В электротехнике однофазная электрическая мощность (сокращенно 1φ ) — это распределение электроэнергии переменного тока с использованием системы, в которой все напряжения источника питания изменяются синхронно. Однофазное распределение используется, когда нагрузками являются в основном освещение и отопление, с небольшим количеством крупных электродвигателей. Однофазное питание, подключенное к электродвигателю переменного тока, не создает вращающегося магнитного поля; однофазным двигателям требуются дополнительные цепи для запуска (двигатель с конденсаторным пуском), и такие двигатели редко встречаются при мощности свыше 10 кВт.
Поскольку напряжение однофазной системы достигает пикового значения дважды за каждый цикл, мгновенная мощность не является постоянной.
Стандартные частоты однофазных энергосистем — 50 или 60 Гц . Специальные однофазные тяговые сети могут работать на частоте 16,67 Гц или других частотах для питания электрических железных дорог. [1]
Разработка однофазной передачи электроэнергии заняла много лет. Самые ранние разработки были основаны на ранних изобретениях генераторов переменного тока парижского ученого 19 века Ипполита Пикси , которые позже были расширены лордом Кельвином и другими в 1880-х годах. Первая полноценная система питания переменного тока, основанная на однофазном переменном токе, была создана Уильямом Стэнли при финансовой поддержке Вестингауза в 1886 году. В 1897 году начались эксперименты по однофазной передаче электроэнергии. [2]
В Северной Америке отдельные жилые дома и небольшие коммерческие здания с услугами до 100 кВА (417 ампер при 240 вольт) обычно имеют трехпроводное однофазное распределение, особенно в сельской местности, где нагрузки двигателей невелики и встречаются редко. В сельской местности, где нет трехфазного питания, фермеры или домохозяйства, желающие использовать трехфазные двигатели, могут установить фазовый преобразователь . Более крупные потребители, такие как большие здания, торговые центры, фабрики, офисные здания и многоквартирные дома, имеют трехфазное обслуживание. В густонаселенных районах городов используется сетевое распределение электроэнергии со многими клиентами и многими трансформаторами питания, подключенными для обеспечения сотен или тысяч киловольт-ампер, нагрузка сосредоточена на нескольких сотнях квадратных метров.
Системы высокой мощности, сотни киловольт-ампер или больше [ по мнению кого? ] , почти [ требуется дополнительное объяснение ] всегда [ когда? ] трехфазные. [ требуется цитата ] Самый большой источник питания, обычно [ требуется разъяснение ] доступный как однофазный, варьируется в зависимости от стандартов электроснабжающей организации. В Соединенном Королевстве однофазный источник питания для домохозяйств может быть рассчитан на 100 А или даже 125 А, что означает, что в домашних условиях или небольших коммерческих помещениях нет необходимости в трехфазном питании. Большая часть остальной Европы традиционно имела гораздо меньшие ограничения на размер однофазных источников питания, в результате чего даже дома снабжались трехфазным питанием (в городских районах с трехфазными сетями питания).
Если нагревательное оборудование, рассчитанное на 240-вольтовую систему, подключено к двум фазам 208-вольтовой сети, оно будет производить только 75% своего номинального нагревательного эффекта. Однофазные двигатели могут иметь отводы, позволяющие использовать их как при 208-вольтовой, так и при 240-вольтовой сети.
Однофазная нагрузка может питаться напрямую от трехфазного распределительного трансформатора двумя способами: путем соединения между одной фазой и нейтралью или путем соединения между двумя фазами. Эти два способа дают разные напряжения от заданного источника питания. Например, в трехфазной системе 120/208, которая распространена в Северной Америке, напряжение фаза-нейтраль составляет 120 вольт, а напряжение фаза-фаза составляет 208 вольт. Это позволяет подключать однофазное освещение фаза-нейтраль.
Однофазное питание может использоваться для электрических железных дорог ; крупнейший в мире однофазный генератор на АЭС Неккарвестхайм снабжал железнодорожную систему по выделенной тяговой сети .
Обычно третий проводник, называемый заземлением (или «защитным заземлением») (США) или защитным заземлением (Великобритания, Европа, IEC), используется в качестве защиты от поражения электрическим током и обычно проводит значительный ток только при возникновении неисправности в цепи. [1] Используется несколько различных систем заземления . В некоторых экстремальных сельских районах используется распределение с однопроводным возвратом через землю .
Иногда однофазный ток делится пополам на вторичной обмотке распределительного трансформатора для создания расщепленной фазы электроэнергии для бытовых приборов и освещения. [1]