Что такое полярность в электрике

10.06.202311.06.2023 admin 0 Comments

Пара слов о «полярности» переменного напряжения

Комплексные числа полезны для анализа цепей переменного тока, поскольку они предоставляют удобный метод символьной записи сдвига фаз между параметрами переменного тока, такими как напряжение и ток.

Однако большинству людей нелегко понять эквивалентность абстрактных векторов и реальных параметров схемы. Ранее в данной главе мы видели, как источники переменного напряжения задаются значениями напряжения в комплексной форме (амплитуда и угол фазы), а также обозначением полярности.

Поскольку у переменного тока нет параметра «полярности», как у постоянного тока, эти обозначения полярности и их связь с углом фазы могут вводить в заблуждение. Данный раздел написан с целью, прояснить некоторые из этих вопросов.

Напряжение, по своей сути, – относительная величина. Когда мы измеряем напряжение, у нас есть выбор, как подключить вольтметр или другой измерительный прибор к источнику напряжения, поскольку есть две точки, между которыми существует разность потенциалов, и два измерительных щупа у прибора, которые необходимо подключить.

В цепях постоянного тока мы явно обозначаем полярность источников напряжения и падений напряжения, используя символы «+» и «-«, а также используем измерительные щупы с цветовой маркировкой (красный и черный). Если цифровой вольтметр показывает отрицательное постоянное напряжение, мы знаем, что его измерительные щупы подключены «обратно» напряжению (красный провод подключен к «-«, а черный провод – к «+»).

Полярность батарей обозначается специфичными для них символами: короткая линия батареи всегда является отрицательной (-) клеммой, а длинная линия – всегда положительной (+):

Рисунок 1 – Общепринятое обозначение полярности батареи

Хотя было бы математически правильно представить напряжение батареи в виде отрицательного значения с обозначением обратной полярности, но это было бы явно необычно:

Рисунок 2 – Совершенно нестандартное обозначение полярности

Интерпретация таких обозначений могла бы быть проще, если бы обозначения полярности «+» и «-» рассматривались как контрольные точки для измерительных щупов вольтметра, «+» означал бы «красный», а «-» означал бы «черный». Вольтметр, подключенный к указанной выше батарее красным щупом к нижней клемме и черным щупом к верхней клемме, действительно будет указывать отрицательное напряжение (-6 вольт).

На самом деле, эта форма обозначения и интерпретации не так уж необычна, как вы могли подумать: она часто встречается в задачах анализа цепей постоянного тока, где знаки полярности «+» и «-» сначала рисуются согласно обоснованному предположению, а затем интерпретируются как правильные или «обратные» в соответствии с математическим знаком рассчитанного значения.

Однако в цепях переменного тока мы не имеем дело с «отрицательными» значениями напряжения. Вместо этого мы описываем, в какой степени одно напряжение совпадает или не совпадает с другим по фазе: т.е. по сдвигу по времени между двумя сигналами. Мы никогда не описываем переменное напряжение как отрицательное по знаку, потому что возможность полярной записи позволяет векторам указывать в противоположных направлениях.

Если одно переменное напряжение прямо противоположно другому переменному напряжению, мы просто говорим, что одно напряжение на 180° не совпадает по фазе с другим.

Тем не менее, напряжение между двумя точками является относительным, и у нас есть выбор, как подключить прибор для измерения напряжения между этими двумя точками. Математический знак показаний вольтметра постоянного напряжения имеет значение только в контексте подключений его измерительных щупов: к какой клемме подключен красный щуп, а к какой клемме подключен черный щуп.

Кроме того, угол фазы переменного напряжения имеет значение только в контексте знания, какая из этих двух точек считаются «опорной». Поэтому, чтобы дать заявленному углу фазы точку отсчета, на схемах часто указываются обозначения полярности «+» и «-» на клеммах переменного напряжения.

Показания вольтметра при подключении измерительных щупов

Давайте рассмотрим эти принципы более наглядно. Во-первых, связь между подключением измерительных щупов со знаком на показаниях вольтметра при измерении постоянного напряжения:

Математический знак на дисплее цифрового вольтметра постоянного напряжения имеет значение только в контексте подключения его измерительных проводов. Рассмотрим возможность использования вольтметра постоянного напряжения для определения того, складываются ли два источника постоянного напряжения друг с другом или вычитаются друг из друга, предполагая, что на обоих источниках нет маркировки их полярности.

Использование вольтметра для измерения на первом источнике:

Рисунок 4 – Положительные (+) показания указывают, что черный – это (-), красный – это (+)

Этот результат первого измерения +24 на левом источнике напряжения говорит нам, что черный провод вольтметра действительно подключен к отрицательной клемме источника напряжения № 1, а красный провод вольтметра действительно подключен к положительной клемме. Таким образом, мы узнаем, что источник №1 – это батарея, включенная следующим образом:

Рисунок 5 – Полярность источника 24 В

Измерение другого неизвестного источника напряжения:

Рисунок 6 – Отрицательные (-) показания указывают, что черный – это (+), красный – это (-)

Второе измерение вольтметром показало отрицательные (-) 17 вольт, что говорит нам о том, что черный измерительный щуп на самом деле подключен к положительной клемме источника напряжения № 2, а красный измерительный провод подключен к отрицательной клемме. Таким образом, мы узнаем, что источник №2 – это батарея, включенная в противоположную сторону:

Рисунок 7 – Полярность источника 17 В

Для любого, знакомого с постоянным током, должно быть очевидно, что эти две батареи противодействуют друг другу. Противоположные напряжения, априори, вычитаются друг из друга, поэтому, чтобы получить общее напряжение на обоих батареях, мы вычитаем 17 вольт из 24 вольт и получаем 7 вольт.

Но мы могли бы изобразить два источника в виде невзрачных прямоугольников, помеченных точными значениями напряжений, полученными с помощью вольтметра, и маркировкой полярности, указывающей на положение измерительных щупов вольтметра:

Рисунок 8 – Показания вольтметра, как они отображались на нем

Важность маркировки полярности

Если мы позволим маркировке полярности определять наше решение, складывать или вычитать значения напряжения (независимо от того, представляют ли эти маркировки полярности истинную полярность или только положение измерительного провода вольтметра), и включим математические знаки этих значений напряжений в наши расчеты, результат всегда будет правильным.

Опять же, маркировка полярности служит ориентиром для размещения математических знаков значений напряжений в правильном контексте.

То же самое верно и для переменного напряжения, за исключением того, что математический знак заменяется углом фазы. Чтобы связать друг с другом несколько переменных напряжений с разными углами фазы, нам нужна маркировка полярности, чтобы обеспечить систему отсчета для углов фаз этих напряжений.

Возьмем, к примеру, следующую схему:

Рисунок 9 – Угол фазы заменяет знак ±

Маркировка полярности показывает, что эти два источника напряжения складываются друг с другом, поэтому для определения общего напряжения на резисторе мы должны сложить значения напряжения 10 В 0° и 6 В ∠ 45° вместе, чтобы получить 14,861 В 16,59 °.

Однако было бы вполне приемлемо представить 6-вольтовый источник как 6 В 225°, с обратной маркировкой полярности, и при этом получить такое же общее напряжение:

Рисунок 10 – Переключение проводов вольтметра на источнике 6 В изменяет угол фазы на 180°

6 В 45° с минусом слева и плюсом справа – это точно то же самое, что 6 В ∠ 225 ° с плюсом слева и минусом справа: изменение маркировки полярности идеально дополняет добавление 180° к значению угла фазы:

Рисунок 11 – Изменение полярности добавляет 180° к углу фазы

В отличие от источников постоянного напряжения, где полярность определяется символами из линий, у переменных напряжений нет собственного обозначения полярности. Следовательно, любые знаки полярности должны быть включены в качестве дополнительных символов на схему, и не существует единственного «правильного» способа их размещения.

Однако они должны коррелировать с заданными углами фаз, чтобы представлять истинное фазовое соотношение одного напряжения с другими напряжениями в цепи.

Источник

Как узнать полярность проводов: определить цвета где провод плюс а какой минус

Определение полярности проводов – важный навык, который необходим всем продвинутым пользователям техники и автолюбителям. Путаница с минусом и плюсом в лучшем случае приведет к некорректной работе устройства. В худшем – оно полностью выйдет из строя либо взорвется из-за перегрева аккумулятора. Однако такие последствия легко предотвратить, так как определить плюс и минус на проводах можно несколькими способами, в т. ч. без специального оборудования.

Описание полюсов

Когда электричество проходит через 2 точки, электроны распределяются неравномерно. На одном полюсе их больше, чем на другом. Та часть, на которой частиц больше, имеет отрицательный заряд. Полюс с меньшим количеством электронов считают «плюсом».

Основные способы для проверки полярности кабеля

Самый простой метод определить плюс и минус на проводе – это визуальный осмотр. В первую очередь оценивают наличие маркировки и цвет. Однако зрительный способ не всегда дает результат. Тогда проводят проверку с помощью специальных приборов. В крайнем случае допускается использование простой батарейки или лампы. Если под рукой нет ничего подходящего, можно проверить полярность картофелем или водой. Иногда заряд определяют компьютерным вентилятором.

Как понять зрительно, где плюс и минус

Иногда производители наносят на провода маркировку. Однако в большинстве случаев специальных обозначений на кабелях нет. Основным методом определения полярности проводов остается проверка цвета оплетки.

По маркировке

В редких случаях на проводе можно найти заводское обозначение в виде плюса или минуса. Однако чаще всего полярность в маркировке не указывается. Производители предпочитают использовать цветовые обозначения.

В основной маркировке перечисляют тип жил, их количество, сечение, рабочее назначение и т. д.

По цвету провода

Фазу, т. е. плюс, принято обозначать яркими цветами. Чаще всего это красный. Иногда используют оранжевые, фиолетовые и желтые оттенки.

Ноль, т. е. минус, маркируют белым, серым, черным или синим цветом. Однако возможны исключения в зависимости от страны-производителя. Например, в США и Канаде фазный проводник может быть черным. Зеленым цветом в большинстве случаев обозначают заземление. В таблице ниже приведены наиболее распространенные варианты в разных регионах.

Страна или регион	Цвета фазных проводников	Цвет нейтрального проводника	Цвет защитного проводника
США	Черный, коричневый, красный, фиолетовый, синий и желтый	Серый или серебристый	Зеленый
Канада	Красный, оранжевый, черный, коричневый, синий и желтый	Белый	Зеленый или без оплетки
Пакистан и Индия	Желтый, белый, красный и синий	Черный	Зеленый или желто-зеленый
Европа	Коричневый, черный и серый	Синий	Желто-зеленый
Норвегия	Черный, коричневый, белый и серый	Синий	Желто-зеленый, зеленый или без оплетки
СССР	Зеленый, желтый, красный	Синий	Желто-зеленый, редко – черный
Китай, Россия, Беларусь, Украина и Казахстан	Зеленый, желтый, красный	Синий	Желто-зеленый

Проверка с помощью специальных приборов и инструментов

Основное устройство для проверки полярности – мультиметр. В бытовых условиях проще воспользоваться индикаторной отверткой: она недорогая и удобная. Однако прибор не всегда корректно определяет заряд. Если никаких профессиональных инструментов при себе нет, а проверить полярность нужно срочно, можно воспользоваться лампой накаливания или батарейкой с динамиком.

Индикаторная отвертка

Для определения заряда нужно прикоснуться металлической частью отвертки к проводу или просто поднести ее к источнику напряжения.

Если светодиод загорелся, перед вами плюс. Отсутствие сигнала означает минус. Если провод отключен от сети или оборван, индикатор не будет светиться даже на фазе.

К ложным срабатываниям чаще всего приводит трение корпуса о сторонние поверхности, поэтому следует по возможности исключить этот фактор.

Мультиметр

Для проверки полярности мультиметр переводят в режим замера постоянного напряжения (до 20 В). Щуп подключают к гнезду COM, а красный провод – к разъему VmA. Последний выступает в качестве фазы. Щуп используют как минус.

После подключения провода проверяют щупами. Положительным результатом считается появление цифр на экране прибора. Если дисплей никак не реагирует на происходящее либо появляется знак минуса, значит, нужно поменять кабели местами. В некоторых моделях для индикации используют стрелки. Последняя смещается в противоположную сторону при неправильном подключении.

Лампа накаливания

Обычная батарейка

Для проверки понадобятся пальчиковая батарейка и динамик. Проверяемые провода по очереди подключают к разным концам. Их соединяют с динамиком на несколько секунд. Если диффузор двигается вверх, значит, провода подключены правильно. Небольшая просадка вниз свидетельствует о том, что нужно поменять кабели местами.

Народные методы определения полярности проводов

Для простой проверки заряда проводников можно использовать воду или картофель. Если вы боитесь за свою безопасность, возьмите старый компьютерный вентилятор. Большинство моделей недорогие, поэтому даже в случае ошибки вы почти ничего не теряете.

Стакан воды

Для определения полярности сделайте следующее:

Возле нулевого проводника начнется электролиз воды, сопровождающийся выделением водорода. Визуально вы увидите пузырьки. Рядом с фазой не будет происходить ничего необычного.

Картошка

Для проверки нужно взять картофелину и разрезать ее на 2 части. Чистить овощ необязательно. Отведите 2 провода от неизвестного источника питания и погрузите металлические концы в мякоть клубня. Оставьте конструкцию на 5-10 минут. Возле фазы вы обнаружите зеленовато-голубые пятна. Рядом с нулевым выводом образуется немного пены.

Компьютерный вентилятор

Способ с вентилятором используют в том случае, если напряжение не превышает 20 В. Высокие значения способны испортить устройство. При напряжении менее 3 В возможно полное отсутствие результата. Если значения выходят за указанные пределы, следует воспользоваться мультиметром.

Вентилятор при необходимости отсоединяют от компьютера и чистят. У устройства может быть 2 или 3 выхода. Третий провод есть у вентиляторов с датчиком оборотов. Его выход желтого цвета. Если он есть, игнорируйте его. В большинстве случаев фаза у вентиляторов красная, а ноль – черный. Соедините провода, подключив устройство к источнику тока. Если вы угадали, лопасти начнут крутиться. В ином случае поменяйте кабели местами.

Источник

AC/DC: что такое полярность тока

Для монтажа металлоизделий, ремонтных работ чаще применяют сварку постоянным током. Используя выпрямители, инверторы, можно менять полярность при сварке, регулировать зону максимального нагрева дуги. О нюансах прямого и обратного подключения полюсов стоит рассказать подробно: как подключают полюса, в каких случаях минус выводят на электрод, в чем особенность шва при прямой и обратной полярности.

Отличия в подключении

Все, кто пользовался аппаратами для электродуговой сварки, понимает, что речь пойдет о распределении полюсов между держателем и заготовкой. Полярность при сварке бывает двух типов:

Основное отличие сварки прямой и обратной полярности – локализация точки максимального разогрева. При прямой сильнее нагревается металл, при обратной – расходник. Способ подключения полюсов зависит от толщины и физических свойств металла.

Отличия в подключении прямой и обратной полярности

Как узнать где у конденсатора полярность

У большинства элементов принята боле-менее однообразная система маркировки полярности. Обозначение полярности конденсатора имеет несколько типов, которые нетрудно запомнить:

По внешнему виду

Как определить полярность конденсатора по внешнему виду? Наиболее просто это сделать для приборов с цилиндрическим корпусом, у которых выводы расположены на противоположных торцах (аксиальный тип корпуса). Даже если маркировка полностью стерта, то тот вывод, который присоединен напрямую к металлическому корпусу, имеет знак «минус».

Вывод, установленный на корпусе через изолятор (в данном месте обычно имеется утолщение или изменение формы корпуса) соответствует положительной полярности, то есть «плюс».

Аксиальная форма корпуса

Новые, не спаянные типы алюминиевых конструкций с ножками, расположенными в непосредственной близости друг к другу (радиальный корпус), имеют более длинный положительный вывод.

Иногда в старой аппаратуре можно встретить электролитические конденсаторы с одним выводом, которые крепятся к корпусу конструкции при помощи гайки. Здесь гайка – «минус», вывод «плюс».

Вам это будет интересно Перевод ватт в киловатты

Гаечное крепление

Еще реже попадаются элементы также с гаечным креплением, но с двумя выводами. Принцип маркировки во многом схож с предыдущим случаем, но здесь мы имеем дело со сдвоенным конденсатором, у которого общий «минус» находится на корпусе, а «плюс» расположен на выводах (каждый вывод соответствует отдельной емкости).