как определить какое напряжение в розетке

Онлайн помощник домашнего мастера

Напряжение в розетке – методы измерения и советы как быстро определить постоянный или переменный ток. Примеры оптимального напряжения тока

Рано или поздно перед человеком встает вопрос, чем проверить напряжение в розетке, чтобы не ударило током, а результат не имел отклонений. В этом случае существует несколько вариантов, самыми популярными из которых признаны мультиметр и индикаторная отвертка.

Краткое содержимое статьи:

Использование мультиметра

Если человек впервые задается вопросом, как измерить напряжение в розетке мультиметром, то для правильного выполнения представленной процедуры, ему необходимо следовать такому плану:

Щупы мультиметра вставляются в предназначенные для них гнёзда на аппарате. Щуп чёрного цвета должен быть подключен к гнезду типа «СОМ», он считается минусовым или заземлением (последний параметр зависит от величины измерения). Щуп красного цвета должен быть подключен к гнезду с аббревиатурой «VΩmA».

Представленные буквы означают, что гнездо создано для выполнения измерения силы тока, а также его сопротивления, но только в случае небольших величин.

Непосредственно на аппарате выполняются необходимые переключения. Поскольку в розетке чаще всего присутствует переменное значение тока, то на аппарате следует выставить предел по типу АСV.

Положение на переключателе должно превышать значение предполагаемого напряжения. К примеру, если в розетке присутствует номинальное напряжение равное 220 В, то на оборудовании нужно установить ближайший больший показатель. Если это аппарат старого образца, то выбранное значение будет равно 750 В. Это же значение останется и при наличии показателя равного 380 В.

После выставления пределов измерений можно приступать непосредственно к измерительным работам. Для этого, щупы вставляются в силовые контакты розетки таким образом, чтобы обеспечить качественное соединение между представленными элементами.

Выполнив эти действия нужно посмотреть на экран прибора, там появиться значение равное напряжению в розетке. Значение может колебаться в рамках 1-2 В, это считается нормой.

Если колебания превышают представленные рамки, то стоит перепроверить надёжность соединения щупов и силовых зажимов розетки. Если после проверки не обнаружено никаких проблем в соединении, то можно утверждать о наличии некачественного контакта в электрической сети.

Если применяется аппарат аналогового типа, то прежде чем приступать к измерительным действиям, нужно определиться с ценой делений, присутствующих на шкале.

Обязательно нужно обратить внимание на тот факт, что если человек не знает предполагаемого значения сети питания, то измерительные работы с помощью мультиметра лучше не производить.

Если присутствующее напряжение превышает максимальное значение на мультиметре, то в лучшем случае произойдет сгорание предохранителя аппарата, в худшем случае существует вероятность обзавестись рядом ожогов и травм.

Применение индикаторной отвертки

Поскольку мультиметр относительно дорогое довольствие и не у каждого он имеется, то осуществить измерение описываемого показателя вполне можно с помощью индикаторной отвертки.

Но в этой ситуации, можно будет только определить наличие в розетке напряжения, узнать его точное значение не представляется возможным.

Детальнее с тем как измерять напряжение в розетке с помощью индикаторной отвертки, можно увидеть на фото.

Разновидности стабилизаторов

Если после измерения описываемого показателя с помощью мультиметра, было выявлено, что оно превышает норму, то обязательно нужно осуществить установку стабилизаторов для напряжения.

Они бывают нескольких видов.

Феррорезонансные. Постоянно регулируют выходящее напряжение в заранее установленном диапазоне нагрузок. Среди достоинств можно отметить скорость действия, большой ресурс функционирования, высокий уровень надёжности, точность стабилизации.

Среди недостатков отмечают низкий диапазон регулировок, чрезмерную искаженность синусоидальности, большой вес, аппарат не в состоянии функционировать при наличии режима холостого хода, а также при перегрузках. КПД составляет 70-80%.

Релейные. Содержат в себе силовые реле и автоматический трансформатор. Принцип функционирования создан на основе ступенчатой регулировки, то есть, осуществляется подключение определённого отвода от автоматического трансформатора.

Вмонтированная в аппарат электронная схема контролирует силовые реле, которые осуществляют автоматическое переключение обмоток трансформатора. Эта разновидность стабилизаторов всё больше теряет свою популярность, поскольку такое достоинство, как высокая скорость регулировки, перекрывается массой недостатков.

Среди негативных сторон этого оборудования выделяют чрезмерную искаженность синусоидов, снижению стабилизационную точность, ограниченные возможности выходной мощности. Коэффициент полезного действия равен 97-99%.

Симисторные. Принцип функционирования заключается в настройке по релейному типу. Среди достоинств такого вида стабилизаторов выделяют пониженный уровень шума во время функционирования, увеличенную скорость коммутации и довольно плавную регулировку. Что касается недостатков, то у такого типа стабилизаторов присутствует низкая регулировочная точность. КПД составляет 96-98%.

Электромеханические. Гарантируют плавную регулировку выходного типа напряжения по принципу действия реостата. В комплект входит электрический привод в форме щетки или ролика, который передвигает подвижные контакты по обмотке автоматического трансформатора.

Среди достоинств такого вида аппаратов выделяют высокую регулировочную точность, полное отсутствие искажений синусоидов. Среди недостатков отмечается сниженная скорость регулировки, пониженный уровень надёжности (объясняется наличием в конструкции механических деталей), низкая скорость реакции. КПД составляет 97-99%.

Выбор представленных видов оборудования желательно осуществлять только после консультации с профессиональным электриком. Если имеется финансовая возможность, то рекомендуется чтобы, измерение всех представленных показателей тоже произвёл профессионал.

Источник

Что показывает вольтметр, или математика розетки

О чем эта статья

Сегодня я ненадолго отступлю от своей обычной темы о визуальном программировании контроллеров и обращусь к теме измерений напряжения прямо в ней, в розетке!

Родилась эта статья из дискуссий за чаем, когда разразился спор среди «всезнающих и всеведающих» программистов о том, чего многие из них не понимают, а именно: как измеряется напряжение в розетке, что показывает вольтметр переменного напряжения, чем отличается пиковое и действующие значения напряжений.

Скорее всего, это статья будет интересна тем, кто начинает творить свои устройства. Но, возможно, поможет и кому-то опытному освежить память.

В статье рассказано о том, какие напряжения есть в сети переменного тока, как их измеряют и о том, что следует помнить при проектировании электронных схем.
Всему дано краткое и упрощённое математическое обоснование, чтобы было ясно не только «как», но и «почему».

Кому не интересно читать про интегралы, ГОСТы и фазы — могут сразу переходить к заключению.

Вступление

Когда люди начинают говорить о напряжении в розетке, очень часто стереотип «в розетке 220В» скрывает от их взора реальное положение дел.

Начнем с того, что согласно ГОСТ 29322-2014, сетевое напряжение должно составлять 230В±10% при частоте 50±0,2Гц (межфазное напряжение 400В, напряжение фаза-нейтраль 230В). Но в том же ГОСТ имеется примечание: «Однако системы 220/380 В и 240/415 В до сих пор продолжают применять».

Согласитесь, что это уже совсем не то однозначное «в розетке 220В», к которому мы привыкли. А когда речь начинает идти о «фазном», «линейном», «действующем» и «пиковом» напряжениях — вообще каша получается знатная. Так сколько же вольт в розетке?

Чтобы ответить на этот вопрос начнем с того, как измеряется напряжение в сети переменного тока.

Как измерять переменное напряжение?

Прежде, чем углубиться в дебри цепей переменного тока и напряжения, вспомним школьную физику цепей тока постоянного.

Цепи постоянного тока — вещь простая. Если мы возьмем некоторую активную нагрузку (пусть это будет обычная лампа накаливания, как на рисунке) и воткнем ее в цепь постоянного тока, то все, что происходит в нашей цепи будет характеризоваться всего двумя величинами: напряжением на нагрузке U и током, протекающим через нагрузку I. Мощность, которая потребляется нагрузкой однозначно вычисляется по формуле, известной со школы: .

Или, если учесть, что по закону Ома , то мощность P, потребляемую нагрузкой-лампочкой, можно вычислить по формуле .

С переменным напряжением все куда сложнее: в каждый момент времени — оно может иметь разное мгновенное значение. Следовательно, в разные моменты времени, на нагрузке, подключенной к источнику переменного напряжения (например, на лампе накаливания, воткнутой в розетку) будет выделяться разная мощность. Это очень неудобно с точки зрения описания электрической цепи.

Но нам повезло: форма напряжения в розетке синусоидальная. А синусоида, как известно, полностью описывается тремя параметрами: амплитудой, периодом и фазой. В однофазных сетях (а обычная розетка с двумя дырочками именно и есть однофазная сеть) про фазу можно забыть. На рисунке подробно показаны два периода сетевого однофазного напряжения. Того самого, что в розетке.

Рассмотрим, что означают все эти буковки на рисунке.

Период T — это время между двумя соседними минимумами или соседними максимумами синусоиды. Для осветительной сети РФ этот период составляет 20 миллисекунд, что соответствует частоте 50Гц. Частота колебаний напряжения электрической сети выдерживается очень точно, до долей процента.

Очевидно, что в любых двух точках синусоиды, отстоящих друг от друга на целое число периодов, напряжения всегда равны между собой.

Амплитуда Um — это максимальное напряжение, пик синусоиды. Про действующее напряжение Uд поговорим чуть ниже.

Напряжение в розетке (или однофазной сети) описывается формулой

где t — текущий момент времени, Um — амплитуда (или пиковое значение) напряжения, T — период сетевого напряжения.

Если с однофазным переменным напряжением более или менее все ясно, то попробуем посчитать мощность, которая выделяется на нашей любимой лампе накаливания, при втыкании ее прямо в розетку.

Так как лампа накаливания является активной нагрузкой (а это значит, что ее сопротивление не зависит от частоты напряжения и тока), то мгновенная мощность, выделяемая на лампе накаливания, воткнутой в розетку, будет вычисляться по формуле

где t — текущий момент времени, а R — сопротивление лампы накаливания при нагретой спирали. Зная амплитуду переменного напряжения Um, можно записать:

Понятно, что мгновенная мощность — неудобный параметр, да и на практике не особо нужный. Поэтому практически обычно применяется мощность, усредненная за период.
Именно усредненная мощность указана на лампочках, нагревателях и прочих бытовых утюгах.

Рассчитывается усредненная мощность в общем случае по формуле:

А для нашей синусоиды — по гораздо более простой формуле:

Можете сами подставить вместо функцию и взять интеграл, если не верите.

Не думайте, что про мощность я вспомнил просто так, из вредности. Сейчас поймете, зачем она нам была нужна. Переходим к следующему вопросу.

Что же показывает вольтметр?

Для цепей постоянного тока, тут все однозначно — вольтметр показывает единственное напряжение между двумя контактами.

С цепями переменного тока все опять сложнее. Некоторые (и этих некоторых не так мало, как я убедился) считают, что вольтметр показывает пиковое значение напряжения Um, но это не так!

На самом деле, вольтметры обычно показывают действующее или эффективное, оно же среднеквадратичное, напряжение в сети Uд.

Разумеется, речь идет о вольтметрах переменного напряжения! Поэтому, если будете измерять вольтметром напряжение сети, обязательно убедитесь, что он находится в режиме измерения переменного напряжения.

Оговорюсь, что «пиковые вольтметры», показывающие амплитудные значения напряжения, тоже существуют, но на практике при измерении напряжения питающей сети в быту обычно не применяются.

Разберемся, почему такие сложности. Почему бы не измерять просто амплитуду? Зачем выдумали какое-то «действующее значение» напряжения?

А все дело в потребляемой мощности. Я ведь не просто так писал о ней. Дело в том, что действующее (эффективное) значение переменного напряжения равно величине такого постоянного напряжения, которое за время, равное одному периоду этого переменного напряжения, произведет такую же работу, что и рассматриваемое переменное напряжение.

Или, по-простому, лампочка накаливания будет светить одинаково ярко, воткнем ли мы ее в сеть постоянного напряжения 220В или в цепь переменного тока с действующим значением напряжения 220В.

Для тех, кто уже знаком с интегралами или еще не забыл математику, приведу общую формулу расчета действующего напряжения произвольной формы:

Из этой формулы также становится ясно, почему действующее (эффективное) значение переменного напряжения также называют «среднеквадратичным».

Заметим, что подкоренное выражение и есть та самая «усредненная за период мощность», стоит только поделить это выражение на сопротивление нагрузки R.

Применительно к синусоидальной форме напряжения, страшный интеграл после несложных преобразований превратится в простую формулу:

где Uд — действующее или среднеквадратичное значение напряжение (то самое, которое обычно показывает вольтметр), а Um — амплитудное значение.

Действующее напряжение хорошо тем, что для активной нагрузки, расчет усредненной мощности полностью совпадает с расчетом мощности на постоянном токе:

Это и не удивительно, если вспомнить определение действующего значения напряжения, которое было дано чуть выше.

Ну и, наконец, посчитаем, чему же равна амплитуда напряжения в розетке «на 220В«:

В худшем случае, если у вас сеть на 240В, да еще и с допуском +10%, амплитуда будет аж !

Поэтому, если хотите, чтобы ваши устройства, питающиеся от сети, работали стабильно и не сгорали, выбирайте элементы, которые выдерживают пиковые напряжения не менее 400В. Разумеется, речь идет об элементах, на которые непосредственно подаётся сетевое напряжение.

Отмечу, что для не-синусоидальной формы сигнала действующее значение напряжения рассчитывается по иным формулам. Кому интересно — могут сами взять интегралы или обратиться к справочникам. Нас же интересует питающая сеть, а там всегда должна быть синусоида.

Фазы, фазы, фазы…

Помимо обычной однофазной осветительной сети

220В все слышали и о трехфазной сети

380В. Что такое 380В? А это межфазное эффективное напряжение.

Помните, я сказал, что в однофазной сети про фазу синусоиды можно забыть? Так вот, в трехфазной сети этого делать нельзя!

Если говорить по простому, то фаза — это сдвиг во времени одной синусоиды относительно другой. В однофазной сети мы всегда могли принять за начало отсчета любой момент времени — на расчеты это не влияло. В трехфазной сети необходимо учитывать насколько одна синусоида отстоит от другой. В трехфазных сетях переменного тока каждая из фаз отстоит от другой на треть периода или на 120 градусов. Напомню, что период измеряется также в градусах и полный период равен 360 градусов.

Если мы возьмем осциллограф с тремя лучами и прицепимся к трем фазам и одному нулю, то увидим такую картину.

«Синяя» фаза — начинается от нуля отсчета. «Красная» фаза — на треть периода (120 градусов) позже. И, наконец «зеленая» фаза начинается на две трети периода (240 градусов) позже «синей». Все фазы абсолютно симметричны друг относительно друга.

Какую именно фазу брать за точку отсчета — не важно. Картина будет одинаковой.

Математически можно записать уравнения всех трех фаз:

«Синяя» фаза:

«Красная» фаза:

«Зеленая» фаза:

Если измерить напряжение между любой из фаз и нулем в трехфазной сети — то получим обычные 220В (или 230В или 240В — как повезет, см. ГОСТ).

А если измерить напряжение между двумя фазами — то получим 380В (или 400В или 415В — не забываем об этом).

То есть трехфазная сеть — многолика. Ее можно использовать как три однофазные сети с напряжением 220В или как одну трехфазную сеть с напряжением 380В.

Откуда взялось 380В? А вот откуда.

Если мы подставим в формулу расчета действующего напряжения наши данные о двух любых фазах, то получим:

Uдф — действующее межфазное, оно же линейное напряжение.

Учитывая, что амплитуда каждой фазы получим, чтодля межфазного напряжения. На рисунке наглядно показано, как образуется межфазное напряжение, которое обозначено F1-F2 из двух фазных напряжений фаз F1 и F2. Напряжение фаз F1 и F2 измеряется относительно нулевого провода. Линейное напряжение F1-F2 измеряется между двумя разными фазными проводами.

Как видим, что действующее межфазное напряжение больше амплитуды синусоидального напряжения одной фазы.

Амплитуда межфазного напряжения составляет:

Для наихудшего случая (сеть 240В и межфазное напряжение 415В, да еще 10% сверху) амплитуда межфазного напряжения составит:

Учтите это при работе в трехфазных сетях и выбирайте элементы, рассчитанные не менее, чем на 650В, если им предстоит работать между двумя фазами!

Надеюсь, теперь понятно что показывает вольтметр переменного тока?

Заключение

Итак, очень кратко, почти на пальцах, мы ознакомились с тем какие напряжения действуют в бытовых сетях переменного тока. Подведем краткие итоги всего, изложенного выше.

Источник