Все о токе и его частоте

Мнения экспертов

«Исторически данные частоты использовались для узкополосных
сетей профессиональной подвижной радиосвязи, например, для сетей стандартов
Tetra и DMR, — говорит руководитель проектов компании «Спектрум-менеджмент» Вадим Поскакухин. — Однако стандарты
ограничены по типам сервисов и сейчас на этих частотах есть потребность строить
сети LTE, но для профессионального, а не массового использования. Изначальной
услугой в таких сетях будет push-to-talk (мгновенное соединение между
абонентами и групповой вызов), но ожидаются востребованными и другие услуги,
например, оперативная видеосвязь, групповая передача видео, межмашинные
коммуникации и т. д.».

При этом возможно использование таких сетей LTE как для
предоставления услуг специализированным компаниям, например коммунальным
службам, так и создание выделенных технологических сетей для решения задач по
автоматизации отдельных предприятий, добавляет Поскакухин. «В данных
диапазонах доступны узкие полосы частот и маленькая скорость передачи данных, —
констатирует автор Telegram-канала «За телеком» Михаил Климарев. — С другой стороны, они обеспечивают большую зону
обслуживание, что делает целесообразным использование сетей в данных диапазонах
для интернета вещей».

Негативное влияние отклонения параметров

Чтобы вы понимали всю опасность отклонения напряжения в сети, предоставляем к прочтению следующие факты:

1. Когда значение понижается ниже нормы, значительно снижается срок службы используемого электрооборудования и в то же время повышается вероятность возникновения аварии. Помимо этого, в технологических установках увеличивается длительность самого производственного процесса, что влечет за собой увеличение показателей себестоимости продукции.
2. В бытовой сети, как мы уже говорили, отклонения напряжения сокращает срок службы лампочек. При повышении напряжения на 10% срок эксплуатации обычных лампочек сокращается в 4 раза. В свою очередь энергосберегающие лампы при снижении напряжения на 10% начинают мерцать, что также негативно влияет на продолжительность их работы. Об остальных причинах мерцания люминесцентных ламп вы можете узнать из нашей статьи.
3. Что касается электрических приводов, то из-за снижения напряжения увеличивается потребляемый двигателем тока. В свою очередь это уменьшает срок службы двигателя. Если же напряжение будет даже на незначительных казалось бы 1% выше нормы, реактивная мощность, которую потребляет электродвигатель, может увеличиться до 7%.

Подведя итог, хотелось бы отметить, что существует несколько современных способов решения проблемы: снижение потерь напряжения в электрической сети, о чем мы писали в соответствующей статье, а также регулирование нагрузки на отходящих линиях и шинах подстанций.

Вот мы и рассмотрели нормы отклонения напряжение в сети по ГОСТ. Теперь вы знаете, насколько низкого или же высокого значения может достигать этот параметр в трехфазной и однофазной сети переменного тока!

Рекомендуем также прочитать:

• Устройства защиты от перенапряжения
• Причины перегорания светодиодных ламп
• Причины возгорания электропроводки в квартире

Опубликовано:
22.08.2016
Обновлено: 18.10.2019

Взаимосвязь частоты и работы электрооборудования

Частота тока – это один из параметров электроэнергии, который влияет на стабильную работу электроустановок и оборудования. При поставке энергии потребителю этот параметр строго контролируется, так же, как и напряжение.

Нить взаимосвязи выражается формулой номинального количества оборотов в минуту для вращающихся машин. КПД (коэффициент полезного действия) заложен в самой конструкции агрегатов. Он максимален при:

n = 60f/p,

где:

• n – количество об./мин.;
• f – частота;
• p – количество пар полюсов.

Количество оборотов турбины генераторов напрямую связано с частотой вырабатываемого переменного тока, полученная частота отвечает за оптимальный режим вращения электродвигателя потребителя. При снижении частоты в сети обороты машины снижаются автоматически. Происходит перегрузка на валу, и страдает двигатель.

В то же время технологическая линия, в которую он передаёт энергию вращения, также терпит изменения в работе:

• изменяется скорость движения конвейера, что влечёт за собой сбой технологического процесса и брак в итоге;
• снижаются мощность и частота вращения насосов, вентиляторов, что приводит к нестабильной работе систем, в которых они установлены;
• снижение частоты в энергосистеме на 1% приводит к падению общей мощности на нагрузке до 2%.

Для контроля этого важного электрического параметра применяют частотомеры

Внимание! Снижение частоты на 10-15% вызывает падение производительности механизмов даже на самой электростанции до нуля. При частоте тока в сети 50 Гц (критической величиной являются 45 Гц) происходит лавинный спад

История возникновения связи РФ: частоты

В 1983 году начата разработка европейского стандарта цифровой связи. Напоминаем, первое поколение 1G использовало аналоговую передачу. Таким образом, инженеры заранее развивали стандарт, упреждая историю развития техники. Цифровая связь рождена Второй мировой войной, точнее, системой шифрованной передачи Зелёный шершень. Военные отлично понимали: грядёт эпоха цифровых технологий. Гражданская промышленность ловила движение ветра.

Частота сотовой связи

900 МГц

Европейская организация CEPT создала комитет GSM (Groupe Special Mobile). Европейская комиссия предложила использовать спектр 900 МГц. Разработчики засели в Париже. Пять лет спустя (1987) 13 стран ЕС подали Копенгагену меморандум необходимости создания единой сети сотовой связи. Сообщество решило запросить помощи GSM. В феврале вышла первая техническая спецификация. Политики четырёх стран (май 1987) поддержали проект боннской декларацией. Следующий короткий период (38 недель) наполнен всеобщей суетой, управляемой четырьмя назначенными персонами:

1. Армин Зильберхорн (Германия).
2. Филипп Дупулис (Франция).
3. Ренцо Фаилли (Италия).
4. Стефен Темпл (Великобритания).

В 1989 комиссия GSM оставляет попечительство CEPT, становясь частью ETSI. 1 июля 1991 года бывший премьер-министр Финляндии, Гарри Холкери, совершил первый звонок абоненту (Каарина Суонио), пользуясь услугами провайдера Радиолиния.

Параллельно внедрению 2G шли работу, призванные задействовать область 1800 МГц. Первая сеть накрыла Великобританию (1993). Одновременно задвигался австралийский оператор Телеком.

1900 МГц

Частота 1900 МГц введена США (1995). Создана ассоциация GSM, мировое число абонентов достигло цифры 10 млн. человек. Годом позже цифра возросла десятикратно. Использование 1900 МГц помешало внедрению европейской версии UMTS.

Генерирование переменного тока

Простейший генератор переменного тока: если вокруг проволочной катушки, намотанной на магнитопровод из трансформаторной стали вращать маховик с установленными в нём несколькими парами постоянных магнитов, то в катушке (условно показан один виток) будет наводиться синусоидальная ЭДС, а при подключении нагрузки в электрической цепи появится переменный ток.Применяется на транспортных средствах (мопеды, лёгкие мотоциклы, снегоходы, гидроциклы, а также на подвесных лодочных моторах), работает совместно с выпрямителем и регулятором напряжения (см. магдино).

Основная статья: Генератор переменного тока

Принцип действия генератора переменного тока основан на законе электромагнитной индукции — индуцировании электродвижущей силы в проволочном контуре (проволочной рамке), находящейся в однородном вращающемся магнитном поле.

Электродвижущая сила e{\displaystyle e} генератора переменного тока определяется по формуле:

e=w2Blα2ωsin⁡ωt{\displaystyle e=w2Bl{\frac {\alpha }{2}}\omega \sin \omega t}, где

w{\displaystyle w} — количество витков;

B{\displaystyle B} — магнитная индукция магнитного поля в вольт-секундах на квадратный метр (Тл, Тесла);

l{\displaystyle l} — длина каждой из активных сторон контура в метрах;

ω{\displaystyle \omega } — угловая скорость синусоидальной электродвижущей силы, в данном случае равная угловой скорости вращения магнита в контуре;

ωt{\displaystyle \omega t} — фаза синусоидальной электродвижущей силы.

Частота переменного тока, вырабатываемого генератором, определяется по формуле:

f=pn60{\displaystyle f=p{\frac {n}{60}}}, где

f{\displaystyle f} — частота в герцах;

n{\displaystyle n} — число оборотов ротора в минуту;

p{\displaystyle p} — число пар полюсов.

По количеству фаз генераторы переменного тока бывают:

• трёхфазные генераторы — основной тип мощных промышленных генераторов;См. также трёхфазная система электроснабжения, трёхфазный двигатель, автомобильный генератор трёхфазного переменного тока.
• однофазные генераторы, применяются, как правило, на маломощных бензиновых электростанциях, встроены в двигатели внутреннего сгорания мопедов, лёгких мотоциклов, снегоходов, гидроциклов, подвесные лодочные моторы;См. также конденсаторный двигатель, однофазный двигатель.
• двухфазные генераторы, встречаются значительно реже по сравнению с однофазными и трёхфазными.См. также двухфазная электрическая сеть, двухфазный двигатель.

Модифицированная синусоида, генерируемая инвертором.

Инверторы

Постоянный ток может быть преобразован в переменный с помощью инвертора.

Следует отметить, что недорогие модели инверторов имеют на выходе переменный ток несинусоидальной формы, обычно прямоугольные импульсы или модифицированная синусоида. Для получения синусоидального тока инвертор должен иметь задающий генератор (как правило, специализированная микросхема, формирующая электрический сигнал синусоидальной формы, который затем управляет работой тиристорных или транзисторных электронных ключей.

Фазорасщепитель

Основная статья: Фазорасщепитель

Трёхфазный ток может быть получен из однофазного при помощи фазорасщепителя. Эти электрические машины применяются, в частности, на электровозах, таких как ВЛ60, ВЛ80.

Сети переменного тока

Четырёхпроводная линия электропередачи 220/380 В, такие ЛЭП распространены в районах одноэтажной застройки, в сельской местности.Два нижних провода — сеть проводного радиовещания.

Преобразование напряжения в электрических сетях

Схема разводки трёхфазной сети в многоквартирных жилых домах.

Производители электроэнергии (ГЭС, ТЭС, ТЭЦ, атомные и другие электростанции) генерируют переменный ток промышленной частоты (в России — 50 Гц), напряжением порядка 10 — 20 кВ.

Затем электрический ток поступает на трансформаторные подстанции, которые находятся рядом с электростанциями, где происходит повышение электрического напряжения.

Переменный ток высокого напряжения передаётся потребителям по линиям электропередачи (ЛЭП). Повышение напряжения необходимо для того, чтобы уменьшить потери в проводах ЛЭП (см. Закон Джоуля — Ленца, при увеличении электрического напряжения уменьшается сила тока в электрической цепи, соответственно уменьшаются тепловые потери).

Самая высоковольтная в мире ЛЭП Экибастуз-Кокчетав работала под напряжением 1 миллион 150 тысяч вольт.

На другом конце линии электропередачи находится понижающая трансформаторная подстанция, где высоковольтный переменный ток понижается трансформаторами до нужного потребителю значения.

В подавляющем большинстве случаев по линиям электропередачи передаётся трёхфазный ток, однако существуют линии электропередачи постоянного тока, например высоковольтная линия постоянного тока Волгоград-Донбасс, высоковольтная линия постоянного тока Экибастуз-Центр, материковая Южная Корея — остров Чеджудо и другие. Использование постоянного тока позволяет увеличить передаваемую электрическую мощность, передавать электроэнергию между энергосистемами, использующими переменный ток разной частоты, например, 50 и 60 герц, а также не синхронизировать соседние энергосистемы, как это сделано на границе Ленинградской области с Финляндией (см. вставка постоянного тока Выборг — Финляндия).

В России в электрических сетях общего назначения используется трёхфазный ток с межфазным напряжением 380 Вольт.

Качество электрической энергии — её электрическое напряжение и частота должны строго соблюдаться.

К жилым домам (на сельские улицы) подводятся четырёхпроводные (три фазовых провода и один нейтральный (нулевой) провод) линии электропередачи (воздушные или кабельные ЛЭП) с межфазным напряжением 380 вольт (с 2003 года 400 Вольт по ГОСТ 29322-2014). В отдельную квартиру (или в сельский дом) подводится фазовый провод и нулевой провод, электрическое напряжение между «фазой» и «нулём» составляет 220 вольт (с 2003 года 230 Вольт по ГОСТ 29322-2014). Определить, где какой провод можно с помощью индикатора фазы.

Например, в первую квартиру подводится фаза «A», во вторую квартиру — фаза «B», в третью квартиру — фаза «C» и так далее…

Действующее значение переменного синусоидального тока

Если все положительные и отрицательные мгновенные значения переменного синусоидального тока сложить, то их сумма будет равна нулю. Но если алгебраическая сумма всех мгновенных значений за период равна нулю, то и среднее значение этого тока за период также равно нулю: Iavg(T)={\displaystyle I_{avg}(T)=0}.

Среднее значение синусоидального тока за период не может служить для измерения этого тока.

Чтобы судить о величине переменного синусоидального тока, переменный ток сравнивают с постоянным током по их тепловому действию.

Два тока, один из которых синусоидальный, а другой постоянный, эквивалентны по тепловому действию, если они, протекая по одинаковым сопротивлениям, за одинаковые отрезки времени выделяют одинаковое количество тепла.

Действующее значение переменного синусоидального тока численно равно току постоянному, эквивалентному данному синусоидальному току, то есть выделяющему порознь с ним в одинаковом сопротивлении за одинаковый отрезок времени одинаковое количество тепла.

Найдено экспериментально, а затем подтверждено теоретически, что величина действующего значения переменного синусоидального тока находится в строго определённой зависимости от амплитуды этого тока: I=Im2{\displaystyle I={\frac {I_{m}}{\sqrt {2}}}}, то есть действующее значение I{\displaystyle I} переменного синусоидального тока в 2{\displaystyle {\sqrt {2}}} раз меньше амплитуды этого тока.

Амперметр электромагнитной или электродинамической системы, включенный в цепь переменного синусоидального тока, показывает действующее значение тока.

Аналогично действующему значению переменного синусоидального тока можно говорить о действующем значении переменной синусоидальной электродвижущей силы или переменного синусоидального напряжения.

Действующее значение напряжения в 2{\displaystyle {\sqrt {2}}} меньше его амплитуды: U=Um2{\displaystyle U={\frac {U_{m}}{\sqrt {2}}}} или Um=2×U{\displaystyle U_{m}={\sqrt {2}}\times U}.

Вольтметр электромагнитной или электродинамической системы, включенный в сеть переменного синусоидального тока, показывает действующее значение синусоидального напряжения.

Например, в электрической розетке электрическое напряжение ∼220 B{\displaystyle \thicksim {220}~B}, так как это действующее значение, амплитудное напряжение будет 220×1,41=311{\displaystyle {220}\times {1,41}={311}} Вольт.

Данные формулы справедливы только для синусоидального тока, если импульсы будут треугольной, пилообразной, прямоугольной или иной формы — требуется другая методика вычисления.

Методом математического анализа можно определить среднее значение переменного синусоидального тока за половину периода, например за положительную полуволну синусоиды.

Среднее значение переменного синусоидального тока за половину периода равно IIavg(T2)=2πIm=,637Im{\displaystyle {\frac {I}{I_{avg}\left({\frac {T}{2}}\right)}}={{\frac {2}{\pi }}I_{m}}={0,637}\;I_{m}}.

Также можно определить отношение k{\displaystyle k} действующего значения тока к среднему за половину периода (положительную полуволну). Это отношение для синусоидального тока равно:

k=IIavg(T2)=Im22πIm=π22=1,11{\displaystyle k={\frac {I}{I_{avg}\left({\frac {T}{2}}\right)}}={\frac {\frac {I_{m}}{\sqrt {2}}}{{\frac {2}{\pi }}I_{m}}}={\frac {\pi }{2{\sqrt {2}}}}={1,11}}.

Преимущества диапазона ММВ

Основные преимущества данного диапазона:

• Возможность обеспечить скорость передачи данных до 10 Гбит/с, а в перспективе и более. Эта величина на два порядка выше пропускной способности для существующих радиосистем.
• Высокая помехозащищенность от индустриальных ЭМ-помех.
• Возможность существенного снижения габаритов антенных систем и получения сверхузких диаграмм направленностей передающей и приемной антенн — 0,3–1,5°, что значительно увеличивает дальность связи по сравнению с традиционными СВЧ-системами сантиметрового диапазона.
• Миниатюрные антенны испытывают гораздо меньшую ветровую нагрузку, этот фактор в целом повышает надежность системы связи и положительно сказывается на уменьшении стоимости оборудования.
• Поскольку приемо-передающие антенны в диапазоне MMB используют узкие диаграммы направленности, то практически отсутствует взаимовлияние между соседними базовыми станциями и увеличивается дальность действия канала связи MMB. Этот фактор позволяет максимально близко располагать антенны друг к другу, до нескольких сантиметров, что является несомненным преимуществом при создании базовой станции сотовой связи, работающей в мультичастотном режиме.
• Благодаря использованию малых углов передающих лучей, системы диапазона ММВ обладают высокой энергетической скрытностью.

Рис. 1. Однокристальный радар 24-ГГц диапазонаHH

Еще одним преимуществом миллиметрового диапазона являются малые размеры оборудования, работающего на этих волнах. Современная микроэлектронная технология позволяет создавать миниатюрные СВЧ-устройства, а в диапазоне ММВ и сами антенны можно уменьшить до размеров микросхемы. Так, например, обычный полуволновый вибратор, предназначенный для работы на частоте 900 МГц, имеет длину 15 см, но полуволновая антенна для частоты 95 ГГц будет иметь длину всего 1,58 мм в свободном пространстве, или даже меньше, если изготовлена на диэлектрической подложке. Это означает, что вся конструкция радиотрансмиттера, включая антенну, может быть очень компактной. На подложке микросхемы несложно создать фазированную антенную решетку с большим количеством элементов, которая будет способна коммутировать и фокусировать энергию для увеличения коэффициента усиления, мощности и дальности передачи.

Примером может служить 24-ГГц однокристальный радар BGT24MTR11 компании Infineon, который работает в ISM-диапазоне 24–24,25 ГГц. Приемник и передатчик размещены на одном кристалле в корпусе QFN. Устройство исключительно просто в использовании, поскольку разработчику не нужно устанавливать на плату радиочастотные согласующие элементы и заниматься расчетом высокочастотных соединений (рис. 1).

При построении радиолиний, работающих в диапазоне ММВ, в настоящее время используются двухзеркальные параболические антенны Кассегрена. Выбор антенн этого типа обусловлен меньшим затенением поверхности зеркала и, следовательно, более высоким коэффициентом использования поверхности (КИП).