Мощность электрического тока

Какая стандартная потребляемая ее мощность

Чтобы рассчитать электрическую мощность, потребляемую квартирой или частным домом, нужно учесть потребление энергии всеми используемыми электроприборами. Это удобно делать в два этапа:

1. Рассмотреть все те приборы, которым необходимо питание, использующее три фазы.
2. Просуммировать потребляемую мощность однофазных устройств.

Искомые значения можно взять либо из техпаспорта электроприбора, либо из технического справочника. При необходимости эту величину можно рассчитывать на основе сделанных измерений. В реальной жизни устройства практически никогда не включаются одновременно.

Обратите внимание! Знание предельной величины потребляемой энергии позволит правильно организовать электроснабжение дома или квартиры. На основе полученных данных можно, используя формулы мощности, вычислить, какова предельно допустимая сила тока в трехфазной сети, которую должна выдерживать электропроводка

Это позволит правильно подобрать предохранители и используемые во внутренней электросети провода

На основе полученных данных можно, используя формулы мощности, вычислить, какова предельно допустимая сила тока в трехфазной сети, которую должна выдерживать электропроводка. Это позволит правильно подобрать предохранители и используемые во внутренней электросети провода.

Принцип действия трехфазного генератора

Оборудование для защиты сети от короткого замыкания

Вы уже знаете, как посчитать амперы, зная мощность и напряжение, или вычислить мощность, когда известны сила тока и напряжение. Но иногда даже точные и верные расчеты не спасают от короткого замыкания. ЧП может случиться на трехфазной линии по не зависящим от пользователя причинам: попадание постороннего объекта на провода, обрыв из-за падения дерева. В таком случае даже если вы максимально правильно рассчитали силу тока по мощности и в вашем доме самая идеальная проводка, возможен пожар или выход электроприборов из строя. Защитить свою сеть можно следующими способами:

• поставить плавкий предохранитель. Если амперы в электроцепи превысят допустимые значения, то предохранитель расплавится, цепь будет нарушена. Цена плавкого предохранителя – 400-600 рублей. Выбирайте товар отечественного производства, рассчитанный на работу с нашими электросетями;
• установить автоматический выключатель. Это современное оборудование, которое надежно защищает бытовые приборы от преждевременного выхода из строя вследствие проблемы с проводами. Стоит от 200 до 2 тысяч рублей. Сработает за секунды в отличие от плавкого предохранителя, которому на размыкание потребуется примерно полминуты. При подключении изучите подробную информацию о маркировках проводов.

Автоматический выключатель тока защитит бытовую технику от поломок из-за короткого замыкания сети

О защите от короткого замыкания — в видео:

Общие сведения

Новички очень часто путают электрический ток и его силу. Первым является движение заряженных частиц или носителей заряда, на которые действует электромагнитное поле в некотором направлении. Сразу следует отметить, что ток является векторной величиной, поскольку имеет направление. Заряженные частицы могут быть различные, а не только электроны.

В генерации электромагнитного поля принимают «участие» протоны и нейтроны. В полупроводниках носителями зарядов являются дырки. В электролитах (растворов, проводящих электроток) и газах — ионы.

Определение силы тока: количество электричества Q, протекающее через поперечное сечение S проводника любого типа (проводник или полупроводник) за определенную единицу времени t (берется величина, равная 1 секунде). Q — величина, характеризующая количество одиночных носителей заряда, протекающих через проводник за некоторое время.

Единица измерения

Обозначение силы тока зависит от его типа. Он бывает постоянным и переменным, которые отличаются направлением и частотой. В первом случае записывается прописной буквой I. Он имеет только одно направление. Во втором — i. Кроме того, он постоянно меняет направление с частотой, которая определяется по некоторому закону. Например, в жилых помещениях она составляет 50 Гц.

Единица силы тока равна одному амперу (А). Физический смысл 1 А следующий: неизменяющийся ток, проходящий по двум проводникам, длина которых стремится к бесконечности и площади поперечного сечения, стремящейся к 0, расположенных в безвоздушном пространстве (вакууме) на расстоянии 1 м и вызывающий силу взаимодействия между ними, равную 20 мкН. Приставка «мк» означает, что число 20 следует умножить на 10^(-6).

Начинающему радиотехнику следует ознакомиться с кратными величинами, поскольку не всегда используется А. В электронике, радиотехнике и промышленности применяются его производные величины (в технических справочниках есть специальные таблицы):

1. Тераампер (ТА): 1 ТА = 10 12 А.
2. Гигаампер (ГА): 1 ГА = 10 9 А.
3. Мегаампер (МА): 1 МА = 10 6 А.
4. Килоампер кА (1 кА = 10 3 А) используется в различной промышленности. Например, распределительные станции для шахтного оборудования.
5. Миллиампер мА: 1 мА = 10^(-3) А = 0,001 А.
6. Микроампер мкА: 1 мкА = 10^(-6) А.

Первые три применяются в атомной и силовой энергетике. Электростанции являются очень мощными источниками электричества, и генерируют огромные значения тока. Вторую приставку используют для расчетов в некоторых отраслях металлообрабатывающей и угледобывающей промышленностях. Например, для расчета распределительных станций, которые питают мощное шахтное оборудование.

Подключение амперметра

Значение тока можно получить двумя методами. Первый из них является практическим. Измерение значения выполняется при помощи прибора, который называется амперметром. Он подключается в цепь последовательно с нагрузкой (рис. 1).

Рисунок 1. Схема подключения амперметра в простейшем блоке питания

На рис. 1 амперметр подключается последовательно к нагрузке «Н». Если включить блок питания в сеть без нее, то показание стрелки прибора будет незначительным, поскольку диодный мост потребляет малое количество электроэнергии, и является вторичным источником питания. Конденсаторы сглаживают пульсации тока, т. е. делают из него постоянный ток без колебаний и паразитарных частот.

Алгоритм перевода

Во время вычислений следует переводить значения некоторых величин в систему, которая является удобной. Однако сделать это без ошибок иногда не получается, поскольку новички не придерживаются некоторых правил. Специалисты предлагают специальный алгоритм, позволяющий правильно осуществлять эту операцию:

1. Записать исходную величину.
2. Умножить на значение приставки, представленное в экспоненциальной форме (например, 1 мкА = 1 * 10^(-6)).
3. Записать результат.

Далее следует разобрать алгоритм перевода на практическом примере. Пусть нужно перевести 1200 мкА в амперы. Если воспользоваться вышеописанным алгоритмом, то получится такой результат:

1. 1200 мкА (1 мк = 10^(-6)).
2. Умножение: 1200 * 10^(-6) = 12 * 10^2 * 10^(-6) = 12 * 10^(2 — 6) = 12 * 10^(-4).
3. Результат: 12 * 10^(-4).

Следует отметить, что представление приставки в экспоненциальной форме является удобной записью, поскольку экономит время (проще набрать на калькуляторе 12, а не 0,0012). Кроме того, перевод может сыграть важную роль при расчетах. Необходимо всегда соблюдать размерность величин.

Закон Ома для цепи

Закон Ома для участка цепи, безусловно, можно описать известной из школьного курса физики формулой: I=U/R, но некоторые изменения и уточнения внести, думаю, стоит. Возьмем замкнутую электрическую цепь и рассмотрим ее участок между точками 1-2. Для простоты я взял участок электрической цепи, не содержащий источников ЭДС (Е).

Итак, закон Ома для рассматриваемого участка цепи имеет вид:

φ1-φ2=I*R, где

• I – ток, протекающий по участку цепи.
• R – сопротивление этого участка.
• φ1-φ2 – разность потенциалов между точками 1-2.

Если учесть, что разность потенциалов это напряжение, то приходим к производной формулы закона Ома, которая приведена в начале страницы: U=I*R. Это формула закона Ома для пассивного участка цепи (не содержащего источников электроэнергии). 

В неразветвленной электрической цепи (рис.2) сила тока во всех участках одинакова, а напряжение на любом участке определяется его сопротивлением:

• U1=I*R1
• U2=I*R2
• Un=I*Rn
• U=I*(R1+R2+…+Rn

Отсюда можно получить формулы, которые пригодятся при практических вычислениях. Например:

U=U1+U2+…+Un или U1/U2/…/Un=R1/R2/…/Rn

Расчет сложных (разветвленных) цепей осуществляется с помощью законов Кирхгофа.

Закон Ома для участка цепи.

Для ЭДС

Перед тем как рассмотреть закон Ома для полной (замкнутой) цепи приведу правило знаков для ЭДС, которое гласит:Если внутри источника ЭДС ток идет от катода (-) к аноду (+) (направление напряженности поля сторонних сил совпадает с направлением тока в цепи, то ЭДС такого источника считается положительной. В противном случае – ЭДС считается отрицательной.

Практическим применением этого правила является возможность приведения нескольких источников ЭДС в цепи к одному с величиной E=E1+E2+…+En, естественно, с учетом знаков, определяемых по вышеприведенному правилу. Например (рис.3.3) E=E1+E2-E3. При отсутствии встречно включенного источника E3 (на практике так почти никогда не бывает) имеем широко распространенное последовательное включение элементов питания, при котором их напряжения суммируются.

Для полной цепи

Закон Ома для полной цепи – его еще можно назвать закон ома для замкнутой цепи, имеет вид I=E/(R+r). Приведенная формула закона Ома содержит обозначение r, которое еще не упоминалось. Это внутреннее сопротивление источника ЭДС. Оно достаточно мало, в большинстве случаев при практических расчетах им можно пренебречь (при условии, что R>>r – сопротивление цепи много больше внутреннего сопротивления источника). Однако, когда они соизмеримы, пренебрегать величиной r нельзя.

Как вариант можно рассмотреть случай, при котором R=0 (короткое замыкание). Тогда приведенная формула закона Ома для полной цепи примет вид: I=E/r, то есть величина внутреннего сопротивления будет определять ток короткого замыкания. Такая ситуация вполне может быть реальной. Закон Ома рассмотрен здесь достаточно бегло, но приведенных формул достаточно для проведения большинства расчетов, примеры которых, по мере размещения других материалов я буду приводить.

Полноценную цепь составляет уже участок (участки), а также источник ЭДС. То есть, фактически к существующему резистивному компоненту участка цепи добавляется внутреннее сопротивление источника ЭДС. Поэтому логичным является некоторое изменение выше рассмотренной формулы:

I = U / (R + r)

Конечно, значение внутреннего сопротивления ЭДС в законе Ома для полной электрической цепи можно считать ничтожно малым, правда во многом это значение сопротивления зависит от структуры источника ЭДС. Тем не менее, при расчетах сложных электронных схем, электрических цепей с множеством проводников, наличие дополнительного сопротивления является важным фактором.

Как для участка цепи, так и для полной схемы следует учитывать естественный момент – использование тока постоянной или переменной величины. Если отмеченные выше моменты, характерные для закона Ома, рассматривались с точки зрения использования постоянного тока, соответственно с переменным током всё выглядит несколько иначе.

Сложные цепи с несколькими источниками тока

В замкнутой цепи может быть не один источник тока.

В этом случае полная ЭДС цепи равна алгебраической сумме ЭДС источников. В цепи произвольно выбирается направление обхода, и если источник вызывает ток в этом направлении, его ЭДС считается положительной, а иначе – отрицательной. Сопротивление не имеет направления, а поэтому внешние и внутренние сопротивления всегда суммируются.

В реальных сложных электрических цепях может быть много разветвлений и контуров, причем, источники тока могут находиться в различных местах. Для определения токов на всех ветвях цепи используются системы уравнений, построенные на основе специальных правил (законов) Кирхгофа.

Рис. 3. Сложные цепи и законы Кирхгофа.

Что мы узнали?

Реальные источники тока обладают внутренним сопротивлением. Согласно Закону Ома для полной цепи, ток в замкнутой цепи равен отношению ЭДС источника тока к сумме сопротивления цепи и внутреннего сопротивления источника. Если в простой цепи несколько источников ЭДС, то общая ЭДС равна алгебраической сумме ЭДС источников. Для сложных цепей используются системы уравнений на основе правил Кирхгофа.

Тест по теме

1. Вопрос 1 из 10

Начать тест(новая вкладка)

Таблица перевода Ампер – Ватт

Для перевода ватт в амперы необходимо воспользоваться предыдущей формулой, развернув её. Чтобы вычислить ток, необходимо разделить мощность на напряжение: I = P/U. В следующей таблице представлена сила тока для приборов с различным напряжением — 6, 12, 24, 220 и 380 вольт.

Таблица соотношения ампер и ватт, в зависимости от напряжения.

Используя таблицу также легко определить мощность, если известны напряжение и сила тока. Это пригодится не только для расчёта потребляемой энергии, но и для выбора специальной техники, отвечающей за бесперебойную работу или предотвращающей перегрев.

Электрическое напряжение: определение, формулы и как измеряется

В данной статье мы подробно разберем что такое напряжение, как просто его представить и измерить.

Определение

Напряжение — это электродвижущая сила, которая толкает свободные электроны от одного атома к другому в том же направлении.

В первые дни электричества напряжение было известно как электродвижущая сила (ЭДС). Именно поэтому в уравнениях, таких как закон Ома, напряжение представлено символом Е.

Алессандро Вольта

Единицей электрического потенциала является вольт, названный в честь Алессандро Вольта, итальянского физика, жившего между 1745 и 1827 годами.

Алессандро Вольта был одним из пионеров динамического электричества. Исследуя основные свойства электричества, он изобрел первую батарею и углубил понимание электричества.

Представление напряжения

Легче всего понять напряжении, представив давлении в трубе. При более высоком напряжении (давлении) будет течь более сильный ток

Хотя важно понимать, что напряжение (давление) может существовать без тока (потока), но ток не может существовать без напряжения (давления)

Напряжение часто называют разностью потенциалов, потому что между любыми двумя точками в цепи будет существовать разница в потенциальной энергии электронов. Когда электроны протекают через батарею, их потенциальная энергия увеличивается, но когда они протекают через лампочку, их потенциальная энергия будет уменьшаться, эта энергия покинет цепь в виде света и тепла.

Возьмите, например, обычную 1,5-вольтовую батарею AA, между двумя клеммами (+ и -) есть разность потенциалов 1,5 Вольт.

Напряжение =

1 вольт = 1 джоуль на кулон

100 вольт = 100 джоулей на кулон

1 кулон = 6 200 000 000 000 000 000 электронов (6,2 × 10 18 )

В чем измеряется напряжение

Мы измеряем напряжение в единицах «Вольт», которые обычно обозначаются просто буквой «V» на чертежах и технической литературе. Часто необходимо количественно определить величину напряжения, это делается в соответствии с единицами СИ, наиболее распространенные величины напряжения, которые вы увидите:

• мегавольт (мВ)
• киловольт (кВ)
• вольт (В)
• милливольт (мВ)
• микровольт (мкВ)

Напряжение всегда измеряется в двух точках с помощью устройства, называемого вольтметром. Вольтметры являются либо цифровыми, либо аналоговыми, причем последний является наиболее точным.

Вольтметры обычно встроены в портативные цифровые мультиметровые устройства, как показано ниже, они являются распространенным и часто важным инструментом для любого электрика или инженера-электрика.

Обычно вы найдете аналоговые вольтметры на старых электрических панелях, таких как распределительные щиты и генераторы, но почти все новое оборудование будет поставляться с цифровыми счетчиками в качестве стандарта.Портативный цифровой мультиметр с функцией вольтметра

На электрических схемах вы увидите устройства вольтметра, обозначенные буквой V внутри круга, как показано ниже:

Расчет напряжения

В электрических цепях напряжение может быть рассчитано в соответствии с треугольником Ома. Чтобы найти напряжение (V), просто умножьте ток (I) на сопротивление (R).

Напряжение (V) = ток (I) * сопротивление (R)

V = I *R

Ток в цепи (I) = 10 А Сопротивление цепи (R) = 2 Ом

Напряжение (V) = 10 А * 2 Ом

Ответ: V = 20В

Резюме

• Напряжение — это сила, которая перемещает электроны от одного атома к другому
• Напряжение также известно как разность потенциалов
• Напряжение измеряется в единицах «вольт» (В)
• Батареи увеличивают потенциальную энергию электронов
• Лампочки и другие нагрузки уменьшают потенциальную энергию электронов
• Напряжение измеряется с помощью вольтметра
• Напряжение цепи можно рассчитать путем умножения тока и сопротивления

Таблица удельных сопротивлений проводников

Электрическое сопротивление (ρ) 1 метра провода, сечением 1 мм², при температуре 20 С°:

Сопротивление проводника определяется по формуле r = (ρ × l) / S, где:

• r — сопротивление проводника, Ом.
• ρ — удельное сопротивление проводника, Ом.
• l — длина проводника, м.
• S — сечение проводника, мм².

Аналогия с гидравликой

Слово ток имеет происхождение от слова течение. Соответственно, можно провести аналогию течения жидкости с электрическим током. Протекание жидкости возможно из одного места в другое, только если возникает сила, заставляющая ее сделать это. В самом простом случае — это разница уровней жидкости. То есть потенциальная энергия, заставляющая жидкое вещество течь от более высокого уровня к более низкому.

Аналогом разности уровней жидкости будет разность потенциалов или напряжение. Аналогом силы тока будет напор потока воды, создаваемый этой разностью уровней. Примеры потоков жидкости:

• Водопад.
• Поток, создаваемый водонапорной башней.
• Реки, текущие туда, где есть наклон территории.

Везде вода течет туда, где уровень меньше, а электроток — от большего напряжения к меньшему.

Измерение мощности

Измерение активной мощности в сетях производится с помощью ваттметра

В зависимости от схемы соединения нагрузки и его характера (симметричная или несимметричная) схемы подключения приборов могут разниться. Рассмотрим случай с симметричной нагрузкой:

Здесь измерение проводится всего лишь в одной фазе и далее согласно формуле умножается на три. Этот способ позволяет сэкономить на приборах и уменьшить габариты измерительной установки. Применяется, когда не нужна большая точность измерения в каждой фазе.

Измерение при несимметричной нагрузке:

Этот способ более точный, так как позволяет измерить мощность каждой фазы, но это требует трех приборов, больших габаритных размеров установки и обработки показаний с трех приборов.

Измерении в цепи без нулевого проводника:

Эта схема требует двух приборов. Этот способ основывается на первом законе Кирхгофа

IA+IB+IC=0. Из этого следует, что сумма показаний двух ваттметров равна трехфазной мощности этой цепи. Ниже показана векторная диаграмма для данного случая:

Мы можем сделать вывод, что показания приборов зависят не только от величины, но еще и от характера нагрузки.

Из диаграммы следует, что мы можем определить показание приборов аналитически:

Проанализировав полученный результат можем сделать вывод что, при преобладании активной нагрузки (φ=0) результаты измерения ваттметров тождественны (W1=W2). При активной и индуктивной (R-L)

1211122

Линейные и фазные соотношения

Сейчас получила распространение практика подключения бытовых объектов к трехфазным электросетям.

Это обосновано по следующим причинам:

• Значительное потребление электроэнергии. В этом случае подведение однофазной сети большой мощности будет очень нерационально по причине большого сечения кабеля и высокой материалоемкости трансформатора.
• Наличие приборов, работающих от трех фаз. Реализация схемы подключения такого устройства к однофазной цепи не очень проста и чревата помехами, которые возникают, например, при старте асинхронного двигателя.

Существует два способа подключения трехфазных приборов – “звезда” и “треугольник”.

Принципиальные схемы передачи электроэнергии по трем фазам. Название “звезда” и “треугольник” они получили благодаря геометрической схожести с этими объектами

В цепях типа “звезда” линейные и фазные токи идентичны, а линейное напряжение больше фазного в 1,73 раза:

I_л = I_ф;

U_л = 1.73 * U_ф.

Эта формула объясняет известное соотношения напряжений для бытовых и низковольтных промышленных сетей частоты 50 Гц: 220 / 380 В (по новому ГОСТу: 230 / 400 В).

При соединении типа треугольник, наоборот, напряжение совпадает, а линейные токи больше фазных:

I_л = 1.73 * I_ф;

U_л = U_ф.

Эти формулы можно применять только при симметричной нагрузке фаз. Если потребление тока по кабелям отличается (несимметричный приемник), то расчеты проводят с использованием правил векторной алгебры, а возникающий выравнивающий ток компенсируют за счет нейтрального провода. Однако для сетей с подключенными бытовыми приборами такие случаи редки.

Что такое напряжение

Электрическое напряжение (обозначается как U) – это физическая величина, которая отражает количественную характеристику работы электрического поля по переносу заряда из точки А в точку В. Соответственно напряжение может быть между двумя точками цепи, но в отличии от ЭДС оно может быть между двумя выводами какого-то из элементов цепи. Напомним, что ЭДС характеризует работу, выполненную сторонними силами, то есть работу самого источника тока или ЭДС по переносу заряда через всю цепь, а не на конкретном элементе.

Это определение можно выразить простым языком. Напряжение источников постоянного тока – это сила, которая перемещает свободные электроны от одного атома к другому в определенном направлении.

Для переменного тока используют следующие понятия:

• мгновенное напряжение – это разность потенциалов между точками в данный промежуток времени;
• амплитудное значение – представляет максимальную величину по модулю мгновенного значения напряжения за промежуток времени;
• среднее значение – постоянная составляющая напряжения;
• среднеквадратичное и средневыпрямленное.

Источники электрического тока

Чтобы получить электрический ток в проводнике, необходимо привести заряженные частицы в направленное движение. Но как получить ток, который существовал бы длительное время?

Возьмем два заряженных тела А и В, заряды которых равны по модулю, но противоположны по знаку, и соединим их проводником.

На отрицательно заряженном теле находится избыток электронов, на положительно заряженном теле – недостаток электронов. В проводнике на короткое время возникнет электрический ток. Он будет существовать до тех пор, пока не исчезнет электрическое поле.

Процесс разделения зарядов осуществляют источники электрического тока.

В источнике тока благодаря химическим или иным процессам (в зависимости от принципа его действия) происходит разделение положительно и отрицательно заряженных частиц.

Эти разделенные частицы накапливаются на так называемых полюсах источника тока.

Примерами источников тока являются аккумуляторы. Они могут быть свинцовыми(кислотными), а также широкое применение получили железно-никелевые(щелочные).

В последние десятилетия наряду с традиционными источниками тока стали широко применяться источники, изготовленные на основе химического элемента лития.

Впечатляет также разнообразие габаритов источников электричества: от миниатюрныхбатареек для питания ручных часов и до мощных аккумуляторных батарей, устанавливаемых на подводных лодках.

Что такое мощность Ватт [Вт]

Мощность — величина, определяющая отношение работы, которую выполняет источник тока, за определённый промежуток времени. Один ватт соответствует произведению одного ампера на один вольт, но при определении трат на электроэнергию используется величина киловатт/час.

Она соответствует расходу одной тысячи ватт за 60 минут работы. Именно по этому показателю определяется стоимость услуг электроэнергии.

В большинстве случаев мощность, которую потребляет прибор, указана в технической документации или на упаковке. Указанное количество производится за один час работы.

Помочь определить силу тока при известной мощности поможет калькулятор, который делает перевод одной физической величины в другую.

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ источника тока равен . (9)

Из формулы (8) следует, что

, (10)

т.е. Р1 изменяется с изменением силы тока в цепи по параболическому закону и принимает нулевые значения при I = 0 и при . Первое значение соответствует разомкнутой цепи ( R>> r ), второе – короткому замыканию ( R<< r). Зависимость к.п.д. от силы тока в цепи с учётом формул (8), (9), (10) примет вид

(11)

Таким образом, к.п.д. достигает наибольшего значения h =1 в случае разомкнутой цепи ( I = 0), а затем уменьшается по линейному закону, обращаясь в нуль при коротком замыкании.

Зависимость мощностей Р1, Рполн = EI и к.п.д. источника тока от силы тока в цепи показаны на рис.1.

Рис.1. I0 E/r

Из графиков видно, что получить одновременно полезную мощность и к.п.д. невозможно. Когда мощность, выделяемая на внешнем участке цепи Р1, достигает наибольшего значения, к.п.д. в этот момент равен 50%.

Похожие записи:

Принцип работы сервопривода, что такое сервопривод Применение тиристора и симистора: принцип работы и способы управления Как лучше всего соединить медный и алюминиевый провод: все способы надежного соединения проводов из алюминия и меди Разновидности и особенности применения металлических труб для электрических проводов Стандарты напряжения в россии Какой кабель выбрать для проводки: nym или ввгнг?