Электричество давно используется людьми для удовлетворения своих потребностей, но его трудно понять, потому что оно невидимо и не распознается органами чувств. Для упрощения описания электрических процессов их часто сравнивают с гидравлическими свойствами движущейся жидкости.
Например, в квартиру поступает электричество по проводам от удаленного генератора или вода по трубам от напорного насоса. Однако при выключении выключателя лампы не светят, а из закрытого крана не льется вода. Для работы необходимо активировать переключатель и открыть кран.
Направленный поток свободных электронов по кабелю движется к нити (электричеству) лампы (электричеству) и начинает излучать свет. Вода, вытекающая из фонтана, стекает в раковину.
Это соотношение также позволяет понять количественные свойства и оценить другие параметры, связав ток со скоростью движения жидкости.
Напряжение в сети сравнивается с энергетическим потенциалом источника жидкости. Например, увеличение гидравлического давления от насоса в трубе приводит к увеличению скорости жидкости, но увеличение напряжения (или динамической фазы — разницы между входящим и нулевым рабочим кабелем) увеличивает темп, повышая его излучаемую мощность.
Сопротивление электрической цепи сравнивается с тормозной силой гидравлического потока. На скорость потока влияют
Засоры и изменения на участке перехода трубопровода. (В случае водопроводных кранов — положение регулирующего клапана).
На величину электрического сопротивления влияет ряд факторов.
Структура материала, которая определяет наличие свободных электронов в трубопроводе и влияет на удельное сопротивление, на
площадь поперечного сечения и длина проводника; — длина проводника; и
Мощность сравнивается с энергоемкостью гидравлического потока и оценивается по работе, выполняемой в единицу времени. Мощность электрического устройства выражается на основе поглощаемого тока и приложенного напряжения (для цепей переменного тока и цепей постоянного тока).
Все эти характеристики электричества были исследованы известными учеными, которые определили ток, мощность и удельное сопротивление и объяснили их взаимосвязь математическими методами.
В следующей таблице приведены общие соотношения для непрерывных и переменных цепей, которые могут быть применены для анализа конкретных цепей.
Здесь рассмотрены некоторые примеры их использования.
Пример 1.Как рассчитать сопротивление и мощность
Предположим, что необходимо уменьшить сопротивление ограничения мощности источника питания осветительной цепи. Мы знаем напряжение «U» — 24 вольта и ток «i» — 0,5 ампера, которые не должны быть преодолены. (9) Используя закон Ома, рассчитайте сопротивление ‘R’. r = 24/0,5 = 48 Ом.
На первый взгляд, определяется номинальное значение сопротивления. Однако этого недостаточно. Для надежной работы схемы необходимо рассчитать мощность в соответствии с потребляемой мощностью.
Согласно закону Джоуля-Ленца, активная мощность «P» прямо пропорциональна току «i», протекающему через трубопровод, и приложенному напряжению «U». Эта взаимосвязь проиллюстрирована в таблице типа (11) ниже.
Рассчитаем: p = 24×0,5 = 12 w.
Используя тип (10) или (12), можно получить то же значение.
Расчет мощности резистора на основе потребляемого тока показывает, что для выбранной схемы необходимо использовать резистор сопротивлением 48 Ом, мощностью 12 Вт. Резистор с меньшей мощностью не сможет выдержать приложенную нагрузку, нагреется и со временем перегорит.
Этот пример показывает влияние тока нагрузки и напряжения сети на потребляемую мощность.
Пример 2: Расчет тока
Для группы розеток, используемых для питания кухонных приборов, необходимо выбрать автоматический выключатель остаточного тока. Сила тока в устройствах составляет 2,0, 1,5 и 0,6 кВт.
Решение. Питание квартиры осуществляется от однофазного переменного тока 220 В. Общая мощность всех одновременно подключенных устройств составляет 2,0 + 1,5 + 0,6 = 4,1 кВт = 4100 Вт.
Используйте формулу (2) для определения общего тока для группы потребителей: 4100/220 = 18,64 -.
Ближайший автоматический выключатель имеет номинал срабатывания 20 ампер. Мы выбрали именно этот переключатель. Меньшие автоматические выключатели с номиналом 16 ампер всегда сработают в случае перегрузки.
Различия в параметрах цепи переменного тока
При анализе параметров электрооборудования необходимо учитывать особенности работы в цепях переменного тока. Это происходит, когда на конденсаторах появляется емкостная нагрузка из-за эффектов промышленной частоты (сдвиг вектора тока на 90 градусов) перед вектором напряжения), а в обмотках катушки возникают индуктивные нагрузки (токи отстают от напряжения на 90 градусов). В электротехнике их называют реактивными нагрузками. Вместе они создают бесполезную потерю реактивной мощности «Q».
В активных нагрузках нет сдвига фаз между током и напряжением.
Поэтому реактивная составляющая добавляется к активной мощности устройства в цепи переменного тока, обычно называемой полной мощностью, и увеличивает полную мощность, обозначаемую подстрочным индексом ‘S’.
Переменные синусоидальные токи в однофазных сетях
Токи и напряжения промышленной частоты изменяются синусоидально со временем. Мощность варьируется соответственно. Определение этих параметров в разные моменты времени не имеет смысла. Поэтому выбирается суммарное (интегральное) значение за определенный период времени, обычно период колебаний T.
Знание разницы между параметрами цепей переменного и постоянного тока позволяет точно рассчитать мощность по токам и напряжениям.
По сути, они состоят из трех одинаковых однофазных цепей, смещенных на 120 градусов относительно друг друга в комплексной плоскости. Они незначительно отличаются друг от друга нагрузкой каждой фазы, которая смещает ток относительно напряжения на угол φ. Эта неравномерность приводит к возникновению тока I0 в нейтральной линии.
Напряжение в этой системе состоит из фазного напряжения (220 В) и сетевого напряжения (380 В).
Мощность устройств трехфазного тока, подключенных к цепи, является суммой составляющих каждой фазы. Она измеряется специальными приборами: ваттметром (активная составляющая) и ваттметром (реактивная составляющая). Общая потребляемая мощность трехфазного устройства может быть рассчитана по показаниям измерителя мощности и вольтметра с помощью формулы треугольника.
Также возможен косвенный метод измерения, основанный на использовании вольтметров и амперметров и последующем расчете полученных значений.
В качестве альтернативы, общий потребляемый ток может быть рассчитан на основе общей мощности S. Для этого просто разделите на значение сетевого напряжения.
Если вам понравилась эта статья, пожалуйста, поделитесь ею в своих социальных сетях. Это очень поможет нам в развитии нашего сайта!
