Arus, voltan, kuasa: ciri asas elektrik

Elektrik telah lama digunakan oleh manusia untuk memenuhi keperluannya, tetapi ia tidak dapat dilihat, tidak dirasakan oleh pancaindera, oleh itu ia sukar untuk difahami. Untuk memudahkan penjelasan proses elektrik, mereka sering dibandingkan dengan ciri hidraulik bendalir bergerak.

Contohnya, dia datang ke apartmen kami melalui wayar Tenaga elektrik daripada penjana jauh dan air paip daripada pam tekanan. Walau bagaimanapun, suis mematikan lampu dan pili air yang tertutup menghalang air daripada kehabisan paip. Untuk melakukan kerja, anda perlu menghidupkan suis dan membuka paip.

Pengaliran terarah elektron bebas melalui wayar akan tergesa-gesa ke filamen mentol (arus elektrik akan mengalir) yang akan mengeluarkan cahaya. Air yang keluar dari paip akan mengalir ke sinki.

Analogi ini juga memungkinkan untuk memahami ciri-ciri kuantitatif, untuk mengaitkan kekuatan arus dengan kelajuan pergerakan cecair dan untuk menganggarkan parameter lain.

Voltan sesalur berbanding dengan potensi tenaga sumber cecair. Sebagai contoh, peningkatan tekanan hidraulik daripada pam dalam paip akan mewujudkan halaju tinggi pergerakan bendalir, dan peningkatan voltan (atau perbezaan antara potensi fasa - wayar input dan sifar kerja - output) akan meningkatkan pijar mentol, kekuatan sinarannya .

Rintangan litar elektrik dibandingkan dengan daya brek aliran hidraulik. Kadar aliran dipengaruhi oleh:

• kelikatan cecair;

• tersumbat dan perubahan dalam keratan rentas saluran. (Dalam kes pili air, kedudukan injap kawalan.)

Nilai rintangan elektrik dipengaruhi oleh beberapa faktor:

• struktur bahan yang menentukan kehadiran elektron bebas dalam konduktor dan mempengaruhi rintangan; 

• luas keratan rentas dan panjang konduktor semasa;

• suhu.

Kuasa elektrik juga dibandingkan dengan potensi tenaga aliran dalam hidraulik dan dianggarkan daripada kerja yang dilakukan setiap unit masa. Kuasa perkakas elektrik dinyatakan oleh arus yang dikeluarkan dan voltan yang digunakan (untuk litar AC dan DC).

Semua ciri elektrik ini dikaji oleh saintis terkenal yang memberikan definisi arus, voltan, kuasa, rintangan dan diterangkan melalui kaedah matematik hubungan bersama antara mereka.

Jadual berikut menunjukkan hubungan am untuk litar AC dan DC yang boleh digunakan untuk menganalisis prestasi litar tertentu.

Mari kita lihat beberapa contoh penggunaannya.

Contoh #1. Bagaimana untuk mengira rintangan dan kuasa

Katakan anda ingin memilih pengehad semasa untuk menghidupkan litar lampu. Kami mengetahui voltan bekalan rangkaian on-board «U», sama dengan 24 volt dan penggunaan semasa «I» sebanyak 0.5 amp, yang tidak boleh melebihi. Menurut ungkapan (9) undang-undang Ohm, kami mengira rintangan «R». R = 24 / 0.5 = 48 ohm.

Pada pandangan pertama, nilai perintang ditentukan. Walau bagaimanapun, ini tidak mencukupi. Untuk operasi sema yang boleh dipercayai, adalah perlu untuk mengira kuasa mengikut penggunaan semasa.

Menurut operasi undang-undang Joule-Lenz, kuasa aktif «P» adalah berkadar terus dengan arus «I» yang melalui wayar dan voltan terpakai «U» Hubungan ini diterangkan oleh formula (11) dalam jadual. di bawah.

Kami mengira: P = 24×0.5 = 12 W.

Kita mendapat nilai yang sama jika kita menggunakan formula (10) atau (12).

Mengira kuasa perintang dengan penggunaan semasa menunjukkan bahawa dalam litar yang dipilih adalah perlu untuk menggunakan rintangan 48 Ohm dan 12 W. Perintang dengan kuasa yang lebih rendah tidak akan menahan beban yang dikenakan, ia akan menjadi panas dan terbakar. dengan arus masa.

Contoh ini menunjukkan pergantungan bagaimana arus beban dan voltan rangkaian mempengaruhi kuasa pengguna.

Contoh #2. Bagaimana untuk mengira arus

Untuk sekumpulan soket yang bertujuan untuk membekalkan peralatan elektrik isi rumah di dapur, adalah perlu untuk memilih pemutus litar pelindung. Kuasa peranti mengikut data pasport ialah 2.0, 1.5 dan 0.6 kW.

Jawab. Apartmen ini menggunakan rangkaian AC fasa tunggal 220 volt. Jumlah kuasa semua peranti yang disambungkan untuk berfungsi pada masa yang sama ialah 2.0 + 1.5 + 0.6 = 4.1 kW = 4100 W.

Menggunakan formula (2), kami menentukan jumlah arus kumpulan pengguna: 4100/220 = 18.64 A.

Pemutus litar berkadar terdekat mempunyai kadar tersandung 20 amp. Kami memilihnya. Mesin dengan nilai yang lebih rendah daripada 16 A akan dimatikan secara kekal daripada beban lampau.

Perbezaan dalam parameter litar elektrik dalam arus ulang alik

Rangkaian fasa tunggal

Apabila menganalisis parameter peralatan elektrik, adalah perlu untuk mengambil kira keanehan operasi mereka dalam litar arus ulang-alik, apabila, disebabkan oleh pengaruh frekuensi industri, beban kapasitif muncul dalam kapasitor (mereka mengalihkan vektor semasa sebanyak 90 darjah di hadapan vektor voltan), dan dalam belitan gegelung - induktif (arus adalah 90 darjah di belakang voltan). Dalam kejuruteraan elektrik ia dipanggil beban reaktif... Bersama-sama ia mewujudkan kehilangan kuasa reaktif «Q» yang tidak melakukan kerja yang berguna.

Dengan beban aktif, tiada anjakan fasa antara arus dan voltan.

Dengan cara ini, komponen reaktif ditambah kepada nilai aktif kuasa perkakas elektrik dalam litar arus ulang-alik, yang menyebabkan jumlah kuasa meningkat, yang biasanya dipanggil penuh dan ditunjukkan oleh indeks «S».

Arus sinusoidal ulang alik dalam rangkaian fasa tunggal

Arus elektrik dan voltan frekuensi berbeza mengikut masa dalam cara sinusoidal. Sehubungan itu, berlaku perubahan kuasa. Menentukan parameter mereka pada titik masa yang berbeza tidak masuk akal. Oleh itu, jumlah nilai (menyepadukan) dipilih untuk tempoh masa tertentu, sebagai peraturan, tempoh ayunan T.

Mengetahui perbezaan antara parameter litar ulang-alik dan arus terus membolehkan anda mengira dengan betul kuasa melalui arus dan voltan dalam setiap kes tertentu.

Rangkaian tiga fasa

Pada asasnya, ia terdiri daripada tiga litar fasa tunggal yang sama, mengimbangi relatif antara satu sama lain pada satah kompleks sebanyak 120 darjah. Mereka berbeza sedikit dalam beban dalam setiap fasa, mengalihkan arus daripada voltan dengan sudut phi. Disebabkan ketidaksamaan ini, arus I0 tercipta dalam konduktor neutral.

Arus sinusoidal ulang alik dalam rangkaian tiga fasa

Voltan dalam sistem ini terdiri daripada voltan fasa (220 V) dan voltan talian (380 V).

Kuasa peranti arus tiga fasa yang disambungkan ke litar ialah jumlah komponen dalam setiap fasa. Ia diukur menggunakan peranti khas: wattmeters (komponen aktif) dan varmeters (reaktif). Adalah mungkin untuk mengira jumlah penggunaan kuasa peranti semasa tiga fasa berdasarkan ukuran wattmeter dan varmeter menggunakan formula segi tiga.

Terdapat juga kaedah pengukuran tidak langsung berdasarkan penggunaan voltmeter dan ammeter dengan pengiraan seterusnya bagi nilai yang diperolehi.

Anda juga boleh mengira jumlah penggunaan semasa, mengetahui magnitud kuasa ketara S. Untuk melakukan ini, sudah cukup untuk membahagikannya dengan nilai voltan talian.