В электротехнике однофазная электроэнергия (сокращенно 1φ ) — это распределение электроэнергии переменного тока с использованием системы, в которой все напряжения питания изменяются синхронно. Однофазное распределение используется, когда нагрузка в основном связана с освещением и отоплением, с небольшим количеством мощных электродвигателей. Однофазный источник питания, подключенный к электродвигателю переменного тока , не создает вращающегося магнитного поля; однофазным двигателям необходимы дополнительные цепи для запуска (двигатель с конденсаторным пуском), и такие двигатели редко встречаются с номинальной мощностью выше 10 кВт.
Поскольку напряжение однофазной системы достигает пикового значения дважды за каждый цикл, мгновенная мощность не является постоянной.
Стандартные частоты однофазных энергосистем составляют 50 или 60 Гц . Специальные однофазные тяговые сети могут работать на частоте 16,67 Гц или других частотах для питания электрических железных дорог. [1]
На разработку однофазной передачи электроэнергии ушло много лет. Самые ранние разработки были основаны на ранних изобретениях генератора переменного тока парижского ученого 19-го века Ипполита Пикси , которые позже были расширены лордом Кельвином и другими в 1880-х годах. Первая система питания переменного тока, основанная на однофазном переменном токе, была создана Уильямом Стэнли при финансовой поддержке Westinghouse в 1886 году. В 1897 году начались эксперименты по однофазной передаче энергии. [2]
В Северной Америке отдельные жилые дома и небольшие коммерческие здания с мощностью примерно до 100 кВА (417 ампер при 240 вольт) обычно имеют трехпроводное однофазное распределение, особенно в сельской местности, где нагрузки двигателя невелики и редки. В сельской местности, где нет трехфазного питания, фермеры или домашние хозяйства, желающие использовать трехфазные двигатели, могут установить фазовый преобразователь . Более крупные потребители, такие как большие здания, торговые центры, фабрики, офисные здания и многоквартирные жилые дома, будут иметь трехфазное обслуживание. В густонаселенных районах городов используется сетевое распределение электроэнергии со многими потребителями и множеством питающих трансформаторов, подключенных для обеспечения сотен или тысяч кВА, причем нагрузка сосредоточена на площади в несколько сотен квадратных метров.
Системы большой мощности, скажем, сотни кВА или больше, почти всегда являются трехфазными. Максимальный источник питания, обычно доступный как однофазный, варьируется в зависимости от стандартов электроэнергетической компании. В Соединенном Королевстве однофазное бытовое электроснабжение может иметь номинал 100 А или даже 125 А, а это означает, что потребность в трехфазном питании в домашнем или небольшом коммерческом помещении невелика. В большей части остальной Европы традиционно существовали гораздо меньшие ограничения на размер однофазного электроснабжения, в результате чего даже дома снабжались трехфазным напряжением (в городских районах с трехфазными сетями электроснабжения).
Если отопительное оборудование, рассчитанное на систему напряжением 240 В, подключить к двум фазам сети напряжением 208 В, оно будет производить только 75 % номинального теплового эффекта. Однофазные двигатели могут иметь отводы, позволяющие использовать их с напряжением 208 или 240 В.
Однофазную нагрузку можно питать непосредственно от трехфазного распределительного трансформатора двумя способами: путем соединения одной фазы с нейтралью или путем соединения между двумя фазами. Эти два источника дают разное напряжение. Например, в трехфазной системе 120/208, распространенной в Северной Америке, напряжение между фазой и нейтралью составляет 120 вольт, а междуфазное напряжение — 208 вольт. Это позволяет подключать однофазное освещение между фазой и нейтралью.
Однофазная мощность может использоваться для электрических железных дорог ; Самый большой однофазный генератор в мире на атомной электростанции Неккарвестхайм снабжал железнодорожную систему выделенной тяговой электросетью .
Обычно третий проводник, называемый землей (или «защитным заземлением») (США) или защитным заземлением (Великобритания, Европа, IEC), используется для защиты от поражения электрическим током и обычно пропускает значительный ток только при возникновении неисправности в цепи. [1] Используются несколько различных систем заземления . В некоторых крайних сельских районах применяется однопроводное распределение заземления .
Однофазный ток иногда делится пополам на распределительном трансформаторе на вторичной обмотке, чтобы создать разделенную фазу электроэнергии для бытовых приборов и освещения. [1]