Сила электрического тока - услуги электромонтажа, строительства и ремонта

Единицей измерения мощности является ватт (Вт), 1 Вт – это совершение “работы” в 1 джоуль за 1 секунду времени.

Содержание

Мощность источника электрического тока.

В быту часто используется термин “мощность электропитания”, или мощность, потребляемая бытовыми приборами и другими электрическими устройствами. Это особенно знакомо многим людям по обычной лампочке (лампе накаливания). Эти лампы различаются по мощности (50 Вт, 100 Вт, 150 Вт и т.д.) и, соответственно, по интенсивности света.

Чтобы получить представление о мощности источника питания или используемого прибора, мы посмотрим на номинал электрического тока.

Номинальная величина электрического тока

Мощность электрического тока – это отношение работы, которую он производит, к времени, за которое эта работа совершается.

Давайте теперь разложим это определение на составляющие. Давайте соберем простую электрическую цепь.

Как мы уже знаем, в единицу времени через цепь проходит определенное количество заряженных частиц – это мера тока, а для перемещения частиц используется сила – это напряжение тока – но помимо этого при движении совершается “работа”.

Здесь важно отметить, что “работа” в данном случае может быть разной. В проводнике это нагрев, т.е. электрическая энергия преобразуется в тепловую. В энергопотребляющем устройстве, т.е. нагрузке, это может быть освещение, отопление, вращающиеся двигатели и т.д.

Исходя из определения мощности тока, запишем формулу: P = W/t
P – мощность электрического тока (Вт)
W – работа электрического тока (Дж)
t – время протекания тока (с)

Эта формула нам не интересна. Нам нужно понять, как мощность связана с известными нам величинами – силой тока, напряжением тока и сопротивлением нагрузки.
Формула для определения силы тока в замкнутой цепи: P = UI

Таким образом, чем выше напряжение и ток в цепи, тем выше мощность тока. Я думаю, это понятно, потому что при большем токе больше частиц проходит через поперечное сечение проводника и заряжается, поэтому совершается больше “работы”. Аналогично с напряжением: больше сила, перемещающая частицы, – больше “работы”.

Также могут быть выведены различные формулы:

для определения силы тока через напряжение и сопротивление

Для определения силы тока через ток и сопротивление.

Мы уже объясняли, что такое сила электрического тока. Чтобы объяснить это подробнее, я рекомендую прочитать следующую статью. Здесь мы кратко излагаем основы радиотехники.

Техника двух ваттметров

Трехфазные цепи

Для новичков трехфазные цепи кажутся сложными, на самом деле это более элегантное техническое решение. Даже электричество подведено к дому по трем линиям. Внутри прихожей они разделены между квартирами. Еще более тревожно то, что в некоторых трехфазных приборах отсутствует заземляющий и нейтральный провод. На схемах показан изолированный нейтральный провод. Нет необходимости в нейтральном проводе, ток возвращается к источнику через фазные проводники. Конечно, нагрузка на каждый проводник увеличивается. В требованиях ПУЭ указывается тип электросети. Для трехфазных цепей вводятся следующие понятия, которые необходимо знать для правильного расчета мощности:

Трехфазная цепь с изолированным нейтральным проводником.

Фазное напряжение, ток – это разность потенциалов и скорость перемещения заряда между фазным и нейтральным проводником соответственно. Предполагается, что в приведенном выше полностью изолированном случае формулы не будут действительны. Поскольку нейтральной стороны нет.
Напряжение сети, ток – это соответственно разность потенциалов или скорость перемещения заряда между любыми двумя фазами. Цифры понятны из контекста. Когда вы говорите о 400-вольтовой сети, вы имеете в виду три провода, разность потенциалов с нейтралью составляет 230 вольт. Напряжение сети выше, чем фазное напряжение.

Между напряжением и током существует сдвиг фаз. О чем школьная физика умалчивает. Фазы совпадают, если нагрузка активна на 100% (простые резисторы). В противном случае происходит сдвиг. В индуктивности ток отстает от напряжения на 90 градусов, а в емкости ток ускоряется. Простую истину можно легко запомнить следующим образом (плавное приближение к реактивной мощности). Размерная часть индуктивного сопротивления равна jωL, где ω – круговая частота, равная обычной частоте (в Гц), умноженной на 2 числа Pi; j – оператор, обозначающий направление вектора. Теперь мы запишем закон Ома: U = I R = I jωL.

Из уравнения следует, что при построении графика напряжение должно быть наклонено на 90 градусов вверх, ток останется на оси абсцисс (горизонтальной оси X). Вращение, согласно принципам радиотехники, происходит против часовой стрелки. Теперь факт очевиден: ток отклоняется на 90 градусов. По аналогии проведем сравнение для конденсатора. Сопротивление для переменного тока в воображаемой форме выглядит следующим образом: -j/ωL, знак означает, что напряжение должно быть отложено вниз, перпендикулярно оси абсцисс. Поэтому ток направлен по фазе на 90 градусов вперед.

На самом деле, параллельно мнимой части, существует реальная часть – называемая активным сопротивлением. Провод катушки представлен резистором, будучи намотанным, он приобретает индуктивные свойства. Поэтому фактический фазовый угол будет не 90 градусов, а немного меньше.

И теперь мы можем перейти к формулам для мощности тока трехфазных цепей. Здесь линия создает фазовый сдвиг. Между напряжением и током, а также по отношению к другой линии. Верно, вы не можете осознать этот факт без тщательно оговоренного авторами знания. Между линиями промышленной трехфазной сети смещение составляет 120 градусов (полный оборот – 360 градусов). Он обеспечивает равномерность вращения поля в двигателях, для обычных потребителей он безразличен. Это более удобно для гидроэлектрогенераторов – нагрузка сбалансирована. Смещение происходит между линиями, в каждой линии ток опережает или отстает от напряжения:

Если линия симметрична, то смещения между любыми фазами тока равны 120 градусам, формула предельно проста. Но! Если нагрузка симметрична. Давайте посмотрим на картину: фаза ph не равна 120 градусам, что характеризует смещение между напряжением и током каждой линии. Предположим, вы включили двигатель с тремя одинаковыми обмотками, вот результат. Если нагрузка несимметрична, выполните расчеты для каждой линии отдельно, а затем сложите результаты вместе, чтобы получить общую мощность тока.
Вторая группа формул приведена для трехфазных цепей с изолированным нейтральным проводником. Предполагается, что ток одной линии протекает через другую. Нейтральный цвет является избыточным. Поэтому напряжения являются не фазными напряжениями (от которых нечего отсчитывать), как в предыдущей формуле, а линейными напряжениями. Соответственно, цифры указывают, какой параметр следует учитывать. Не беспокойтесь о греческих буквах – фаза между двумя параметрами должна быть перемножена. Числа меняются местами (1,2 или 2,1), чтобы правильно учесть знак.
В несимметричной цепи фазные напряжения, токи появляются снова. Здесь расчет производится отдельно для каждой линии. Вариаций не существует.

Формулы для текущих мощностей

Если данные величины выразить в виде векторов, то образуется треугольник. Длина сторон будет соответствовать потребляемой мощности компонента. Для расчета используется угол между полной мощностью (Ppol) и активной мощностью (ϕ). Общая формула такова:

Мгновенная электрическая мощность

Эффективность источника тока

В соответствии со своим названием, значение этого параметра определяется мгновенными значениями измеряемых величин. Основное определение можно рассмотреть, рассматривая движение единичного элементарного заряда (q), которое происходит за время Δt. Для совершения работы необходим электрический ток PF1-F2 = U/ Δt или (U/ Δt) * q = U * (q/ Δt) при учете движущегося заряда. Поскольку согласно стандартному определению ток равен заряду, который перемещается из F1 в F2 (I = q/ Δt), легко вывести окончательную формулу:

Предполагая, что временной интервал бесконечен, можно вывести соответствующее определение мощности для участка цепи:

Аналогичные выводы сделаны и для соответствующих значений сопротивления:

P (t) = (I (t))2 * R = (U (t))2/ R.

В качестве напоминания. Из последних формул видно, что сопротивление не зависит от времени.

Внешняя цепь может быть не только проводником с сопротивлением R но и какое-либо устройство, потребляющее ток, например, двигатель постоянного тока. Затем R следует рассматривать как эквивалентное сопротивление нагрузки. Энергия, выделяемая во внешней цепи, может быть частично или полностью преобразована в тепло, а также в другие формы энергии, например, в механическую работу, выполняемую электродвигателем. Поэтому тема использования энергии из сети имеет большое практическое значение.

Эффективность источника питания

Полная мощность источника (или работа, производимая внешними силами в единицу времени) равна

P i s t = δ I = δ 2 R + r

Внешний контур излучает энергию:

P = R I 2 = δ I – r I 2 = δ 2 R ( R + r ) 2

Соотношение η = P P i s t = 1 – r δ I = R R + r , называется коэффициент полезного действия источники.

На рисунке 1 . 11 . 1 показана зависимость мощности источника P i s t , полезной мощности P который излучается во внешней цепи, и КПД η тока цепи I для источника с электродвижущей силой δ и внутренним сопротивлением r . Ток в цепи может изменяться от I = 0 (при R = ∞ ) до I = I до r = δ r (при R = 0 ).

Рисунок 1 . 11 . 1 . Зависимость мощности источника P i s t , мощности внешней цепи P и КПД источника η от тока.

Из приведенных графиков следует, что максимальная мощность во внешней цепи P m a x , равная P m a x = δ 2 4 r , может быть достигнута при R = r . Ток в цепи равен I m a x = 1 2 I k r = δ 2 r ; КПД источника равен 50% . Максимальная эффективность будет достигнута, когда I → 0, т.е. когда R → ∞ . В случае короткого замыкания полезная мощность P = 0 и вся мощность будет выделяться внутри источника, что, вероятно, приведет к перегреву и разрушению источника. Тогда эффективность источника упадет до нуля.

P = P_{полезная продукция} / КПД = 3000/0,8 = 3750 Вт

Эта величина связана одновременно с несколькими физическими параметрами. Напряжение – это работа, необходимая для перемещения 1 кулона. Сила относится к количеству кулонов, которые перемещаются за 1 секунду. Если вы умножите силу тока на напряжение, вы получите результат работы в секунду. Для расчета мощности электрического тока несложно вывести формулу.

Это P = A / t = I x U и уравнение выглядит следующим образом:

P – мощность тока в ваттах (Вт);
A – это работа тока на данном участке цепи в джоулях (Дж);
t – время, за которое была совершена работа (в секундах);
U – электрическое напряжение для данного участка цепи в вольтах (В);
I – сила в амперах (A).

Из приведенной выше формулы следует, что в этом пучке зависимость мощности от напряжения и тока одинакова. Один из них может быть выше и таким образом компенсировать другой для обеспечения сильного электрического тока. Эта особенность обеспечивает передачу электроэнергии на большие расстояния. Он обрабатывается управляющими трансформаторами на подстанциях.

Правильное подключение имеет решающее значение для соблюдения правил безопасности при эксплуатации электросети и во избежание пожаров. Это может произойти при неправильном выборе проводки. Для измерения следует использовать специальные приборы, но это не всегда возможно.

Определение мощности переменного тока

Использование амперметра;
по формуле P= U x I, используя значение на данный момент времени;
Используя формулу P= U x I x cos φ, если происходит сдвиг фаз.

Символ φ обозначает коэффициент мощности. Если к сети подключены только осветительные или нагревательные приборы, это значение равно 1, для более сложных и мощных приборов промышленного типа – 0,8. Формула для расчета мощности через сопротивление в сети постоянного тока – P = IU.

От чего зависит сила тока?

Электрический ток и напряжение – два основных компонента, составляющих это число. Практически это можно легко объяснить на примере маленькой лампочки, которая потребляет ток 1 А при напряжении 1 В. Его мощность составит 1 Вт.

Более реалистичный пример – Количество потребленной электроэнергии рассчитывается по формуле W=IUt, где t – время работы. Чем он выше, тем больше расход электроэнергии и тем больше счет за электроэнергию в вашем счете за коммунальные услуги.

Как можно узнать силу тока, если известны мощность и напряжение?

Чтобы узнать, как определить силу тока, разделите электрическое напряжение на общее количество ватт. Вы можете сделать все необходимые расчеты самостоятельно или воспользоваться специальным онлайн-калькулятором.

Вычисление ампер и ватт

Потребляемую мощность резистора можно определить, умножив номинал резистора в амперах на его сопротивление, выраженное в омах. Результатом будет значение, выраженное в вольтах, умноженное на Ом. В результате получается ампер.

Обратите внимание! Если сопротивления нет, разделите показания мощности на энергию тока, т.е. разделите ватты на амперы, и вы получите значение тока в вольтах. Понять значение мощности по значению электричества с электрическим напряжением путем перемножения соответствующих показаний прибора.

Расчет электрической энергии с использованием электрической мощности и электрического напряжения

Расчет входной мощности

Электрическая мощность – это величина, которая отвечает за изменение или передачу электроэнергии. Должна быть общая и активная силовая нагрузка, а также активная и пассивная силовая нагрузка. Сумма рассчитывается следующим образом: S = √ (P2 + Q2), где P – активная часть, а Q – реактивная часть. Для определения потребляемой мощности необходимо знать количество электрических токов, потребляемых нагрузкой, и напряжение питания, обеспечиваемое источником.

Чтобы определить потребление электроэнергии в быту, рассчитайте общее количество ватт, подаваемых на электроприборы, и номинальный электрический ток котла. Как правило, все электроприборы работают на переменном токе с напряжением 220 вольт. Самый простой способ рассчитать силу тока – использовать амперметр. Зная первый и второй параметр, реально узнать количество потребленной энергии.

Стоит отметить, что измерить мощность с помощью напряжения или рассчитать мощность из сопротивления и напряжения можно не только с помощью формулы, но и с помощью прибора. Вы можете использовать мультиметр с клеммником или специализированный ваттметр.

Обратите внимание! Оба устройства работают по одному и тому же принципу, как указано в их инструкциях по эксплуатации.

Расчет потребления энергии

Мощность, ток и напряжение – это три компонента для расчета электропроводки дома. С помощью приведенных выше формул легко найти все необходимые параметры любой сети. От этих значений зависит правильная работа всех бытовых электроустановок и безопасность их владельца.

Ppoln = √((Pact)2 + (Preact)2).

Какая формула используется для расчета

Вычисление тока из силы постоянного тока и напряжения

Чтобы рассчитать ток I (current), разделите значение U (voltage) на значение сопротивления.

Расчет тока на основе мощности и напряжения:

Измеряется в амперах.

Для этого случая электрическая мощность P (активная мощность) может быть рассчитана как произведение электрической мощности I и значения U.

Формула для расчета мощности с использованием тока и напряжения:

Все компоненты в этих двух формулах характерны для постоянного тока и называются активными.

Из этих двух формул можно вывести еще две формулы, по которым можно определить P:

Однофазные нагрузки

В однофазных сетях переменного тока необходимо рассчитать нагрузки P и Q отдельно, а затем сложить их с помощью векторного исчисления.

В скалярной форме это будет выглядеть следующим образом:

В результате вычисления P, Q, S принимают форму правильного треугольника. Два катета этого треугольника представляют собой компоненты P и Q, а антипараллель – их алгебраическую сумму.

S измеряется в вольт-амперах (ВА), Q – в вольт-амперах-реактивах (VAR), P – в ваттах (Вт).

Зная значения катетов для треугольников, можно рассчитать коэффициент мощности (cos φ). Как это сделать, показано на рисунке треугольника.

Расчеты в трехфазной сети

Переменный I (ток) отличается от постоянного тока по всем параметрам, особенно наличием нескольких фаз. Расчет P в трехфазной нагрузке необходим для правильного определения характеристик подключенной нагрузки. Трехфазные цепи широко используются из-за простоты использования и низкой стоимости материалов.

Трехфазные цепи могут быть соединены двумя способами – звездой и треугольником. На всех диаграммах фазы обозначены символами A, B, C. Нейтральный проводник обозначается символом N.

При соединении звездой существует два типа U (напряжения) – фазное и линейное. Фазный U определяется как U между фазным и нейтральным проводником. Линия U определяется как U между двумя фазами.

Эти два U связаны отношением:

Линейный и фазный электрические токи в соединении “звезда” равны друг другу: IL = IF

Конструктивная форма S в звездообразном соединении:

S = SA + SB + SC = 3 × U × I

P = 3 × Uf × If × cosφ

Q = √3 × Uf × If × sinφ.

В треугольном соединении фаза и линия U равны друг другу: UL = UF

Линейный I в дельта-соединении задается формулой:

Формулы для мощности электрического тока в соединении треугольником:

S = 3 × Sf = √3 × Uf × If;
P = √3 × Uf × If × cosφ;
Q = √3 × Uf × If × sinφ.

Среднее значение P в активной нагрузке

В электрических сетях P измеряется с помощью специального прибора – ваттметра. Схемы подключения зависят от способа подключения нагрузки.

При симметричной нагрузке P измеряется в одной фазе, а результат умножается на три. В случае несимметричной нагрузки для измерения потребуется три устройства.

P-параметры сети или установки являются важными данными электроприбора. Данные о потреблении Р активного типа передаются за определенный период времени, т.е. передается среднее потребление Р за расчетный период.

Читайте далее: