, соответственно, нулевой провод.

Прибор для работы может использоваться любого типа – стрелочный или с цифровым индикатором. В любом случае, важным моментом будет соблюдение мер безопасности, а также правильная индикация прибором показаний с проводов. Точность этого прибора обычно выше индикаторной отвертки.

Главным правилом при использовании мультиметра является запрет на одновременное касание фазного провода и заземляющего контура. Такая халатность может привести к короткому замыканию и, как следствие, к травматическим ожогам.

Несмотря на столь широкое распространение приборных способов определения фазы и нуля в сети, далеко не всегда под рукой может оказаться нужное устройство, которое позволит сделать верное заключение. При этом неправильное выявление проводов в сети «на глаз» может привести к достаточно опасным последствиям.

Первый метод, позволяющий справиться с данной задачей, был описан в одном из разделов выше. Заключается он в нахождении проводов, в зависимости от цвета их изоляции, а также от маркировки. Однако это окажется верным только в том случае, если проводка была выполнена по всем правилам.

Второй способ определить их – это сделать так называемую контрольную лампочку, применяя при этом подручные средства. Для этого потребуется простая лампа накаливания и два отрезка провода, длиной примерно 50 сантиметров. Жилы проводов следует присоединить к лампочке, при этом вторым концом одного из проводов следует прикоснуться к трубам отопления (зачищенным), а вторым прикоснуться к «прозваниваемым» проводам. Тот провод, при прикосновении к которому загорается лампочка, является фазным.

Стоит обратить внимание, что описанный способ является очень опасным и может привести к поражению током во время его использования. Ни в коем случае не рекомендуется применять его в случае наличия предельного напряжения в сети, а также нельзя касаться оголенных проводов.

Альтернативной лампочки накаливания может стать лампочка неоновая, которая позволит найти полярность системы.

В заключении следует отметить, что ответ на вопрос «как определить фазу и ноль» имеет несколько решений. А именно: индикаторной отверткой, мультиметром, а также можно без приборов. Все зависит от возможностей и наличия приборов под рукой. Обязательным является соблюдение всех мер безопасности при работе с электричеством.

Почему фаза тока считается равной 0 при выводе формулы для мгновенной мощности в цепи переменного тока

В двух разных книгах, которые я читаю, авторы начинают обсуждение мгновенной мощности, подаваемой на нагрузку в установившейся цепи переменного тока, с предполагая
\$i(t) = I_0 \sin(\omega t + 0)\$ и \$u(t) = U_0 \sin(\omega t + \alpha)\$\

Тогда они выводят или просто сформулируйте формулу \$p(t) = i(t)u(t) = \dfrac{U_0I_0}{2}\left(\cos(\alpha)(1-\cos(2\omega t)) + \ sin(\alpha)\sin(2\omega t) \right) \quad (1.) \$

Я подумал, что было бы странно предполагать, что фаза \$\beta\$ функции \$i(t)\$ равна нулю, разве мы не хотели бы вычислить мгновенную мощность для произвольной \$i(t )\$?
Когда я установил \$i(t) = I_0 \sin(\omega t + \beta)\$ и \$u(t) = U_0 \sin(\omega t + \alpha)\$, я получил формулу
\$ p(t) = \dfrac{U_0I_0}{2}(-cos(2\omega t + \alpha + \beta) + \cos(\alpha — \beta) \quad (2. ) \$
Когда \$\beta = 0\$ \$(2.)\$ равно \$(1.)\$, но с другими значениями для \$\beta\$ это не обязательно так.\

Вот мне интересно, какой смысл выводить формулу для мгновенной мощности только для случая, когда фаза тока равна \$0\$?

РЕДАКТИРОВАТЬ в ответ на два первых ответа

О том, что мой вывод неправильный, я не понимаю, почему он был бы неправильным. wolframalpha, кажется, согласен с тем, что это правильно (я использовал \$K\$ вместо \$I_0\$). Вот как я вывел свою формулу:

\$I_0\sin(\omega t + \beta) \cdot U_0 \sin(\omega t + \alpha) \$ =
\$\dfrac{I_0 U_0}{2}(2\sin(\omega t + \beta) \sin(\omega t + \alpha)) = \$
\$\dfrac{I_0 U_0}{2} (2(-\cos(\omega t + \alpha + \omega t + \beta) + \cos(\omega t + \alpha) \cos(\omega t + \beta)) ) = \$
\$ \dfrac{I_0 U_0}{2}(-\cos(\omega t + \alpha + \omega t + \beta) + 2\cos(\omega t + \alpha) \cos(\omega t + \beta) -\cos(\omega t + \alpha + \omega t + \beta)) = \$
\$\dfrac{I_0 U_0}{2}(-\cos(2\omega t + \alpha + \beta) + \cos(\omega t + \alpha) \cos(\omega t + \beta) +\sin(\omega t + \alpha) \sin(\omega t + \beta)) = \$
\$\dfrac{I_0 U_0}{2}(-\cos(2\omega t + \alpha + \beta) + \cos(\omega t + \alpha — (\omega t + \beta)) ) = \$
\$\dfrac{I_0 U_0}{2}(-\cos(2\omega t + \alpha + \beta) + \cos(\omega t + \alpha — (\omega t + \beta)) ) = \$ \$\dfrac{I_0 U_0}{2}(-\cos(2\omega t + \alpha + \beta) + \cos(\alpha — \beta)) = (2. ) \$

Относительно только этого разница в фазе имеет значение, я не понимаю, как это может быть. Если мы только представим две синусоиды, сдвинутые вперед и назад по оси времени, то мне кажется очевидным, что произведение их значений в некоторый момент времени \$t\$ изменится, и, следовательно, мощность изменится, когда мы их сдвинем, даже если мы сдвигаем обе кривые на одну и ту же фазу.

Например, если \$\alpha = \pi/4\$ и \$\beta = 0\$ и амплитуды равны \$1\$, то при \$t=0\$ имеем \$\sin(\ omega t + \beta)\sin(\omega t + \alpha) = \sin(0 + 0)*\sin(0 + \pi/4) = 0\$

но если \$\beta = \pi /4\$, так что \$\alpha = \pi/2\$ мы имеем при \$t=0\$, что
\$\sin(\omega t + \beta)\sin(\omega t + \alpha ) = \sin(0 + \pi/4)*\sin(0 + \pi/2) = \dfrac{1}{\sqrt{2}}1 \neq 0\$

Используйте формулу фазового угла для Понимание подачи питания

Ключевые выводы

Подача энергии 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.