Как узнать где фаза а где 0: Как определить фазу и ноль без приборов

Что такое фаза и ноль в электрике, обозначение, как определить, как найти

Больше 100 лет электричество есть на предприятиях, в офисах и домах. Все начиналось с подачи одной фазы и ноля еще в конце 19 столетия, а эксперименты Николы Тесла и Михаила Федоровича Доливо-Добровольского привели к появлению уже понятной нам электросети. Именно последний изобретатель в 1891 году на Франкфуртской электротехнической выставке представил первую трехфазную сеть протяженностью 170 км. Это событие стало триумфом электросистемы с тремя фазами и нулем, которая используется и сейчас во всем мире.

Даже не зная этого и особо не вникая в электротехническую сферу, многие люди используют в обиходе такие термины, как фаза и ноль. При этом редко задумываясь о том, что же это такое, какова их задача и как обнаружить фазу и ноль в квартире, доме. Чтобы разобраться, нужно проследить путь электричества от генератора до розетки.

Как устроена электросистема?

Если вы когда-нибудь меняли розетку или выключатель, то видели, что они подключаются двумя-тремя проводами. Это и есть фаза и ноль в розетке, а третий проводник — заземление. Однако перед тем, как зайти в дом, ток по проводам проходит длинный путь:

• В трехфазном генераторе переменного тока на электростанции вырабатывается электричество. Из него выходит только три фазы.
• По ЛЭП оно направляется к повышающей трансформаторной подстанции, где с 10-20 кВ повышается до 330 кВ. После этого и появляется нейтраль, также известная как ноль. Она соединяется с землей, а дальше по линиям электропередач по-прежнему идут три фазных провода.
• Когда электроэнергия достигает населенного пункта, она попадает на понижающий трансформатор. Вольтаж уменьшается до распределительного напряжения района — 110-150 кВ. Здесь также остается три фазных проводника, а нейтраль от трансформатора заземляется.
• Далее ток движется по сетям среднего напряжения. Они самые протяженные и состоят только из трех фаз, без ноля.
• Следующий пункт на пути электричества — распределительная электроподстанция. От нее ток по другим линиям электропередач идет к домам на электрощит по трем фазным проводам, а также уже появляется рабочий ноль, который распределяет однофазную нагрузку по трехфазной сети.
• В электрическом общедомовом щите и происходит самое интересное: трехфазная сеть подключается к ВРУ — вводно распределительному устройству. Здесь все фазы разделяются, для каждой отдельно выделяется ноль и заземление. Между фазой и нулем есть фазное напряжение — всем известные 220-230 В.
• Далее ток через уже однофазную систему попадает в подъездный распределительный щит, потом в этажный и в конце — в квартирный.
• Последний «пункт» на пути проводников — розетки. Когда в них подключается электрический прибор, цепь замыкается.

Почему на фазах для квартир и большинства частных домов именно переменный ток? Потому что его в разы легче передавать на большие дистанции по сравнению с постоянным током.

Если объяснить простыми словами, что такое фаза в электрике, то это провод, по которому ток приходит в квартиру, дом, офис и т. д. То есть на всей протяженности от электростанции до розетки кабели и проводники, по которым течет синусоидальный ток — это фазы. Соответственно, ноль — проводник, по которому он уходит назад к электрической подстанции.

При строительстве новостроек в электросети используются трехжильные провода. Это означает, что на вводное устройство заходит одна фаза 220-230 В, рабочий ноль и защитный ноль. Очень важно не перепутать нули:

• Рабочий предназначен для нормальной работы замкнутой электроцепи — по нему ток идет обратно. Он отвечает и за выравнивание фазного напряжения.
• Защитный основное время остается невостребованным и срабатывает в аварийной ситуации, когда произошел обрыв рабочего ноля. По нему напряжение уходит в землю.

Обозначение фаза и ноль

В Украине с 2011 года действует ГОСТ Р 50462-2009, определяющий правила идентификации и маркировки проводников с помощью оболочек определенного цвета и буквенно-цифрового обозначения. Согласно документу, компоненты трехфазной сети обозначаются так:

• L — одна из трех фазных жил.
• N — нейтраль.
• PE — защитный ноль.

Буквы наносят обычно не на сами проводники, а на контакты, к которым они подключаются. Однако что делать, если есть просто вывод трехжильного кабеля в распределительный короб и нет никаких пометок на нем? Рассмотрим два ключевых метода.

Как определить фазу и ноль?

Чтобы разобраться в электрике, фаза это или ноль, в первую очередь ориентируйтесь на цветовую маркировку. Хотя есть стандарт, и его должны придерживаться электромонтеры, иногда разрабатывается специфический проект электрификации и в нем могут быть отступления от нормативов. Лучше найти техническую документацию на квартиру, где четко прописаны параметры идентификации проводников на конкретном объекте.

Иногда в старом жилом фонде, где еще не сделана замена проводки, непрофессионалу бывает сложно быстро определить фазу и ноль в электрике. В этом случае поможет либо поиск старых ГОСТов с указанием, как маркировались раньше проводники и контакты, либо простой инструмент, который есть практически у каждого в хозяйстве — индикаторная отвертка.

Как найти фазу?

Электрики рекомендуют сначала найти фазу в розетке. Если проводка новая, ищите жилу с изоляцией красного, коричневого, черного, белого или другого цвета, который отличается от синего, а также желто-зеленой или сине-белой комбинации. Этот метод удобный, но не на 100% надежный. Всегда остается риск, что при монтаже могли быть допущены ошибки, а проводники — перепутаны. Поэтому лучше использовать индикатор фаз. Это отвертка с прозрачным корпусом ручки, внутри которого размещены небольшая лампочка и резистор. Они в определенных условиях срабатывают и указывают на присутствие напряжения. Для этого:

• Прикладываем индикаторную отвертку к проводнику. Можно даже не к срезу, а в любом месте, включая изолированный участок жилы.
• Напряжения 220-230 В достаточно, чтобы инструмент выявил его. Лампочка загорится, если индикатор прижат к фазному проводу.

Это приспособление безопасно для человека. Внутри корпуса есть сопротивление от резистора, которое снижает ток до минимального значения.

Такой индикатор — обязательное приспособление в каждом доме, ведь рано или поздно большинство хозяев все же решаются на самостоятельную замену электрофурнитуры или светильника. Его использование простое и занимает считанные секунды.

Опытные электрики, которые не соблюдают правила безопасности, знают, как найти фазу без индикатора и цветовой маркировки по своему. Для этого они касаются края проводника пальцем: где «ущипнет», там и ток. Однако мы настойчиво выступаем против подобных действий и призываем избегать такого риска для здоровья и жизни. Лучше подберите в нашем каталоге индикаторную отвертку, которая прослужит вам десятки лет и избавит вас от опасных экспериментов с электричеством в процессе поиска фазы и ноля.

Как найти ноль?

Чтобы не беспокоиться, как узнать, где фаза, а где ноль, запомните два способа маркировки последнего:

• синяя или сине-белая изоляция жилы — это всегда рабочий ноль N;
• желто-зеленая оболочка указывает на защитную нейтраль PE.

Аналогично фазной жиле можно проверить и нулевые проводники с помощью инструмента. Отличие только в том, что от них лампочка в индикаторе загораться не будет.

Важно! Это даст понимание, что перед вами ноль, но не ответит на вопрос — рабочий или защитный. Лучше определять фазу и ноль по цвету. Если же речь идет о старой проводке, где нет заземления, то метода проверки индикаторной отверткой будет достаточно.

Когда может понадобиться поиск ноля и фазы?

Обычно потребность в этом возникает, когда нужно установить или заменить какое-то электрооборудование:

• Розетки и выключатели.
• УЗО или диф автомат на 3 фазы в большом частном доме.
• Светильники.
• Стационарная бытовая техника и т.д.

В нашем каталоге есть кабели и проводники для обустройства одно- и трехфазных сетей любой сложности. Они маркированы по украинским ГОСТам и согласно регламентам международной системы ISO. Аналогичные обозначения есть на клеммниках и контактах в различных устройствах всех марок и моделей из нашего ассортимента.

Также мы поможем подобрать индикатор фазного напряжения и бесплатно проконсультируем по любому актуальному для вас товару.

Разность фаз: определение, формула и уравнение

Фаза волны представляет собой долю цикла волны . В волне полный цикл от гребня до гребня или впадины до впадины равен 2π [рад]. Таким образом, каждая часть этой длины меньше 2π [рад]. Половина цикла равна π [рад], а четверть цикла равна π/2 [рад]. Фаза измеряется в радианах, которые являются безразмерными единицами.

Рис. 1. Волновые циклы делятся на радианы, причем каждый цикл охватывает расстояние в 2π [рад]. Циклы повторяются через 2π [рад] (красные значения). Каждое значение больше 2π [рад] является повторением значений от 0π [рад] до 2π [рад]

Формула фазы волны

Чтобы рассчитать фазу волны в произвольной позиции, вам необходимо определить, насколько далеко эта позиция находится от начала вашего цикла волны. В простейшем случае, если ваша волна может быть аппроксимирована функцией синуса или косинуса, ваше волновое уравнение можно упростить следующим образом:

\[y = A \cdot \sin(x)\]

Здесь A — максимум амплитуда волны, x — значение на горизонтальной оси, которое повторяется от 0 до 2π для функций синуса/косинуса, а y — высота волны в точке x. Фаза любой точки x может быть определена с помощью приведенного ниже уравнения: 9{\circ}}{\pi}\]

Иногда волна может быть представлена ​​выражением, таким как \(y = A \cdot \sin(x — \phi)\). В этих случаях волна сдвинута по фазе на \(\phi\) радиан.

Разность фаз волн

Разность фаз волн возникает, когда две волны движутся и их циклы не совпадают. Разность фаз известна как разность циклов между двумя волнами в одной и той же точке.

Перекрывающиеся волны с одинаковым циклом называются волнами в фазе, а волны с разностью фаз, которые не перекрываются, называются несовпадающими по фазе. Волны, которых не в фазе могут компенсировать друг друга из , а волны в фазе могут усиливать друг друга .

Формула разности фаз

Если две волны имеют одинаковую частоту/период, мы можем вычислить их разность фаз. Нам нужно будет вычислить разницу в радианах между двумя гребнями, которые находятся рядом друг с другом, как показано на следующем рисунке.

Рис. 2. Разница фаз между двумя волнами i(t) и u(t), меняющимися во времени (t), вызывает пространственную разницу в их распространении 9\circ} = \frac{\pi}{12}\]

Вычитая обе фазы, получаем разность фаз:

\[\Delta \phi = \phi(15) — \phi(30) = \frac {\pi}{12}\]

В этом случае мы видим, что волны сдвинуты по фазе на π / 12, что составляет 15 градусов.

Волны в фазе

Когда волны в фазе, их гребни и впадины совпадают друг с другом, как показано на рисунке 3. Волны в фазе испытывают конструктивную интерференцию. Если они изменяются во времени (i(t) и u(t)), они объединяют свою интенсивность (справа: фиолетовый).

Рис. 3 – Конструктивная интерференция

Волны в противофазе

Волны в противофазе создают неравномерную картину колебаний, так как гребни и впадины не перекрываются. В крайних случаях, когда фазы сдвинуты на π [рад] или на 180 градусов, волны компенсируют друг друга, если они имеют одинаковую амплитуду (см. рисунок ниже). В этом случае говорят, что волны находятся в противофазе, и эффект этого известен как деструктивная интерференция.

Рис. 4. Противофазные волны испытывают деструктивную интерференцию. В этом случае волны \(i(t)\) и \(u(t)\) имеют разность фаз \(180\) градусов, заставляя их компенсировать друг друга

Разность фаз в различных волновых явлениях

Разность фаз вызывает различные эффекты в зависимости от волновых явлений, которые можно использовать для многих практических приложений.

• Сейсмические волны : системы пружин, масс и резонаторов используют циклическое движение для противодействия вибрациям, создаваемым сейсмическими волнами. Системы, установленные во многих зданиях, уменьшают амплитуду колебаний, тем самым снижая структурные напряжения.
• Технологии шумоподавления : Многие технологии шумоподавления используют систему датчиков для измерения входящих частот и создания звукового сигнала, который подавляет эти входящие звуковые волны. Таким образом, входящие звуковые волны уменьшают свою амплитуду, что в звуке напрямую связано с интенсивностью шума.
• Энергетические системы: где используется переменный ток, напряжение и ток могут иметь разность фаз. Это используется для идентификации цепи, поскольку его значение будет отрицательным в емкостных цепях и положительным в индуктивных цепях.

Сейсмическая технология опирается на системы пружинных масс для противодействия движению сейсмических волн, как, например, в башне Taipei 101. Маятник представляет собой шар весом 660 метрических тонн. Когда сильный ветер или сейсмические волны обрушиваются на здание, маятник качается взад и вперед, качаясь в направлении, противоположном направлению движения здания.

Рис. 5 — Движение маятника на башне Taipei 101 не совпадает по фазе с движением здания на 180 градусов. Силам, действующим на здание (Fb), противодействует сила маятника (Fp) (маятник – сфера).

Маятник уменьшает колебания здания, а также рассеивает энергию, действуя как демпфер настроенной массы. Пример маятника в действии наблюдался в 2015 году, когда из-за тайфуна шарик маятника качнулся более чем на метр.

Разность фаз – основные выводы

• Разность фаз – это значение, представляющее часть цикла волны.
• В фазе волны перекрываются и создают конструктивную интерференцию, увеличивающую их максимумы и минимумы.
• Несовпадающие по фазе волны создают деструктивную интерференцию, которая создает нерегулярные узоры. В крайних случаях, когда волны сдвинуты по фазе на 180 градусов, но имеют одинаковую амплитуду, они компенсируют друг друга.
• Разность фаз была полезна для создания технологий смягчения сейсмических воздействий и шумоподавления.

Гармоническое движение

Гармоническое движение

Говорят, что объект, движущийся вдоль оси X, демонстрирует простое гармоническое движение , если его положение как функция времени изменяется как

x(t) = x ₀ + A cos(ωt + φ).

Объект колеблется вокруг положения равновесия x ₀ . Если мы выберем начало нашей системы координат так, что x

0 = 0, тогда смещение x от положения равновесия в зависимости от времени равно

x(t) = A cos(ωt + φ).

А это амплитуда колебаний, т. е. максимальное смещение объекта из положения равновесия либо в положительное или отрицательное направление x. Простое гармоническое движение повторяется. период T — время, за которое объект совершить одно колебание и вернуться в исходное положение. угловая частота ω определяется как ω = 2π/T. Угловая частота измеряется в радианах в секунду. Обратная сторона период частота f = 1/T. частота f = 1/T = ω/2π движения дает число полных колебаний в единицу времени. Измеряется в герцах (1 Гц = 1/с).

Скорость объекта как функция времени определяется как

v(t) = -ω A sin(ωt + φ),

а ускорение дается

a(t) = -ω ² A cos(ωt + φ) = -ω ² x.

Величина φ называется фазовая постоянная . Он определяется начальными условиями движения. Если при t = 0 объект имеет максимальное смещение в положительном направлении x, тогда φ = 0, если он имеет максимальное смещение в отрицательном направлении x, тогда φ = π. Я толстый t = 0 частица движется через положение равновесия с максимальным скорость в отрицательном направлении x, тогда φ = π/2. Величина ωt + φ равна называется фазой .

На рисунке ниже положение и скорость представлены как функция времени. для колебательного движения с периодом 5 с. Амплитуда и максимальная скорость имеют условные единицы. Положение и скорость вне фазы . Скорость равна нулю при максимальном смещении, и смещение равно нулю на максимальной скорости.

Для простого гармонического движения ускорение a = -ω ² x равно пропорционально смещению, но в обратном направлении. Простой гармоническое движение есть ускоренное движение

. Если объект демонстрирует простое гармоническое движение, на него должна действовать сила. объект. Сила

F = ма = -mω ² х.

Он подчиняется закону Гука , F = -kx, при k = mω ² .

Внешняя ссылка: Простой гармоническое движение (Youtube)

---

Сила пружины подчиняется закону Гука. Предположим, что объект прикреплен к пружине, которая растягивается или сжимается. Тогда пружина давит сила на объект. Эта сила пропорциональна смещению х тела. пружинит из положения равновесия и движется в направлении, противоположном смещение.

Ф = -кх

Предположим, что пружина растянута на расстояние A от положения равновесия, а затем отпущена. Объект прикрепленный к пружине, ускоряется, возвращаясь к положению равновесия.

a = -(к/м)х

Он набирает скорость по мере продвижения к положению равновесия, потому что его ускорение направлено в сторону его скорости. Когда он находится в равновесии положение, ускорение равно нулю, но объект имеет максимальная скорость. Он выходит за пределы положения равновесия и начинает замедляться. вниз, потому что ускорение теперь в направлении, противоположном направлению от его скорости. Пренебрегая трением, он останавливается, когда пружина сжимается на расстояние А, а затем ускоряется обратно к равновесию позиция. Он снова промахивается и останавливается в исходном положении, когда пружина растягивается на расстояние A. Движение повторяется. Объект колеблется взад и вперед. Он выполняет простое гармоническое движение. Угловой частота движения

ω = √(к/м),

период

Т = 2π√(м/к),

и частота

f = (1/(2π))√(к/м).

Резюме: Если единственная сила, действующая на тело массой m, является силой закона Гука, F = -kx тогда движение объекта представляет собой простое гармоническое движение. Если x — смещение от равновесия, мы имеем . х(t) = Acos(ωt + φ), v(t) = -ωAsin(ωt + φ), a(t) = -ω 2 Acos(ωt + φ) = -ω 2 x. ω = (к/м) ½ = 2πf = 2π/T. А = амплитуда ω = угловая частота f = частота Т = период φ = фазовая постоянная

Проблема:

Частица совершает простые гармонические колебания, так что ее перемещение изменяется согласно выражению x = (5 cm)cos(2t + π/6) где x в сантиметрах, t в секундах. При t = 0 найти
(а) смещение частицы,
(б) его скорость и
(c) его ускорение.
(г) Найдите период и амплитуду движения.

Решение:

• Обоснование:
  Анализ простого гармонического движения.
  x(t) = A cos(ωt + φ). A = амплитуда, ω = угловая частота, φ = фазовая постоянная.
  v(t) = -ω A sin(ωt + φ), a(t) = -ω ² A cos(ωt + φ) = -ω ² x.
• Детали расчета:
  (a) Смещение как функция времени: x(t) = Acos(ωt + ф). Здесь ω = 2/s, φ = π/6, A = 5 см.
  Перемещение при t = 0 равно x(0) = (5 см)cos(π/6) = 4,33 см.
  (b) Скорость при t = 0 равна v(0) = -ω(5 см)sin(π/6) = -5 см/с.
  (c) Ускорение при t = 0 равно a(0) = -ω ² (5 см)cos(π/6) = -17,3 см/с ² .
  (d) Период движения T = 2π/ω = π с, а амплитуда равна 5 см.

Проблема:

Частица массой 20 г движется в простом гармоническом движении с частотой 3 колебаний в секунду и амплитудой 5 см.
(a) Какое общее расстояние проходит частица за один цикл его движение?
(b)  Какова его максимальная скорость? Где это происходит?
(c) Найдите максимальное ускорение частицы. Где в движении делает происходит максимальное ускорение?

Решение:

• Рассуждение:
  Проанализируйте простое гармоническое движение, x(t) = A cos(ωt + φ).
• Детали расчета:
  (a) Общее расстояние d, которое проходит частица за один цикл, равно от x = -A до x = +A и обратно к x = -A, поэтому d = 4A = 20 см.
  (b) Максимальная скорость частицы
  v _макс. = ωA = 2πfA = 2π 15 см/с = 0,94 м/с.
  Частица имеет максимальную скорость при прохождении через положение равновесия.
  (c) Максимальное ускорение частицы равно
  и _макс. = ω ² А = (2πf) ² А = 17,8 м/с ² .
  Частица имеет максимальное ускорение в точках поворота, где имеет максимальное водоизмещение.

Предположим, что масса подвешена к вертикальной пружине с жесткостью k. В равновесия пружина растянута на расстояние x ₀ = мг/к. Если масса смещается из положения равновесия вниз, а пружина растягивается дополнительное расстояние x, то полная сила, действующая на массу, равна mg — k(x ₀ + x) = -kx, направленный в сторону положения равновесия. Если масса смещен вверх на расстояние x, то полная сила, действующая на массу, равна mg — k(x ₀ — х) = kx, направленный к положению равновесия. Масса будет выполнять простые гармонические движения. Угловая частота ω = SQRT(k/m) такая же для массы, колеблющейся на пружине в вертикальном или горизонтальном положении. Но равновесная длина пружины, вокруг которой она колеблется, различна для вертикальное положение и горизонтальное положение.

---

Предположим, что объект, прикрепленный к пружине, совершает простое гармоническое движение. Позволять один конец пружины прикрепите к стене и дайте предмету двигаться горизонтально на столе без трения.

Какова полная энергия объекта?

Кинетическая энергия объекта

К = ½mv ² = ½mω ² А ² sin ² (ωt + ф).

Его потенциальная энергия является упругой потенциальной энергией. Упругий потенциал энергия, накопленная в пружине, смещенной на расстояние x от положения равновесия U = ½kx ² . Таким образом, потенциальная энергия объекта равна

.

U = ½kx ² = ½mω ² x ² = ½mω ² A ² cos ² (ωt + φ).

Полная механическая энергия объекта

E = K + U = ½mω ² A ² (sin ² (ωt + φ) + cos ² (ωt + φ)) = ½mω ² A ² .

Энергия E в системе пропорциональна квадрат амплитуды .

Е = ½ кА ² .

Это постоянно меняющаяся смесь кинетической и потенциальной энергии.

Для любого объекта, совершающего простое гармоническое движение с угловой частотой ω, восстанавливающая сила F = -mω ² x подчиняется закону Гука и, следовательно, является консервативная сила . Мы можем определить потенциальную энергию U = ½mω ² x ² , а полная энергия объекта определяется выражением E = ½mω ² А ² . Поскольку v _max = ωA, мы также можем написать E = ½mv _max ² .

Проблема:

Частица, подвешенная на пружине, совершает колебания с угловой частотой 2 рад/с. Пружина подвешена к потолку кабины лифта и висит неподвижно (относительно автомобиля) по мере снижения автомобиля с постоянной скоростью 1,5 РС. Затем машина внезапно останавливается. Массой пружины пренебречь.
С какой амплитудой колеблется частица?

Решение:

• Обоснование:
  При движении в лифте с постоянной скоростью общая сила, действующая на масса равна нулю. Сила, действующая на пружину, по величине равна силе силы тяжести, действующей на массу, пружина имеет равновесную длину вертикальная пружина. Когда лифт внезапно останавливается, конец пружины крепятся к потолочным упорам. Однако масса имеет импульс, p = mv, и поэтому начинает растягивать пружину. Он движется через положение равновесия вертикальной пружины с ее максимальной скоростью v _макс. = 1,5 м/с.
  Его скорость как функция времени равна v(t) = -ωAsin(ωt + φ).
• Детали расчета:
  Поскольку v _max = ωA и ω = 2/с, амплитуда амплитуды колебания А = 0,75 м.