alexxlab Зависимость мощности от силы тока, формула мощности, физический смысл
Первое упоминание об электричестве встречается в опытах древнегреческого философа Фалеса. Именно он первым обнаружил, что предметы при трении притягиваются. Одноименный термин был введен в начале 17-го века английским физиком Гилбертом, после опытов, проведенных с магнитами. Отцом же науки об электричестве считается французский ученый Кулон – именно после открытия закона, получившего его имя, электротехника начала свою победную поступь, которая продолжается до сих пор. Этот закон утверждает, что два точечных заряда в безвоздушной среде взаимодействуют с силой, прямо пропорциональной их модулям и обратно – расстоянию между ними, возведенному в квадрат.
Выясним, что же представляет собой понятие электричество?
Если коротко, то это – направленное движение потока заряженных частиц. Тела, через которые они проходят, называются проводниками. Каждый проводник имеет определенное сопротивление электрическому току, которое раз
И, перед тем, как перейти к основным законам, несколько слов о заряженных частицах: они бывают, условно говоря, положительными и отрицательными.
Одноименные заряды отталкиваются, а разноименные – притягиваются.
А теперь, перейдем к главному.
Основа-основ науки об электричестве – закон Ома.
Эксперимент, который провел этот немецкий физик, привел его к следующему убеждению: сила тока I, проходящего через металлический проводник, пропорциональна напряжению на его концах, или I = U/R
Здесь напряжением называется разность, образно говоря, «давлений», созданных двумя точками электрической цепи. Измеряют его в вольтах. Электрический ток представляет собой число электронов, которые пропускает участок электрической цепи и измеряется в амперах. Сопротивлением считается свойство цепи помешать этому движению. В честь упомянутого физика, его измеряют в омах. Иначе говоря, проводник, через который проходит ток в 1 ампер при напряжении в 1 вольт, обладает сопротивлением в 1 ом.
Вся остальная электротехника «пляшет» от этого.
О мощности электрического тока
В физике мощностью считают скорость выполнения работы.
Неважно, какой. Чем эта операция проводится быстрее, тем большей считается мощность того, кто ее исполняет, будь то человек, механическое устройство или что-то еще.
Так же и в случае с электрическим током: ее мощность представляет собой отношение работы, произведенной движущимися электрическими зарядами к промежутку времени, которое для этого понадобилось.
Проще говоря, для того, чтобы получить электрическую мощность в 1 ватт, когда источник тока имеет напряжение 1 вольт, необходимо пропустить через проводник ток в 1 ампер. Другими словами, мощность (P) можно посчитать, перемножив друг на друга электрическое напряжение и ток:
P = U*I.
Запомнив эту нехитрую формулу, на практике можно рассчитать мощность. Например, если известны значения тока и сопротивления, а о напряжении сведений нет, можем воспользоваться законом Ома, подставив в формулу вместо него I*R. Получится, что мощность равна квадрату электрического тока, помноженному на сопротивление.
Этот закон точно так же придет на помощь, если известны величины напряжения и сопротивления. В этом случае подставив вместо значения тока I = U/R, получим значение мощности, равное квадрату напряжения, поделенному на сопротивление.
Вот так – ничего сложного!
Онлайн калькулятор — закон Ома (ток, напряжение, сопротивление) + Мощность :: АвтоМотоГараж
Причиной написания данной статьи явилась не сложность этих формул, а то, что в ходе проектирования и разработки каких-либо схем часто приходится перебирать ряд значений чтобы выйти на требуемые параметры или сбалансировать схему. Данная статья и калькулятор в ней позволит упростить этот подбор и ускорить процесс реализации задуманного. Также в конце статьи приведу несколько методик для запоминания основной формулы закона Ома. Эта информация будет полезна начинающим. Формула хоть и простая, но иногда есть замешательство, где и какой параметр должен стоять, особенно это бывает поначалу.
В радиоэлектронике и электротехнике закон Ома и формула расчёта мощности используются чаше чем какие-либо из всех остальных формул. Они определяют жесткую взаимосвязь между четырьмя самыми ходовыми электрическими величинами: током, напряжением, сопротивлением и мощностью.
Закон Ома. Эту взаимосвязь выявил и доказал Георг Симон Ом в 1826 году. Для участка цепи она звучит так: сила тока прямо пропорциональна напряжению, и обратно пропорциональна сопротивлению
Так записывается основная формула:
Путем преобразования основной формулы можно найти и другие две величины:
Мощность. Её определение звучит так: мощностью называется произведение мгновенных значений напряжения и силы тока на каком-либо участке электрической цепи.
Формула мгновенной электрической мощности:
Ниже приведён онлайн калькулятор для расчёта закона Ома и Мощности. Данный калькулятор позволяет определить взаимосвязь между четырьмя электрическими величинами: током, напряжением, сопротивлением и мощностью.
Для этого достаточно ввести любые две величины. Стрелками «вверх-вниз» можно с шагом в единицу менять введённое значение. Размерность величин тоже можно выбрать. Также для удобства подбора параметров, калькулятор позволяет фиксировать до десяти ранее выполненных расчётов с теми размерностями с которыми выполнялись сами расчёты.
Когда мы учились в радиотехническом техникуме, то приходилось запоминать очень много всякой всячины. И чтобы проще было запомнить, для закона Ома есть три шпаргалки. Вот какими методиками мы пользовались.
Первая — мнемоническое правило. Если из формулы закона Ома выразить сопротивление, то R = рюмка.
Вторая — метод треугольника. Его ещё называют магический треугольник закона Ома.
Если оторвать величину, которую требуется найти, то в оставшейся части мы получим формулу для её нахождения.
Третья. Она больше является шпаргалкой, в которой объединены все основные формулы для четырёх электрических величин.
Пользоваться ею также просто, как и треугольником. Выбираем тот параметр, который хотим рассчитать, он находиться в малом кругу в центре и получаем по три формулы для его расчёта. Далее выбираем нужную.
Этот круг также, как и треугольник можно назвать магическим.
Вычисляем мощность переменного и постоянного электрического тока по формуле
При проектировании электрооборудования и расчёте кабелей и пусковой и защитной аппаратуры важно правильно рассчитать мощность и ток электроаппаратуры. В этой статье рассказывается о том, как найти эти параметры.
Формулы расчёта электрической мощности
Что такое мощность
При работе электронагревателя или электродвигателя они выделяют тепло или выполняют механическую работу, единица измерения которой – 1 джоуль (Дж).
Одна из основных характеристик электрооборудования – мощность, показывающая количество тепла или произведённой работы за 1 секунду и выражающаяся в ваттах (Вт):
1Вт=1Дж/1с.
В электротехнике 1Вт выделяется при прохождении тока в 1А при напряжении 1В:
1Вт=1А*1В.
Согласно закону Ома, найти мощность можно также, зная сопротивление нагрузки и ток или напряжение:
P=U*I=I*I*R=(U*U)/R, где:
- P (Вт) – мощность электроприбора;
- I (А) – ток, протекающий через устройство;
- R (Ом) – сопротивление аппарата;
- U (В) – напряжение.
Номинальной называют мощность при номинальных параметрах сети и номинальной нагрузке на валу электродвигателя.
Для того чтобы узнать количество электричества, потреблённого за весь период работы, её необходимо умножить на время, которое аппарат работал. Поучившаяся величина измеряется в кВт*ч.
Расчёт в сетях переменного и постоянного напряжения
Электросеть, питающая электроприборы, может быть трёх видов:
- постоянное напряжение;
- переменное однофазное;
- переменное трёхфазное.
Для каждого вида при расчётах используется своя формула мощности.
Расчёт в сети постоянного напряжения
Самые простые расчёты производятся в электросети постоянного тока. Мощность электроаппаратов, подключённых к ней, прямо пропорциональна току и напряжению и, чтобы найти её, используется формула:
P=U*I.
Например, в электродвигателе с номинальным током 4,55А, подключённом к электросети 220В, мощность равна 1000 Ватт, или 1кВт.
И, наоборот, при известных напряжении сети и мощности ток рассчитывается по формуле:
I=P/U.
Однофазные нагрузки
В сети, в которой отсутствуют электродвигатели, а также в бытовой электросети можно пользоваться формулами для сети постоянного напряжения.
Интересно. В бытовой электросети 220В ток можно вычислить по упрощённой формуле: 1кВт=5А.
Мощность переменного тока вычисляется сложнее. Эти аппараты, кроме активной, потребляют реактивную энергию, и формула:
P=U*I
показывает полную потребляемую энергию устройства.
Для того чтобы узнать активную составляющую, нужно учесть cosφ – параметр, показывающий долю активной энергии в полной:
Ракт=Робщ*cosφ=U*I*cosφ.
Соответственно, Робщ=Ракт/cosφ.
Например, в электродвигателе с Ракт 1кВт и cosφ 0,7 полная энергия, потребляемая устройством, будет 1,43кВт, и ток – 6,5А.
Треугольник активной, реактивной и полной энергии
Расчет в трехфазной сети
Трёхфазную электросеть можно представить как три однофазных сети. Однако в однофазных сетях используется понятие «фазное напряжение» (Uф), измеряемое между нулевым и фазным проводами, в сети 0,4кВ, равное 220В. В трёхфазных электросетях вместо «фазного» применяется понятие «линейное напряжение» (Uлин), измеряемое между линейными проводами и в сети 0,4кВ, равное 380В:
Uлин=Uф√3.
Поэтому формула для активной нагрузки, например, электрокотла, выглядит так:
P=U*I*√3.
При определении мощности электродвигателя необходимо учитывать cosφ, выражение приобретает следующий вид:
P=U*I*√3*cosφ.
На практике этот параметр обычно известен, а узнать необходимо ток. Для этого используется следующее выражение:
I=P/(U*√3*cosφ).
Например, для электродвигателя 3кВт (3000Вт) и cosφ 0,7 расчёт получается таким:
I=3000/(380*√3*0,7)=5,8А.
Интересно. Вместо вычислений можно считать, что в трёхфазной сети 380В 1кВт соответствует 2А.
Лошадиная сила
В некоторых случаях при определении мощности автомобилей пользуются устаревшей единицей измерения «лошадиная сила».
Эту единицу ввел в обращение Джеймс Уайт, в честь которого названа единица мощности 1 Ватт, в 1789 году. Его нанял один пивовар для постройки парового двигателя для насоса, способного заменить лошадь. Чтобы определить, какой необходим двигатель, взяли лошадь и запрягли её качать воду.
Считается, что пивовар взял самую сильную лошадь и заставил её работать без отдыха. Реальная сила лошади меньше в 1,5 раза.
В разных странах соотношение 1ЛС и 1кВт немного отличается друг от друга.
В России принято считать 1ЛС=0.735кВт, и автомобильный двигатель в 80ЛС соответствует электродвигателю 58,8кВт.
Лошадиная сила
Знание того, как определить мощность и как узнать ток электроприборов, необходимы для проектирования электросетей, расчета кабелей и пускорегулирующей аппаратуры.
Видео
Оцените статью:Калькулятор перевода силы тока в мощность
Мощность в электрической цепи представляет собой энергию, потребляемую нагрузкой от источника в единицу времени, показывая скорость ее потребления. Единица измерения Ватт [Вт или W]. Сила тока отображает количество энергии прошедшей за величину времени, то есть указывает на скорость прохождения. Измеряется в амперах [А или Am].
А напряжение протекания электрического тока (разность потенциалов между двумя точками) измеряется в вольтах. Сила тока прямо пропорциональна напряжению.
Чтобы самостоятельно рассчитать соотношение Ампер / Ватт или Вт / А, нужно использовать всем известный закон Ома. Мощность численно равна произведению тока, протекающего через нагрузку, и приложенного к ней напряжения. Определяется одним из трех равенств: P = I * U = R * I² = U²/R.
Следовательно, чтобы определить мощность источника потребления энергии, когда известна сила тока в сети, нужно воспользоваться формулой: Вт (ватты) = А (амперы) x I (вольты). А чтобы произвести обратное преобразование, надо перевести мощность в ваттах на силу потребления тока в амперах: Ватт / Вольт. Когда же имеем дело с 3-х фазной сетью, то придется еще и учесть коэффициент 1,73 для силы тока в каждой фазе.
Сколько Ватт в 1 Ампере и ампер в вате?
Чтобы перевести Ватты в Амперы при переменном или постоянном напряжении понадобится формула:
I = P / U, где
I – это сила тока в амперах; P – мощность в ваттах; U – напряжение у вольтахесли сеть трехфазная, то I = P/(√3xU), поскольку нужно учесть напряжение в каждой из фаз.
Корень из трех приблизительно равен 1,73.
То есть, в одном ватте 4,5 мАм (1А = 1000мАм) при напряжении в 220 вольт и 0,083 Am при 12 вольтах.Когда же необходимо перевести ток в мощность (узнать, сколько в 1 ампере ватт), то применяют формулу:
P = I * U или P = √3 * I * U, если расчеты проводятся в 3-х фазной сети 380 V.
А значит, если имеем дело с автомобильной сетью на 12 вольт, то 1 ампер — это 12 Ватт, а в бытовой электросети 220 V такая сила тока будет в электроприборе мощностью 220 Вт (0,22 кВт). В промышленном оборудовании, питающемся от 380 Вольт, целых 657 Ватт.
Таблица перевода Ампер – Ватт:
| 6 | 12 | 24 | 220 | 380 | Вольт | |
| 5 Ватт | 0,83 | 0,42 | 0,21 | 0,02 | 0,008 | Ампер |
| 6 Ватт | 1,00 | 0,5 | 0,25 | 0,03 | 0,009 | Ампер |
| 7 Ватт | 1,17 | 0,58 | 0,29 | 0,03 | 0,01 | Ампер |
| 8 Ватт | 1,33 | 0,67 | 0,33 | 0,04 | 0,01 | Ампер |
| 9 Ватт | 1,5 | 0,75 | 0,38 | 0,04 | 0,01 | Ампер |
| 10 Ватт | 1,67 | 0,83 | 0,42 | 0,05 | 0,015 | Ампер |
| 20 Ватт | 3,33 | 1,67 | 0,83 | 0,09 | 0,03 | Ампер |
| 30 Ватт | 5,00 | 2,5 | 1,25 | 0,14 | 0,045 | Ампер |
| 40 Ватт | 6,67 | 3,33 | 1,67 | 0,13 | 0,06 | Ампер |
| 50 Ватт | 8,33 | 4,17 | 2,03 | 0,23 | 0,076 | Ампер |
| 60 Ватт | 10,00 | 5,00 | 2,50 | 0,27 | 0,09 | Ампер |
| 70 Ватт | 11,67 | 5,83 | 2,92 | 0,32 | 0,1 | Ампер |
| 80 Ватт | 13,33 | 6,67 | 3,33 | 0,36 | 0,12 | Ампер |
| 90 Ватт | 15,00 | 7,50 | 3,75 | 0,41 | 0,14 | Ампер |
| 100 Ватт | 16,67 | 8,33 | 4,17 | 0,45 | 0,15 | Ампер |
| 200 Ватт | 33,33 | 16,67 | 8,33 | 0,91 | 0,3 | Ампер |
| 300 Ватт | 50,00 | 25,00 | 12,50 | 1,36 | 0,46 | Ампер |
| 400 Ватт | 66,67 | 33,33 | 16,7 | 1,82 | 0,6 | Ампер |
| 500 Ватт | 83,33 | 41,67 | 20,83 | 2,27 | 0,76 | Ампер |
| 600 Ватт | 100,00 | 50,00 | 25,00 | 2,73 | 0,91 | Ампер |
| 700 Ватт | 116,67 | 58,33 | 29,17 | 3,18 | 1,06 | Ампер |
| 800 Ватт | 133,33 | 66,67 | 33,33 | 3,64 | 1,22 | Ампер |
| 900 Ватт | 150,00 | 75,00 | 37,50 | 4,09 | 1,37 | Ампер |
| 1000 Ватт | 166,67 | 83,33 | 41,67 | 4,55 | 1,52 | Ампер |
Зачем нужен калькулятор
Онлайн калькулятор позволит быстро перевести ток в мощность.
Он позволяет пересчитать потребляемую силу тока 1 Ампер в Ватт мощности, какого-либо потребителя при напряжении 12 либо 220 и 380 Вольт.
Такой перевод мощности используют как при подборе генератора для потребителей тока в бортсети автомобиля 12 Вольт с постоянным током, так и в бытовой электронике, при прокладывании проводки.
Поэтому калькулятор перевода мощности в амперы или силу тока в ватты потребуется абсолютно всем электрикам или тем, кто занимается ею и хочет быстро перевести эти единицы. Но все же калькулятор главным образом предназначен для автовладельцев. С его помощью можно посчитать каждый электрокомпонент в автомобиле и использовать полученную сумму, чтобы понять, сколько электричества должен вырабатывать генератор или какой емкостью поставить аккумулятор.
Как пользоваться
Чтоб воспользоваться быстрым переводом и пересчитать Ампер в мощность Ватт необходимо будет:
- Ввести значение напряжения, которое питает источник.
- В одной ячейке указать значение потребляемого тока (в списке можно выбрать Ампер либо мАм).
- В другом поле сразу появится результат пересчета “ток в мощность” (по умолчанию отображается в Ватт, но есть возможность установить и кВт, тогда значение автоматически пересчитается в киловатты мощности).
Преобразование можно сделать как с амперов в ватты, так и на оборот с W в A, достаточно просто сразу ввести мощность потребителя, и тогда в другой ячейке отобразится сила потребляемого тока в сети с конкретно указанным напряжением.
Часто задаваемые вопросы
Сколько Ватт в Ампере?
Если речь об автомобильной сети, то в одном ампере 12 Ватт при напряжении 12В. В бытовой электросети 220 Вольт, сила тока в 1 ампер будет равна мощности потребителя на 220 Ватт, но если речь идет о промышленной сети 380 Вольт, то 657 Ватт в ампере.
220 ватт сколько ампер?
Сила тока потребителя мощностью 220 Ватт будет отличаться зависимо от сети, в которой он работает. Это может быть: 18A при напряжении 12 Вольт, 1A если напряжение 220 Вольт либо 6A, когда потребление тока происходит в сети 380 Вольт.
5 ампер сколько ватт?
Чтобы узнать сколько Ватт потребляет источник на 5 ампер достаточно воспользоваться формулой P = I * U. То есть если потребитель включен в автомобильную сеть где всего 12 Вольт, то 5А будет 60W.
При потреблении 5 ампер в сети 220V означает что мощность потребителя составляет 1100W. Когда потребление пяти ампер происходит в двухфазной сети 380V, то мощность источника составляет 3290 Ватт.
org/Question»>12 ампер сколько ватт?
Сколько ватт мощности при 12 амперах потребления тока будет зависеть от того в сети с каким напряжением работает сам потребитель. Так 12А это может быть: 144 Ватт в автомобильной сети 12V; 2640 Ватт в сети 220V; 7889 Ватт в электросети 380 Вольт.
При потреблении 5 ампер в сети 220V означает что мощность потребителя составляет 1100W. Когда потребление пяти ампер происходит в двухфазной сети 380V, то мощность источника составляет 3290 Ватт.Как рассчитать мощность электрического тока?
Большинство бытовых приборов, подключаемых к сети, характеризуются таким параметром, как электрическая мощность устройства. С физической точки зрения мощность представляет собой количественное выражение совершаемой работы. Поэтому для оценки эффективности того или иного устройства вам необходимо знать нагрузку, которую он будет создавать в цепи. Далее мы рассмотрим особенности самого понятия и как найти мощность тока, обладая различными характеристиками самого устройства и электрической сети.
Понятие электрической мощности и способы ее расчета
С электротехнической точки зрения она представляет собой количественное выражение взаимодействия энергии с материалом проводников и элементами при протекании тока в электрической цепи..png)
Из-за наличия электрического сопротивления во всех деталях, задействованных в проведения электротока, направленное движение заряженных частиц встречает препятствие на пути следования. Это и обуславливает столкновение носителей заряда, электроэнергия переходит в другие виды и выделяется в виде излучения, тепла или механической энергии в окружающее пространство. Преобразование одного вида в другой и есть потребляемая мощность прибора или участка электрической цепи.
В зависимости от параметров источника тока и напряжения мощность также имеет отличительные характеристики. В электротехнике обозначается S, P и Q, единица измерения согласно международной системы СИ – ватты. Вычислить мощность можно через различные параметры приборов и электрических приборов. Рассмотрим каждый из них более детально.
Через напряжение и ток
Наиболее актуальный способ, чтобы рассчитать мощность в цепях постоянного тока – это использование данных о силе тока и приложенного напряжения.
Для этого вам необходимо использовать формулу расчета: P = U*I
Где:
Этот вариант подходит только для активной нагрузки, где постоянный ток не обеспечивает взаимодействия с реактивной составляющей цепи. Чтобы найти мощность вам нужно выполнить произведение силы тока на напряжение. Обе величины должны находиться в одних единицах измерения – Вольты и Амперы, тогда результат также получится в Ваттах. Можно использовать и другие способы кВ, кА, мВ, мА, мкВ, мкА и т.д., но и параметр мощности пропорционально изменит свой десятичный показатель.
Через напряжение и сопротивление
Для большинства электрических устройств известен такой параметр, как внутреннее сопротивление, которое принимается за константу на весь период их эксплуатации. Так как бытовые или промышленные единицы подключаются к источнику с известным номиналом напряжения, определять мощность достаточно просто. Активная мощность находится из предыдущего соотношения и закона Ома для участка цепи, согласно которого ток на участке прямо пропорционален величине приложенного напряжения и имеет обратную пропорциональность к сопротивлению:
I = U/R
Если выражение для вычисления токовой нагрузки подставить в предыдущую формулу, то получится такое выражение для определения мощности:
P = U*(U/R)=U2/R
Где,
- P – величина нагрузки;
- U – приложенная разность потенциалов;
- R – сопротивление нагрузки.
Через ток и сопротивление
Бывает ситуация, когда разность потенциалов, приложенная к электрическому прибору, неизвестна или требует трудоемких вычислений, что не всегда удобно. Особенно актуален данный вопрос, если несколько устройств подключены последовательно и вам неизвестно, каким образом потребляемая электроэнергия распределяется между ними. Подход в определении здесь ничем не отличается от предыдущего способа, за основу берется базовое утверждение, что электрическая нагрузка рассчитывается как P = U×I, с той разницей, что напряжение нам не известно.
Поэтому ее мы также выведем из закона Ома, согласно которого нам известно, что падение напряжения на каком-либо отрезке линии или электроустановки прямо пропорционально току, протекающему по этому участку и сопротивлению отрезка цепи:
U=I*R
после того как выражение подставить в формулу мощности, получим:
P = (I*R)*I =I2*R
Как видите, мощность будет равна квадрату силы тока умноженной на сопротивление.
Полная мощность в цепи переменного тока
Сети переменного тока кардинально отличаются от постоянного тем, что изменение электрических величин, приводит к появлению не только активной, но и реактивной составляющей. В итоге суммарная мощность будет также состоять активной и реактивной энергии:
Где,
- S – полная мощность
- P – активная составляющая – возникает при взаимодействии электротока с активным сопротивлением;
- Q – реактивная составляющая – возникает при взаимодействии электротока с реактивным сопротивлением.
Также составляющие вычисляются через тригонометрические функции, так:
P = U*I*cosφ
Q = U*I*sinφ
что активно используется в расчете электрических машин.
Рис. 1. Треугольник мощностейПример расчета полной мощности для электродвигателя
Отдельный интерес представляет собой нагрузка, подключенная к трехфазной сети, так как электрические величины, протекающие в ней, напрямую зависят от номинальной нагрузки каждой из фаз. Но для наглядности примера мы не будем рассматривать, как найти мощность несимметричного прибора, так как это довольно сложная задача, а приведем пример расчета трехфазного двигателя.Особенность питания и асинхронной и синхронной электрической машины заключается в том, что на обмотки может подаваться и фазное и линейное напряжение. Тот или иной вариант, как правило, обуславливается способом соединения обмоток электродвигателя. Тогда мощность будет вычисляться по формуле:
S = 3*Uф*Iф
В случае выполнения расчетов с линейным напряжением, чтобы найти мощность формула примет вид:
Активная и реактивная мощности будут вычисляться по аналогии с сетями переменного тока, как было рассмотрено ранее.
Теперь рассмотрим вычисления на примере конкретной электрической машины асинхронного типа. Следует отметить, что официальная производительность, указываемая в паспортных данных электродвигателя – это полезная мощность, которую двигатель может выдать при совершении оборотов вала. Однако полезная кардинально отличается от полной, которую можно вычислить за счет коэффициента мощности.
Как видите, для вычислений с шильда мы возьмем следующую информацию об электродвигателе:
- полезная производительность – 3 кВт, а в переводе на систему измерения – 3000 Вт;
- коэффициент полезного действия – 80%, а в пересчете для вычислений будем пользоваться показателем 0,8;
- тригонометрическая функция соотношения активных и реактивных составляющих – 0,74%;
- напряжение, при соединении обмоток треугольником составит 220 В;
- сила тока при том же способе соединения – 13,3 А.
С таким перечнем характеристик можно воспользоваться несколькими способами:
S = 1,732*220*13,3 = 5067 Вт
Чтобы найти искомую величину, сначала определяем активную составляющую:
P = Pполезная / КПД = 3000/0.8 = 3750 Вт
Далее полную по способу деления активной на коэффициент cos φ:
S = P/cos φ = 3750/0.74 = 5067 Вт
Как видите, и в первом, и во втором случае искомая величина получилась одинакового значения.
Примеры задач
Для примера рассмотрим вычисление на участках электрической цепи с последовательным и параллельным соединением элементов. Первый вариант предусматривает ситуацию, когда все детали соединяются друг за другом от одного полюса источника питания до другого.
Рис. 3. Последовательная расчетная цепьКак видите на рисунке, в качестве источника мы используем батарейку с номинальным напряжением 9 В и три резистора по 10, 20 и 30 Ом соответственно. Так как номинальный ток нам не известен, расчет произведем через напряжение и сопротивление:
P = U2/R = 81 / (10+20+30) = 1.35 Вт
Для параллельной схемы подключения возьмем в качестве примера участок цепи с двумя резисторами и одним источником тока:
Рис. 4. Параллельная схема подключенияКак видите, для удобства расчетов нам нужно привести параллельно подключенные резисторы к схеме замещения, из чего получится:
Rобщ = (R1*R2) / (R1+R2) = (10*15) / (10+15) = 6 Ом
Тогда искомый номинал нагрузки мы можем узнать через значение тока и сопротивления:
P = I2*R = 25*6 = 150 Вт
Видео по теме
Мощность электрического тока — Основы электроники
Обычно электрический ток сравнивают с течением жидкости по трубке, а напряжение или разность потенциалов — с разностью уровней жидкости.
В этом случае поток воды, падающий сверху вниз, несет с собой определенное количество энергии. В условиях свободного падения эта энергия растрачивается бесполезно для человека. Если же направить падающий поток воды на лопасти турбины, то последняя начнет вращаться и сможет производить полезную работу.
Работа, производимая потоком воды в течение определенного промежутка времени, например, в течение одной секунды, будет тем больше, чем с большей высоты падает поток и чем больше масса падающей воды.
Точно так же и электрический ток, протекая по цепи от высшего потенциала к низшему, совершает работу. В каждую данную секунду времени будет совершаться тем больше работы, чем больше разность потенциалов и чем большее количество электричества ежесекундно проходит через поперечное сечение цепи.
Мощность электрического тока это количество работы, совершаемой за одну секунду времени, или скорость совершения работы.
Количество электричества, проходящего через поперечное сечение цепи в течение одной секунды, есть не что иное, как сила тока в цепи. Следовательно, мощность электрического тока будет прямо пропорциональна разности потенциалов (напряжению) и силе тока в цепи.
Для измерения мощности электрического тока принята единица, называемая ватт (Вт).
Мощностью в 1 Вт обладает ток силой в 1 А при разности потенциалов, равной 1 В.
Для вычисления мощности постоянного тока в ваттах нужно силу тока в амперах умножить на напряжение в вольтах.
Если обозначить мощность электрического тока буквой P, то приведенное выше правило можно записать в виде формулы
P = I*U. (1)
Воспользуемся этой формулой для решения числового примера. Требуется определить, какая мощность электрического тока необходима для накала нити радиолампы, если напряжение накала равно 4 в, а ток накала 75 мА
Определим мощность электрического тока, поглощаемую нитью лампы:
Р= 0,075 А*4 В = 0,3 Вт.
Мощность электрического тока можно вычислить и другим путем. Предположим, что нам известны сила тока в цепи и сопротивление цепи, а напряжение неизвестно.
В этом случае мы воспользуемся знакомым нам соотношением из закона Ома:
U=IR
и подставим правую часть этого равенства (IR) в формулу (1) вместо напряжения U.
Тогда формула (1) примет вид:
P = I*U =I*IR
или
Р = I2*R. (2)
Например, требуется узнать, какая мощность теряется в реостате сопротивлением в 5 Ом, если через него проходит ток, силой 0,5 А. Пользуясь формулой (2), найдем:
P= I2*R = (0,5)2*5 =0,25*5 = 1,25 Вт.
Наконец, мощность электрического тока может быть вычислена и в том случае, когда известны напряжение и сопротивление, а сила тока неизвестна. Для этого вместо силы тока I в формулу (1) подставляется известное из закона Ома отношение U/R и тогда формула (1) приобретает следующий вид:
Р = I*U=U2/R (3)
Например, при 2,5 В падения напряжения на реостате сопротивлением в 5 Ом поглощаемая реостатом мощность будет равна:
Р = U2/R=(2,5)2/5=1,25 Вт
Таким образом, для вычисления мощности требуется знать любые две из величин, входящих в формулу закона Ома.
Мощность электрического тока равна работе электрического тока, производимой в течение одной секунды.
P = A/t
ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!
Похожие материалы:
Добавить комментарий
| Содержание: Включение потребителей в бытовые или промышленные электрические сети с использованием кабеля меньшей мощности, чем это необходимо, может вызвать серьезные негативные последствия. В первую очередь это приведет к постоянному срабатыванию автоматических выключателей или перегоранию плавких предохранителей. При отсутствии защиты питающий провод или кабель может перегореть. В результате перегрева изоляция оплавляется, а между проводами возникает короткое замыкание. Чтобы избежать подобных ситуаций, необходимо заранее выполнить расчет тока по мощности и напряжению, в зависимости от имеющейся однофазной или трехфазной электрической сети. Для чего нужен расчет токаРасчет величины тока по мощности и напряжению выполняется еще на стадии проектирования электрических сетей объекта. Полученные данные позволяют правильно выбрать питающий кабель, к которому будут подключаться потребители. Важно Для расчетов силы тока используется значение напряжения сети и полной нагрузки электрических приборов. В соответствии с величиной силы тока выбирается сечение жил кабелей и проводов. Если все потребители в доме или квартире известны заранее, то выполнение расчетов не представляет особой сложности. В дальнейшем проведение электромонтажных работ значительно упрощается. Таким же образом проводятся расчеты для кабелей, питающих промышленное оборудование, преимущественно электрические двигатели и другие механизмы. Расчет тока для однофазной сетиИзмерение силы тока производится в амперах. Для расчета мощности и напряжения используется формула I = P/U, в которой P является мощностью или полной электрической нагрузкой, измеряемой в ваттах. Данный параметр обязательно заносится в технический паспорт устройства. U – представляет собой напряжение рассчитываемой сети, измеряемое в вольтах. Взаимосвязь силы тока и напряжения хорошо просматривается в таблице:
Таким образом, взаимосвязь мощности и силы тока дает возможность выполнить предварительные расчеты нагрузок в однофазной сети. Таблица расчета поможет подобрать необходимое сечение провода, в зависимости от параметров.
Расчет тока для трехфазной сетиВ случае использования трехфазного электроснабжения вычисление силы тока производится по формуле: I = P/1,73U, в которой P означает потребляемую мощность, а U – напряжение в трехфазной сети. 1,73 является специальным коэффициентом, применяемым для трехфазных сетей. Так как напряжение в этом случае составляет 380 вольт, то вся формула будет иметь вид: I = P/657,4. Точно так же, как и в однофазной сети, диаметр и сечение проводников можно определить с помощью таблицы, отражающей зависимости этих параметров от различных нагрузок.
В некоторых случаях расчет тока по напряжению и мощности следует проводить с учетом полной реактивной мощности, присутствующей в электродвигателях, сварочном и другом оборудовании. Для таких устройств коэффициент мощности будет равен 0,8. Как рассчитать мощность тока |
— обзор
2.4 Стандарт IEEE 1459
В 1998 и 1999 годах появились две статьи Эмануэля [10,12] по этой теме. В этой работе автор принимает предложение Depenbrock и переопределяет результаты рабочей группы IEEE в соответствии с видением трехфазной системы с нейтральным проводником как четырехпроводной системы. Таким образом, Стандарт установил общее определение полной мощности, определил так называемое эффективное напряжение и эффективный ток, а затем предположил разложение эффективной полной мощности в терминах мощности, предложенных рабочей группой IEEE [5,6].
Определение полной мощности, которое обрабатывает Std 1459, выглядит следующим образом: полная мощность — это максимальная мощность, которая может быть передана в идеальных условиях (синусоидальная однофазная или синусоидальная сбалансированная трехфазная система) при одинаковом влиянии напряжения (на изоляция и потери холостого хода) и такое же влияние тока (или потери в линии) системы по сети.
Для этого определения действующее значение напряжения и действующего тока характеризуют влияние нагрузки на энергосистему, т.е.е. какое значение тока передается по линии, какая изоляция необходима и какие потери нагрузки ожидаются. Явное выражение кажущейся мощности зависит от воздействия, которое вызывает напряжение и ток в нагрузке. Таким образом, чтобы определить полную мощность, как определено выше, мы должны определить эквивалентный ток и эквивалентное напряжение сбалансированной системы прямой последовательности, оказывающие такое же влияние на сеть, как и фактические токи и напряжения в системе.
На рисунке 2.2 показана общая трехфазная система, в которой несимметричная нагрузка обеспечивается четырехпроводной системой.
Рисунок 2.2. Четырехпроводная трехфазная система, в которой сопротивление линейного и нулевого проводов одинаково.
Потери мощности в линиях составляют,
(2,46) ΔP = rIa2 + Ib2 + Ic2 + In2
Идеальная система должна рассеивать точно такую же мощность в линиях, Рисунок 2.3,
Рисунок 2.3. Эквивалентная трехфазная цепь для определения I e .
Нагрузка образована тремя равными резисторами, и линии работают тремя равными токами I e , затем
(2.47) ΔP = 3rIe2
Равенство выражений (2.46) и (2.47), эквивалентный или эффективный ток получается,
(2.48) Ie = 13Ia2 + Ib2 + Ic2 + In2
Следующий шаг — найти эквивалент напряжение В e . Это учитывает потери холостого хода в магнитных сердечниках трансформаторов и изолирует «перед нагрузкой» [6,13,14].
В первой версии Стандарта предполагается, что потери, зависящие от напряжения (без нагрузки), P Y , которые возникают из-за напряжений между фазой и нейтралью, и потери, зависящие от напряжения (без нагрузки), P Δ , которые из-за линейных напряжений равны, рисунок 2.4.
Рисунок 2.4. Проводимость, представляющая потери, зависящие от напряжения.
Это
(2.49) PΔ = 3GΔ3Ve2 = 3GYVe2 = PY ⇒ GΔ = 13GY
, где проводимости G Δ и G Y представлены для представления потерь, которые зависят от напряжения, P Δ и P Y соответственно. Эквивалентное напряжение дается формулой (2.50):
(2.50) GΔVab2 + Vbc2 + Vca2 + GYVan2 + Vbn2 + Vcn2 = 9GΔVe2 + 3GYVe2
Если учесть, как было сказано, что обе мощности равны, или что то же самое, что говоря G Δ = (1/3) G Y , тогда
(2.51) GΔVab2 + Vbc2 + Vca2 + 3GΔVan2 + Vbn2 + Vcn2 = 18GΔVe2
, откуда следует (2.52),
(2.52) Ve = 1183Van2 + Vbn2 + Vcn2 + Vab2 + Vbc2 + Vca2
трехпроводной -фазная система, где I n = 0, Стандарт рекомендует упрощенные выражения,(2,53) Ve = Vab2 + Vbc2 + Vca29; Т.е. = Ia2 + Ib2 + Ic23
, называемый Buchholz – Goodhue, и предложения по оригинальным работам рабочей группы IEEE, (2.14), (2.15).
Наконец, разделение эффективной полной мощности включено и опубликовано в стандарте IEEE 1459 в виде сводки,
(2.54) Se2 = P1 + 2 + Q1 + 2 + SU12 + DeI2 + DeV2 + Ph3 + Deh3
Это семь терминов мощности, которые были представлены в предыдущих разделах.
Напоминаем, что эти параметры мощности определяются на основе основных и гармонических эффективных составляющих напряжения и тока, и, следовательно, в среде стандарта IEEE они теперь принимают форму
(2,55) Ie12 = 13Ia12. + Ib12 + Ic12 + In12; Ieh3 = Ie2 + Ie12
для тока и,
(2,56) Ve12 = 1183Va12 + Vb12 + Vc12 + Vab12 + Vbc12 + Vca12; Veh3 = Ve2 − Ve12
для напряжения.
2.4.1 После Стандарта: Std 1459-2010
Несомненно, влияние Эмануэля повлияло на разработку и распространение Стандарта. Именно он председательствовал на рабочих заседаниях рабочей группы IEEE и, как признано в [15], взял на себя моральную ответственность за теоретическое и техническое содержание Стандарта. Стандарт отражает изменения, касающиеся принятия значений эквивалентного напряжения и тока, которым следовал только Эмануэль. В случае эквивалентного тока ясно, что предложения Depenbrock были приняты, а не в том случае, если эквивалентное напряжение менее наклонно и связано с потерями, от которых зависит напряжение.После того, как первое издание Стандарта было опубликовано, Эмануэль пересмотрел определение эквивалентного напряжения и тока в результате сотрудничества со Школой европейской энергетики, на этот раз с участием Виллемса [14]. Далее мы обсудим новые определения I e и V e по той же схеме, что и в предыдущем разделе.
Чтобы определить эквивалентный ток, трехфазная система, состоящая из несимметричной нагрузки, питаемой по четырехпроводной системе, где каждая из линий имеет сопротивление , а нейтральный провод принимает сопротивление, № .Рассеиваемая мощность линии составляет,
(2,57) ΔP = rIa2 + Ib2 + Ic2 + rnIn2
Идеальная система, состоящая из трех равных резисторов, питаемых системой сбалансированного напряжения нагрузки, подтверждает, что I a = I b = I c = I e , I n = 0 и, следовательно, должен рассеивать в линии точно такую же мощность, что и исходная система,
(2,58) ΔP = 3rIe2
Равенство двух выражений для Δ P — значение эквивалентного или действующего тока, I e ,
(2.59) Ie = 13Ia2 + Ib2 + Ic2 + ρIn2; ρ = rnr
Стандартное 1459 предполагает ρ = 1. В установках для типичного среднего и низкого напряжения ρ = 0,2 — 4. Сегодня цифровые приборы могут разработать оборудование для регулировки ρ для любого заданного значения.
Для определения эквивалентного напряжения, В e , предполагается, что нагрузка состоит из группы резисторов, подключенных в Y, и остаточной группы, подключенных в Δ. Эквивалентное сопротивление R Y и R Δ , соответственно, характеризует каждую группу.Критерий эквивалентности основан на идентичных электротермических эффектах, то есть
(2,60) Van2 + Vbn2 + Vcn2RY + Vab2 + Vbc2 + Vca2RΔ = 3Ve2RY + 9Ve2RΔ
Если вы определите соотношение мощностей (2.61),
1
(2.60) ) ξ = PΔPY = (9Ve2 / RΔ) (3Ve2 / RY) = 3RYRΔ
и подставляется в выражение (2.60), it (2.62),
(2.62) Van2 + Vbn2 + Vcn2RY + Vab2 + Vbc2 + Vca23RYξ = 3Ve2RY + 9Ve23RYξ
окончательно произведено (2,63),
(2,63) Ve = 3Van2 + Vbn2 + Vcn2 + ξVab2 + Vbc2 + Vca291 + ξ
Это новое определение V e представляет собой важное концептуальное изменение Emanuel .Фактически, как явно указано в [15], концепция потерь, зависящих от напряжения, была оставлена в пользу подхода нагрузки, которая передает эквивалентную активную мощность; именно так это было отражено в стандарте редакции 2010 г. [5].
Электрическое значение, связанное с этими понятиями, кратко изложено в следующем утверждении; Система обеспечивает передачу максимальной мощности идеально сбалансированной и симметричной с линейным током I, , , e и фазным напряжением В, , и .На рисунках 2.5 и 2.6 показаны компенсированная трехфазная система и ее эквивалентная схема соответственно.
Рисунок 2.5. Компенсация тока для трехфазной системы по схеме стандарта IEEE.
Рисунок 2.6. Эквивалентная схема для трехфазной системы согласно подходу IEEE.
Полная мощность, эквивалентное напряжение и ток также могут быть выражены с помощью симметричных составляющих. Если обозначены нижними индексами +, — и 0, компоненты положительной, отрицательной и нулевой последовательности, соответственно, имеют
(2.64) Ie = I + 2 + I − 2 + 1 + 3ρI02
(2.65) Ve = V + 2 + V − 2 + 11 + ξV02
Соотношения значений мощностей, ξ , приводят к различным ситуациям; четыре из них представляют интерес:
- 1.
P Δ = 0, ξ = 0, R Δ → ∞, R e = R Y ;
Нагрузки не соединяются по треугольнику:
(2.66) Ve = 13Van2 + Vbn2 + Vcn2
- 2.
P Y = 0, ξ → ∞, R Y → ∞ , R e = R Δ /3;
Нагрузка из трех проводов:
(2.67) Ve = Vab2 + Vbc2 + Vca29
- 3.
P Δ = P Y , ξ = 1, R Δ = 3 R Y , R e = R Y /2 = R Δ /6;
Ситуация, рекомендованная стандартом 1459:
(2.68) Ve = 1183Van2 + Vbn2 + Vcn2 + Vab2 + Vbc2 + Vca2
- 4.
P Δ = 3 P ξ = 3, R Δ = R Y , R e = R Y /4 = R Δ /4;
Случай, когда все сопротивления четырех проводников равны и дают то же выражение, что и в европейском подходе:
(2.69) Ve = 112Van2 + Vbn2 + Vcn2 + Vab2 + Vbc2 + Vca2
Различия между четырьмя ситуациями можно легко понять из выражений V e и I e на основе симметричных компонентов ( 2.55), (2.56). Таким образом, установлено, что основная причина несоответствия между четырьмя случаями связана с напряжением нулевой последовательности, В 0 , и отношением ξ . Только когда ξ → ∞, не влияет на напряжение нулевой последовательности.В энергосистемах В 0 обычно очень мало, так что ξ имеет очень небольшое влияние на значение В e .
Как рассчитать максимальный входной переменный ток
Как рассчитать максимальный входной переменный ток.
Ан-21
Знание максимального входного тока источника питания может быть полезно при выборе требований к электроснабжению, выборе автоматического выключателя, выбора входного кабеля переменного тока и разъема и даже при выборе изолирующего трансформатора для плавающих приложений.Вычислить максимальный входной ток довольно просто, зная несколько основных параметров и некоторую простую математику.
Номинальная мощность высоковольтного блока питания
Все блоки питания Spellman имеют заявленную максимальную номинальную мощность в ваттах. Это первый параметр, который нам понадобится, и его можно найти в паспорте продукта. У большинства блоков питания Spellman максимальная мощность указана прямо в номере модели. Как и в этом примере, SL30P300 / 115 представляет собой блок 30 кВ с положительной полярностью, который может обеспечить максимум 300 Вт; работает от входной линии 115Vac.
КПД источника питания
КПД источника питания — это отношение входной мощности к выходной мощности. Эффективность обычно указывается в процентах или в виде десятичной дроби меньше 1, например, 80% или 0,8. Чтобы вычислить входную мощность, мы берем заявленную максимальную выходную мощность и делим ее на эффективность:
300 Вт / 0,8 = 375 Вт
Коэффициент мощности
Коэффициент мощности — это отношение реальной мощности к полной используемой мощности. Обычно выражается в виде десятичного числа меньше 1.Реальная мощность выражается в ваттах, а полная мощность — в ВА (вольт-амперах). Однофазные импульсные источники питания без коррекции обычно имеют довольно низкий коэффициент мощности, например 0,65. Трехфазные импульсные источники питания без коррекции имеют более высокий коэффициент мощности, например 0,85. Устройства со схемой активной коррекции коэффициента мощности могут иметь очень хороший коэффициент мощности, например 0,98. В нашем примере выше источник питания представляет собой неисправный блок, питаемый от однофазной сети, поэтому:
375 Вт / 0,65 = 577 ВА
Напряжение входной линии
Нам нужно знать входное напряжение переменного тока, от которого устройство предназначено для питания .В приведенном выше примере входное напряжение переменного тока составляет 115 В переменного тока. Это номинальное напряжение, в действительности входное напряжение указано как ± 10%. Нам нужно вычесть 10%, чтобы учесть худший случай, состояние низкой линии:
115Vac — 10% = 103,5Vac
Максимальный входной переменный ток
Если мы возьмем 577 VA и разделим его на 103,5Vac, получим:
577 ВА / 103,5 В переменного тока = 5,57 ампер
Если наше входное напряжение переменного тока однофазное, то у нас есть ответ — 5,57 ампер.
Трехфазное входное напряжение
Блоки с трехфазным входным напряжением питаются от трех фаз, поэтому они имеют лучший коэффициент мощности, чем однофазные блоки.Также за счет наличия трех фаз, питающих агрегат, фазные токи будут меньше. Чтобы получить входной ток на каждую фазу, мы разделим наш расчет входного тока на √3 (1,73).
Рассчитаем этот пример: STR10N6 / 208. Из таблицы данных STR мы узнаем, что максимальная мощность составляет 6000 Вт, КПД составляет 90%, а коэффициент мощности составляет 0,85. Несмотря на то, что STR по проекту будет работать с напряжением до 180 В переменного тока, в этом примере он будет питаться от трехфазной сети 208 В переменного тока. Мы получаем максимальный входной ток на фазу следующим образом:
КПД источника питания
6000 Вт /.9 = 6666 Вт
Коэффициент мощности
6666 Вт / 0,85 = 7843 ВА
Напряжение входной линии
208 В переменного тока — 10% = 187 В переменного тока
Максимальный входной ток переменного тока
7843 ВА / 187 В переменного тока = 41,94 ампер (если он был однофазным)
Поправка для трехфазного входа
41,94 ампера / √3 (1,73) = 24,21 ампера на фазу
Итак, у нас есть два уравнения, одно для однофазных входов и одно для трехфазных входов:
Однофазное уравнение максимального входного тока
Входной ток = максимальная мощность / (КПД) (коэффициент мощности) (минимальное входное напряжение)
Уравнение трехфазного максимального входного тока
Входной ток = максимальная мощность / (КПД) (коэффициент мощности) (минимальное входное напряжение) ( √3)
Эти расчеты входного тока предназначены для наихудшего случая: предполагая, что блок работает на максимальной мощности, работает при низком уровне напряжения в сети и принимает во внимание КПД и коэффициент мощности.
Щелкните здесь, чтобы загрузить pdf.
Электроэнергия — Веб-формулы
Электрическая мощность определяется по формуле:P = V · I
Где V — напряжение, а I — ток.
Соответствующие единицы:
ватт (Вт) = вольт (В) · ампер (A)
Мощность также можно определить по следующим формулам:
P = I 2 · R ↔ R = P / I 2 ↔ I 9048/9049 R )
P = V 2 / R ↔ R = V 2 25 905 V 25 905 905 ↔ V = √ ( P · R )
Подробнее об Electric Power 9049 1
Электроэнергия определяется как скорость, с которой работа выполняется источником эл.м.ф. в поддержании тока в электрической цепи. Практическая единица мощности — киловатт и лошадиные силы; где 1 киловатт = 100 ватт и 1 л.с. = 746 ватт.
Если сопротивления (например, электрические приборы) соединены последовательно, ток через каждое сопротивление будет одинаковым. Тогда мощность электрического прибора, P α R и P α V (поскольку V = IR), это означает, что при последовательной комбинации сопротивлений разность потенциалов и потребляемая мощность будут больше при большем сопротивлении .
Если сопротивления ( i.е. электроприборов) подключены параллельно, разность потенциалов на каждом приборе одинакова. Тогда P α 1 / R и I α 1 / R (как V = IR), что означает, что при параллельной комбинации сопротивлений потребляемый ток и мощность будут больше при меньшем сопротивлении.
Для заданного напряжения В, , если сопротивление изменилось с R на ( R / n ), а потребляемая мощность изменилась с P на nP , затем в соответствии с P = V 2 / R , имеем:
P = V 2 / (R / n)) = n (V 2 / R) = nP, где R = R / n и P = nP
Когда приборы питания P 1 , P 2 , P 3 … P n включены последовательно с источником напряжения, эффективная потребляемая мощность ( P с ) определяется по формуле:
1/ P с = 1 / P 1 + 1 / P 2 + 1 / P 3 +… + 1 / P n
Для n приборов, каждый из сопротивление R , последовательно соединены с источником напряжения В, рассеиваемая мощность P s тогда задается как:
(1) P s = V 2 / n R
Когда приборы питания
P 1 , P 2 , P 3 … P n подключены параллельно источнику напряжения, эффективная мощность потреблено ( P p ) затем определяется следующим образом:P s = P 1 + P 2 + P 3 +… + P n
Для приборов n , каждое с равным сопротивлением R , подключено параллельно к источнику напряжения В , рассеиваемая мощность тогда определяется как:
(2) P p = В 2 / ( R / n) = n V 2 / R
Из (1) и (2) мы имеем P p / P s = n 2 или просто записать как : P p = n 2 P s .
В соответствии с приведенными выше формулами мы можем объяснить, что:
При группировке ламп серии по заданному источнику напряжения лампа большей мощности будет давать меньшую яркость и будет иметь меньший потенциал сопротивления, но тот же ток , тогда как в параллельном группировании лампочек по данному источнику напряжения лампа большей мощности даст большую яркость и позволит большему току проходить через нее, но будет иметь меньшее сопротивление и такую же разность потенциалов на нем.
Электроэнергия
Электроэнергия определяется как общая выполненная работа или энергия, поставленная источником ЭДС. при поддержании тока в электрической цепи в течение заданного времени:
Электрическая энергия = электрическая мощность × время = P × t
Таким образом, формула для электрической энергии имеет вид:
Электрическая энергия = P × t = V × I × t = I 2 × R × t = V 2 t / R
S.I единица электрической энергии — джоуль (обозначается Дж), где 1 джоуль = 1 ватт × 1 секунда = 1 вольт × 1 ампер × 1 секунда
Коммерческая единица электрической энергии — киловатт-час ( кВт · ч, ), где 1 кВтч = 1000 Вт h = 3,6 × 10 6 J = одна единица потребляемой электроэнергии .
Количество единиц потребляемой электроэнергии равно n = (общая мощность × время в часе) / 1000
Стоимость потребления электроэнергии в доме = количество.единиц потребленной электроэнергии × количество на одну единицу электроэнергии.
Максимальная мощность Теорема
В ней говорится, что выходная мощность источника тока максимальна, когда внутреннее сопротивление источника равно внешнему сопротивлению в цепи. Итак, если R — внешнее сопротивление цепи, а r — внутреннее сопротивление источника тока (то есть батареи), то выходная мощность максимальна, когда R = R.
Эта теорема применима ко всем типам источников ЭДС. и связан с выходной мощностью, а НЕ с рассеиваемой мощностью.
Если E — применяемая ЭДС. источника ЭДС. т.е. . батарея с внутренним сопротивлением r и R — внешнее сопротивление, тогда ток в цепи определяется как:
I = E / (R + r)
При максимальной выходной мощности R = r , поэтому имеем:
I = E / (r + r) = E / (2r)
и
максимальная выходная мощность:
P max = I 2 r = E 2 / (4r)
При коротком замыкании аккумулятора мощность равна нулю.В этом случае вся мощность батареи рассеивается внутри батареи из-за ее внутреннего сопротивления. Таким образом, мощность, рассеиваемая внутри батареи, определяется как: P = ( E / r) 2 × r = E 2 / r
КПД источника ЭДС.
КПД источника ЭДС. определяется как отношение выходной мощности (, т. е. , мощность на внешнем сопротивлении цепи, к входной мощности (т. е.мощность, потребляемая от источника ЭДС). Итак,
Где V = падение потенциала на внешнем сопротивлении R,
E = E.M.F. источника тока,
I = ток в цепи.
Если r — внутреннее сопротивление источника ЭДС, тогда
V = IR и E = I (R + r )
или
Когда мощность, полученная от источника, максимальная, тогда R = р. В данной ситуации имеем:
Таким образом, максимальная эффективность источника эл.м.ф. составляет 50%. Это означает, что для элемента только половина общей мощности, потребляемой из элемента, используется для полезных целей, тогда как другая половина рассеивается внутри элемента.
Пример 1:
Лифт должен поднимать 1000 кг на расстояние 100 м со скоростью 4 м / с. Какую в среднем мощность оказывает лифт во время этой поездки?
Решение:
Работу, проделанную лифтом на 100 метров, легко вычислить:
W = mgh = (1000) (9.8) (100) = 9,8 × 10 5 Дж.
Общее время поездки можно рассчитать по скорости лифта:
t = x / v = 100 м / 4 м / с = 25 с .
Таким образом, средняя мощность определяется по формуле: P = Вт / t = 9,8 × 10 5 / 25s = 3,9 × 10 4 Вт или 39 кВт.
Пример 2:
Считается, что объект в свободном падении достиг конечной скорости , если сопротивление воздуха становится достаточно сильным, чтобы противодействовать всему ускорению свободного падения, в результате чего объект падает с постоянной скоростью.Точное значение конечной скорости зависит от формы объекта, но для многих объектов оно может быть оценено на уровне 100 м / с. Когда объект весом 10 кг достиг предельной скорости, какую силу сопротивление воздуха оказывает на объект?
Решение: Для решения этой проблемы мы будем использовать уравнение P = Fv cos θ , Вместо обычного уравнения мощности, поскольку нам дана скорость объекта. Нам просто нужно вычислить силу, прилагаемую к объекту сопротивлением воздуха, и угол между силой и скоростью объекта.Поскольку объект достиг постоянной скорости, результирующая сила, действующая на него, должна быть равна нулю. Поскольку на объект действуют только две силы: сила тяжести и сопротивление воздуха, сопротивление воздуха должно быть равным по величине и противоположным по направлению силе тяжести. Таким образом, F a = — F G = мг = 98 Н, направленным вверх. Таким образом, сила, прилагаемая сопротивлением воздуха, антипараллельна скорости объекта. Таким образом:
P = Fv cos θ = (98) (100) (cos180) = — 9800 Вт
Пример 3: Мощность двигателя насоса составляет 4 кВт.Сколько воды в кг / мин он может поднять на высоту 20 м? (g = 10 м / с 2 )
Решение:
Заданная мощность двигателя P = 4KW = 4000 Вт
Если масса воды, поднятая за одну секунду, = m кг.
Общая работа, выполненная при подъеме воды, W = mgh
Мощность P = Вт / т, но t = 1 минута = 60 сек.
4000 = mgh / 60
4000 = (m × 10 × 20) / 60
m = 1200 кг.
Пример 4 : Когда вода течет по трубе, ее скорость изменяется на 5%, найти изменение силы воды?
Решение: Мощность = Сила × Скорость = Скорость изменения количества движения × скорость = {(масса / время) × скорость} x скорость = {(adv) × v} × v = adv 3 где «a» — площадь поперечного сечения, «d» — плотность воды, а «v» — скорость потока воды.
Следовательно, Сила воды прямо пропорциональна кубу скорости воды, поэтому пусть
P = Kv 3 (k — постоянная величина, равная ad.)
Ведение журнала с обеих сторон
log P = 3log v + log k
Дифференциация с обеих сторон
dP / P = 3.dv / v
процентное изменение мощности, dP / P × 100 = 3 × 5% = 15%.
Пример 5 : Кинетическая энергия выбрасываемой воды из плотины используется для вращения турбины. Труба, по которой устремляется вода — 2.4 метра и его скорость 12 м / сек. Предполагая, что вся кинетическая энергия воды используется для вращения турбины, вычислите производимый ток, если эффективность динамо-машины составляет 60% и станция передает мощность 240 кВ. Плотность воды = 10 3 кг / м 3 .
Решение: Учитывая, что
r = радиус трубы = 1,2 м, средняя скорость воды v = 12 м / с
V = 240 кВ = 240 × 10 3 вольт, плотность воды p = 10 3 кг / м 3 .
Теперь кинетическая энергия текущей воды в секунду, т.е.
Power P = (1/2) (массовый расход в секунду) × v 2
= (1/2) pr 2 (l / t) rv 2
= (1/2) pr 2 rv 3
= (1/2) 3,14 × (1,2) 2 × 10 3 × (12) 3 Вт
= 3,9 x 10 6 Вт
Ток в кабелях передачи определяется по формуле:
ток = выходная мощность / напряжение
= (60% мощности P) / (240 × 1000)
= [(60/100) × 3.9 × 10 6 ] / (240 × 1000) = 9,75 A
Трансформаторы | Физика
Цели обучения
К концу этого раздела вы сможете:
- Объясните, как работает трансформатор.
- Рассчитайте напряжение, ток и / или количество витков с учетом других величин.
Трансформаторы делают то, что подразумевает их название — они преобразуют напряжения из одного значения в другое (используется термин напряжение, а не ЭДС, потому что трансформаторы имеют внутреннее сопротивление).Например, многие сотовые телефоны, ноутбуки, видеоигры, электроинструменты и небольшие приборы имеют встроенный трансформатор (как на рис. 1), который преобразует 120 В или 240 В переменного тока в любое напряжение, используемое устройством. Трансформаторы также используются в нескольких точках систем распределения электроэнергии, таких как показано на рисунке 2. Мощность передается на большие расстояния при высоком напряжении, потому что для данного количества мощности требуется меньший ток, а это означает меньшие потери в линии, как это было раньше. обсуждалось ранее.Но высокое напряжение представляет большую опасность, поэтому трансформаторы используются для получения более низкого напряжения в месте нахождения пользователя.
Рис. 1. Подключаемый трансформатор становится все более знакомым с ростом количества электронных устройств, которые работают от напряжения, отличного от обычных 120 В переменного тока. Большинство из них находятся в диапазоне от 3 до 12 В. (кредит: Shop Xtreme)
Рисунок 2. Трансформаторы изменяют напряжение в нескольких точках системы распределения электроэнергии. Электроэнергия обычно вырабатывается при напряжении более 10 кВ и передается на большие расстояния при напряжениях более 200 кВ, а иногда и до 700 кВ, чтобы ограничить потери энергии.Местное распределение электроэнергии по районам или промышленным предприятиям проходит через подстанцию и передается на короткие расстояния с напряжением от 5 до 13 кВ. Оно снижено до 120, 240 или 480 В для безопасности на месте отдельного пользователя.
Тип трансформатора, рассматриваемый в этом тексте (см. Рисунок 3), основан на законе индукции Фарадея и очень похож по конструкции на устройство Фарадея, которое использовалось для демонстрации того, что магнитные поля могут вызывать токи. Две катушки называются первичной обмоткой и вторичной обмоткой .При нормальном использовании входное напряжение подается на первичную обмотку, а вторичная обмотка создает преобразованное выходное напряжение. Мало того, что железный сердечник улавливает магнитное поле, создаваемое первичной катушкой, его намагниченность увеличивает напряженность поля. Поскольку входное напряжение переменного тока, изменяющийся во времени магнитный поток направляется во вторичную обмотку, вызывая ее выходное переменное напряжение.
Рис. 3. Типичная конструкция простого трансформатора имеет две катушки, намотанные на ферромагнитный сердечник, ламинированный для минимизации вихревых токов.Магнитное поле, создаваемое первичной обмоткой, в основном ограничивается и увеличивается сердечником, который передает его вторичной обмотке. Любое изменение тока в первичной обмотке вызывает ток во вторичной обмотке.
Для простого трансформатора, показанного на рисунке 3, выходное напряжение В, , , , почти полностью зависит от входного напряжения В, , p и соотношения количества витков в первичной и вторичной катушках. Закон индукции Фарадея для вторичной обмотки дает наведенное выходное напряжение В с равным
.[латекс] {V} _ {\ text {s}} = — {N} _ {\ text {s}} \ frac {\ Delta \ Phi} {\ Delta t} \\ [/ latex],
, где N s — количество витков во вторичной катушке, а Δ Φ / Δ t — скорость изменения магнитного потока.Обратите внимание, что выходное напряжение равно индуцированной ЭДС ( В с = ЭДС с ), при условии, что сопротивление катушки невелико (разумное предположение для трансформаторов). Площадь поперечного сечения катушек одинакова с обеих сторон, как и напряженность магнитного поля, поэтому Δ Φ / Δ t одинаковы с обеих сторон. Входное первичное напряжение В p также связано с изменением магнитного потока на
[латекс] {V} _ {p} = — {N} _ {\ text {p}} \ frac {\ Delta \ Phi} {\ Delta t} \\ [/ latex].
Причина этого немного более тонкая. Закон Ленца говорит нам, что первичная катушка противодействует изменению магнитного потока, вызванному входным напряжением В p , отсюда знак минус (это пример самоиндукции , тема, которая будет исследована в некоторых подробнее в следующих разделах). Предполагая пренебрежимо малое сопротивление катушки, правило петли Кирхгофа говорит нам, что наведенная ЭДС точно равна входному напряжению. Соотношение этих двух последних уравнений дает полезное соотношение:
[латекс] \ frac {{V} _ {\ text {s}}} {{V} _ {\ text {p}}} = \ frac {{N} _ {\ text {s}}} {{ N} _ {\ text {p}}} \\ [/ latex]
Это известно как уравнение трансформатора , и оно просто утверждает, что отношение вторичного напряжения к первичному в трансформаторе равно отношению количества контуров в их катушках.Выходное напряжение трансформатора может быть меньше, больше или равно входному напряжению, в зависимости от соотношения количества петель в их катушках. Некоторые трансформаторы даже обеспечивают переменный выход, позволяя выполнять подключение в разных точках вторичной обмотки. Повышающий трансформатор — это трансформатор, который увеличивает напряжение, тогда как понижающий трансформатор снижает напряжение. Если предположить, что сопротивление незначительно, выходная электрическая мощность трансформатора равна его входной.На практике это почти верно — КПД трансформатора часто превышает 99%. Уравнивание входной и выходной мощности,
P p = I p V p = I s V s = P s .
Перестановка терминов дает
[латекс] \ frac {{V} _ {\ text {s}}} {{V} _ {\ text {p}}} = \ frac {{I} _ {\ text {p}}} {{ I} _ {\ text {s}}} \\ [/ latex].
В сочетании с [латексом] \ frac {{V} _ {\ text {s}}} {{V} _ {\ text {p}}} = \ frac {{N} _ {\ text {s}} } {{N} _ {\ text {p}}} \\ [/ latex], мы находим, что
[латекс] \ frac {{I} _ {\ text {s}}} {{I} _ {\ text {p}}} = \ frac {{N} _ {\ text {p}}} {{ N} _ {\ text {s}}} \\ [/ latex]
— это соотношение между выходным и входным токами трансформатора.Таким образом, если напряжение увеличивается, ток уменьшается. И наоборот, если напряжение уменьшается, ток увеличивается.
Пример 1. Расчет характеристик повышающего трансформатора
Портативный рентгеновский аппарат имеет повышающий трансформатор, входное напряжение которого 120 В преобразуется в выходное напряжение 100 кВ, необходимое для рентгеновской трубки. Первичная обмотка имеет 50 петель и потребляет ток 10,00 А. а) Какое количество петель во вторичной обмотке? (b) Найдите текущий выходной сигнал вторичной обмотки.
Стратегия и решение для (а)Решаем [латекс] \ frac {{V} _ {\ text {s}}} {{V} _ {\ text {p}}} = \ frac {{N} _ {\ text {s}}} {{N} _ {\ text {p}}} \\ [/ latex] для [latex] {N} _ {\ text {s}} \\ [/ latex] для N s , номер петель во вторичной обмотке и введите известные значения.{4} \ end {array} \\ [/ latex].
Обсуждение для (а)Для создания такого большого напряжения требуется большое количество контуров во вторичной обмотке (по сравнению с первичной). Это справедливо для трансформаторов с неоновой вывеской и трансформаторов, подающих высокое напряжение внутри телевизоров и электронно-лучевых трубок.
Стратегия и решение для (b)Аналогичным образом мы можем найти выходной ток вторичной обмотки, решив [latex] \ frac {{I} _ {\ text {s}}} {{I} _ {\ text {p}}} = \ frac {{N } _ {\ text {p}}} {{N} _ {\ text {s}}} \\ [/ latex] для [латекса] {I} _ {\ text {s}} \\ [/ latex] для I с и ввод известных значений.{4}} = 12,0 \ text {mA} \ end {array} \\ [/ latex].
Обсуждение для (б)Как и ожидалось, текущий выход значительно меньше входного. В некоторых зрелищных демонстрациях используются очень большие напряжения для образования длинных дуг, но они относительно безопасны, поскольку выход трансформатора не обеспечивает большой ток. Обратите внимание, что потребляемая мощность здесь составляет P p = I p V p = (10,00 A) (120 В) = 1.20 кВт. Это равно выходной мощности P p = I s V s = (12,0 мА) (100 кВ) = 1,20 кВт, как мы предполагали при выводе используемых уравнений.
Тот факт, что трансформаторы основаны на законе индукции Фарадея, проясняет, почему мы не можем использовать трансформаторы для изменения постоянного напряжения. Если нет изменений в первичном напряжении, значит, во вторичной обмотке нет напряжения. Одна из возможностей — подключить постоянный ток к первичной катушке через переключатель.Когда переключатель размыкается и замыкается, вторичная обмотка вырабатывает напряжение, подобное показанному на рисунке 4. На самом деле это не практичная альтернатива, и переменный ток обычно используется везде, где необходимо увеличивать или уменьшать напряжения.
Рис. 4. Трансформаторы не работают с входом чистого постоянного напряжения, но если он включается и выключается, как показано на верхнем графике, выход будет выглядеть примерно так, как показано на нижнем графике. Это не тот синусоидальный переменный ток, который нужен большинству устройств переменного тока.
Пример 2. Расчет характеристик понижающего трансформатора
Зарядное устройство, предназначенное для последовательного подключения десяти никель-кадмиевых аккумуляторов (суммарная ЭДС 12.5 В постоянного тока) должен иметь выход 15,0 В для зарядки аккумуляторов. В нем используется понижающий трансформатор с первичной обмоткой на 200 контуров и входным напряжением 120 В. (а) Сколько витков должно быть во вторичной катушке? (б) Если ток зарядки составляет 16,0 А, каков ток на входе?
Стратегия и решение для (а)Можно ожидать, что вторичный узел будет иметь небольшое количество петель. Решение [латекс] \ frac {{V} _ {\ text {s}}} {{V} _ {\ text {p}}} = \ frac {{N} _ {\ text {s}}} {{ N} _ {\ text {p}}} \\ [/ latex] для [latex] {N} _ {\ text {s}} \\ [/ latex] для N s и ввод известных значений дает
[латекс] \ begin {array} {lll} {N} _ {\ text {s}} & = & {N} _ {\ text {p}} \ frac {{V} _ {\ text {s} }} {{V} _ {\ text {p}}} \\ & = & \ left (\ text {200} \ right) \ frac {15.0 \ text {V}} {120 \ text {V}} = 25 \ end {array} \\ [/ latex]
Стратегия и решение для (b)Текущие входные данные могут быть получены путем решения [latex] \ frac {{I} _ {\ text {s}}} {{I} _ {\ text {p}}} = \ frac {{N} _ {\ text {p}}} {{N} _ {\ text {s}}} \\ [/ latex] для I p и ввод известных значений. Это дает
[латекс] \ begin {array} {lll} {I} _ {\ text {p}} & = & {I} _ {\ text {s}} \ frac {{N} _ {\ text {s} }} {{N} _ {\ text {p}}} \\ & = & \ left (16.0 \ text {A} \ right) \ frac {25} {200} = 2.00 \ text {A} \ end {array} \\ [/ latex]
ОбсуждениеКоличество петель во вторичной обмотке невелико, как и ожидалось для понижающего трансформатора. Мы также видим, что небольшой входной ток дает больший выходной ток в понижающем трансформаторе. Когда трансформаторы используются для управления большими магнитами, они иногда имеют небольшое количество очень тяжелых контуров во вторичной обмотке. Это позволяет вторичной обмотке иметь низкое внутреннее сопротивление и производить большие токи. Заметим еще раз, что это решение основано на предположении о 100% КПД — или выходная мощность равна входной мощности ( P p = P с ), что является разумным для хороших трансформаторов.В этом случае первичная и вторичная мощность составляют 240 Вт. (Убедитесь в этом сами для проверки согласованности.) Обратите внимание, что никель-кадмиевые батареи необходимо заряжать от источника постоянного тока (как и аккумулятор на 12 В). Таким образом, выход переменного тока вторичной катушки необходимо преобразовать в постоянный ток. Это делается с помощью так называемого выпрямителя, в котором используются устройства, называемые диодами, которые пропускают только односторонний ток.
Трансформаторынаходят множество применений в системах электробезопасности, которые обсуждаются в разделе «Электробезопасность: системы и устройства».
Исследования PhET: ГенераторГенерируйте электричество с помощью стержневого магнита! Откройте для себя физику, лежащую в основе этого явления, исследуя магниты и узнайте, как их можно использовать, чтобы зажечь лампочку.
Щелкните, чтобы загрузить симуляцию. Запускать на Java.
Сводка раздела
- Трансформаторы используют индукцию для преобразования напряжения из одного значения в другое.
- Для трансформатора напряжения на первичной и вторичной обмотках связаны соотношением
[латекс] \ frac {{V} _ {\ text {s}}} {{V} _ {\ text {p}}} = \ frac {{N} _ {\ text {s}}} {{ N} _ {\ text {p}}} \\ [/ latex],
, где V p и V s — это напряжения на первичной и вторичной обмотках, имеющих N p и N s витков.
- Токи I p и I s в первичной и вторичной обмотках связаны соотношением [латекс] \ frac {{I} _ {\ text {s}}} {{I} _ {\ текст {p}}} = \ frac {{N} _ {\ text {p}}} {{N} _ {\ text {s}}} \\ [/ latex].
- Повышающий трансформатор увеличивает напряжение и снижает ток, тогда как понижающий трансформатор снижает напряжение и увеличивает ток.
Концептуальные вопросы
1. Объясните, что вызывает физические вибрации трансформаторов с частотой, в два раза превышающей используемую мощность переменного тока.
Задачи и упражнения
1. Подключаемый трансформатор, показанный на рисунке 4, подает 9,00 В в систему видеоигр. (a) Сколько витков во вторичной обмотке, если ее входное напряжение составляет 120 В, а первичная обмотка имеет 400 витков? (б) Какой у него входной ток, когда его выход 1,30 А?
2. Американская путешественница в Новой Зеландии несет трансформатор для преобразования стандартных 240 В в Новой Зеландии в 120 В, чтобы она могла использовать в поездке небольшие электроприборы.а) Каково соотношение витков первичной и вторичной обмоток ее трансформатора? (б) Каково отношение входного тока к выходному? (c) Как новозеландец, путешествующий по Соединенным Штатам, мог использовать этот же трансформатор для питания своих устройств на 240 В от 120 В?
3. В кассетном магнитофоне используется подключаемый трансформатор для преобразования 120 В в 12,0 В с максимальным выходным током 200 мА. (а) Каков текущий ввод? б) Какая потребляемая мощность? (c) Является ли такое количество мощности приемлемым для небольшого прибора?
4.(а) Каково выходное напряжение трансформатора, используемого для аккумуляторных батарей фонарика, если его первичная обмотка имеет 500 витков, вторичная — 4 витка, а входное напряжение составляет 120 В? (b) Какой входной ток требуется для получения выходного сигнала 4,00 А? (c) Какая потребляемая мощность?
5. (a) Подключаемый трансформатор для портативного компьютера выдает 7,50 В и может обеспечивать максимальный ток 2,00 А. Каков максимальный входной ток, если входное напряжение составляет 240 В? Предположим 100% эффективность. (b) Если фактический КПД меньше 100%, потребуется ли входной ток больше или меньше? Объяснять.
6. Многоцелевой трансформатор имеет вторичную катушку с несколькими точками, в которых может быть снято напряжение, давая на выходе 5,60, 12,0 и 480 В. (a) Входное напряжение составляет 240 В на первичную катушку с 280 витками. Какое количество витков в частях вторичной обмотки используется для создания выходного напряжения? (b) Если максимальный входной ток составляет 5,00 А, каковы максимальные выходные токи (каждый из которых используется отдельно)?
7. Крупная электростанция вырабатывает электроэнергию напряжением 12,0 кВ.Его старый трансформатор когда-то преобразовывал напряжение до 335 кВ. Вторичная обмотка этого трансформатора заменяется, так что его выходная мощность может составлять 750 кВ для более эффективной передачи по пересеченной местности на модернизированных линиях электропередачи. (а) Каково соотношение оборотов в новой вторичной системе по сравнению со старой? (b) Каково отношение нового текущего выхода к старому (при 335 кВ) при той же мощности? (c) Если модернизированные линии передачи имеют одинаковое сопротивление, каково отношение потерь мощности в новых линиях к старым?
8.Если выходная мощность в предыдущей задаче составляет 1000 МВт, а сопротивление линии составляет 2,00 Ом, каковы были потери в старой и новой линии?
9. Необоснованные результаты Электроэнергия на 335 кВ переменного тока из линии электропередачи подается в первичную обмотку трансформатора. Отношение числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки составляет N s / N p = 1000. (a) Какое напряжение индуцируется во вторичной обмотке? б) Что неразумного в этом результате? (c) Какое предположение или предпосылка ответственны?
10. Создайте свою проблему Рассмотрим двойной трансформатор, который будет использоваться для создания очень больших напряжений. Устройство состоит из двух этапов. Первый — это трансформатор, который выдает намного большее выходное напряжение, чем его входное. Выход первого трансформатора используется как вход для второго трансформатора, который дополнительно увеличивает напряжение. Постройте задачу, в которой вы вычисляете выходное напряжение последней ступени на основе входного напряжения первой ступени и количества витков или петель в обеих частях обоих трансформаторов (всего четыре катушки).Также рассчитайте максимальный выходной ток последней ступени на основе входного тока. Обсудите возможность потерь мощности в устройствах и их влияние на выходной ток и мощность.
Глоссарий
- трансформатор:
- Устройство, преобразующее напряжение из одного значения в другое с помощью индукции
- уравнение трансформатора:
- уравнение, показывающее, что отношение вторичного напряжения к первичному в трансформаторе равно отношению количества витков в их катушках; [латекс] \ frac {{V} _ {\ text {s}}} {{V} _ {\ text {p}}} = \ frac {{N} _ {\ text {s}}} {{N} _ {\ text {p}}} \\ [/ latex]
- повышающий трансформатор:
- трансформатор, повышающий напряжение
- понижающий трансформатор:
- трансформатор, понижающий напряжение
Избранные решения проблем и упражнения
1.(а) 30.0 (б) 9.75 × 10 −2 A
3. (а) 20,0 мА (б) 2,40 Вт (в) Да, такая мощность вполне разумна для небольшого прибора.
5. (a) 0,063 A (b) Требуется больший входной ток.
7. (а) 2,2 (б) 0,45 (в) 0,20, или 20,0%
9. (a) 335 МВ (b) слишком высокое, намного выше напряжения пробоя воздуха на разумных расстояниях (c) входное напряжение слишком высокое
Децибел дБ для диаграммы мощности и тока или напряжения | Уровни децибел
Тележка уровней децибел в зависимости от соотношения мощности, напряжения и тока.
Децибел, дБ Учебное пособие включает:
Децибел, дБ — основы
Таблица уровней децибел
дБмВт в дБВт и таблица преобразования мощности
Таблица преобразования дБм в ватты и вольты
дБ, децибел онлайн калькулятор
Неперс
В таблице ниже представлена диаграмма уровней децибел, преобразованных в отношения мощности, отношения напряжения и тока.
Уровни децибел выбираются для большого количества различных значений, чтобы можно было легко оценить уровни децибел в цепи или системе.
| График децибел / Таблица уровней дБ | ||
|---|---|---|
| Децибелы, дБ Уровень | Коэффициент мощности | Коэффициент тока или напряжения |
| 0,1 | 1,023 | 1.012 |
| 0,2 | 1,047 | 1,023 |
| 0,3 | 1.072 | 1.035 |
| 0,4 | 1,096 | 1,047 |
| 0,5 | 1,122 | 1,059 |
| 0,6 | 1,148 | 1,072 |
| 0,7 | 1,175 | 1,084 |
| 0.8 | 1,202 | 1,096 |
| 0,9 | 1,230 | 1,109 |
| 1,0 | 1,259 | 1,122 |
| 2,0 | 1,585 | 1,259 |
| 3,0 | 1,995 | 1,413 |
| 4.0 | 2,512 | 1,585 |
| 5,0 | 3,162 | 1,778 |
| 6,0 | 3,981 | 1,995 |
| 7,0 | 5,012 | 2,239 |
| 8,0 | 6.310 | 2,512 |
| 9.10 | 100000 | |
Эта таблица различных уровней децибел, связанных с различными отношениями мощности и напряжения или тока, может быть полезна для быстрого определения отношения мощностей, выраженного в децибелах.
Следует помнить, что при использовании отношений напряжения или тока два показания следует снимать для точек с одинаковым импедансом, в противном случае это необходимо учитывать. В противном случае указанные уровни децибел будут неверными.
Дополнительные концепции и учебные пособия по основам электроники:
Напряжение
Текущий
Мощность
Сопротивление
Емкость
Индуктивность
Трансформеры
Децибел, дБ
Законы Кирхгофа
Q, добротность
РЧ шум
Вернуться в меню «Основные понятия электроники».. .
Как рассчитать трехфазную мощность
Обновлено 12 ноября 2018 г.
Ли Джонсон
Трехфазная мощность — широко используемый метод для выработки и передачи электроэнергии, но вычисления, которые вам нужно выполнить, немного сложнее сложнее, чем для однофазных систем. Тем не менее, при работе с уравнениями трехфазной мощности вам не нужно ничего делать, поэтому вы сможете легко решить любую поставленную вам задачу трехфазного питания.Главное, что вам нужно сделать, это найти ток с учетом мощности в цепи или наоборот.
TL; DR (слишком долго; не читалось)
Выполните расчет трехфазной мощности по формуле:
P = √3 × pf × I × V
Где pf — коэффициент мощности, I — ток, В, — напряжение, а P — мощность.
Однофазное и трехфазное питание
Однофазное и трехфазное питание — это термины, описывающие электричество переменного тока (AC).Ток в системах переменного тока постоянно изменяется по амплитуде (т. Е. По размеру) и направлению, и это изменение обычно принимает форму синусоидальной волны. Это означает, что он плавно изменяется с серией пиков и спадов, описываемых синусоидальной функцией. В однофазных системах такая волна всего одна.
Двухфазные системы разделяют его на две части. Каждая секция тока сдвинута по фазе с другой на половину цикла. Таким образом, когда одна из волн, описывающих первую часть переменного тока, находится на пике, другая — на минимальном значении.
Однако двухфазное питание встречается нечасто. Трехфазные системы используют тот же принцип разделения тока на противофазные составляющие, но с тремя вместо двух. Три части тока сдвинуты по фазе на треть цикла каждая. Это создает более сложную схему, чем двухфазное питание, но они одинаково компенсируют друг друга. Каждая часть тока равна по размеру, но противоположна направлению двух других частей, вместе взятых.
Формула трехфазной мощности
Наиболее важные уравнения трехфазной мощности связывают мощность ( P , в ваттах) с током ( I , в амперах) и зависят от напряжения ( В ).В уравнении также присутствует «коэффициент мощности» ( pf ), который учитывает разницу между реальной мощностью (которая выполняет полезную работу) и полной мощностью (которая подается в схему). Большинство типов расчетов трехфазной мощности выполняется с использованием этого уравнения:
P = √3 × pf × I × V
Здесь просто указано, что мощность является квадратным корнем из трех (около 1,732), умноженным на коэффициент мощности (обычно от 0,85 до 1, см. Ресурсы), ток и напряжение.Не позволяйте символам пугать вас, используя это уравнение; Как только вы включите все необходимые составляющие в уравнение, им будет легко пользоваться.
Преобразование кВт в А
Допустим, у вас есть напряжение, общая мощность в киловаттах (кВт) и коэффициент мощности, и вы хотите знать ток (в амперах, А) в цепи. Изменив приведенную выше формулу расчета мощности, получим:
I = P / (√3 × pf × V)
Если ваша мощность выражена в киловаттах (т.е.е., тысячи ватт) лучше всего либо преобразовать его в ватты (умножив на 1000), либо сохранить в киловаттах, убедитесь, что ваше напряжение указано в киловольтах (кВ = вольт ÷ 1000). Например, если у вас коэффициент мощности 0,85, мощность 1,5 кВт и напряжение 230 В, просто укажите мощность как 1500 Вт и вычислите:
I = P / (√3 × pf × V)
= 1500 Вт / √3 × 0,85 × 230 В
Эквивалентно, мы могли бы работать с кВ (учитывая, что 230 В = 0,23 кВ), и найти то же самое:
I = P / (√3 × pf × V)
= 1.5 кВт / √3 × 0,85 × 0,23 кВ
Преобразование ампер в кВт
Для обратного процесса используйте форму приведенного выше уравнения:
P = √3 × pf × I × V
Просто умножьте свои известные значения, чтобы найти ответ. Например, с I = 50 A, V = 250 V и pf = 0,9, это дает:
P = √3 × pf × I × V
= √3 × 0,9 × 50 A × 250 В
Так как это большое число, преобразуйте его в кВт, используя (значение в ваттах) / 1000 = (значение в киловаттах).
19 486 Вт / 1000 = 19,486 кВт
Вт и вольт-амперы — что такое кВА и как его рассчитать?
Вы когда-нибудь задумывались, почему некоторые номинальные мощности выражаются в Ваттах, некоторые — в АМПЕРАХ или АМПЕР, некоторые — в ВОЛЬТАХ, а некоторые — в кВА? На этой странице простым языком объясняется разница между номинальными значениями мощности и описывается, когда каждый из них следует использовать в вашем центре обработки данных и при планировании сетевой архитектуры.
КВА — это просто 1000 вольт ампер. вольт — электрическое давление. ампер — электрический ток. Термин, называемый полной мощностью , (абсолютное значение комплексной мощности, S) равен произведению вольт и ампер.
С другой стороны, ватт (Вт) — это мера реальной мощности. Реальная мощность — это количество фактической мощности, которая может быть получена из цепи. Когда напряжение и ток в цепи совпадают, реальная мощность равна полной мощности. Однако, чем меньше совпадают волны тока и напряжения, реальная мощность передается меньше, даже если в цепи по-прежнему течет ток.Различия между реальной и полной мощностью и, следовательно, ваттами и вольтами ампер возникают из-за неэффективности передачи электроэнергии.
Результирующая неэффективность электрической передачи может быть измерена и выражена в виде отношения, называемого коэффициентом мощности . Коэффициент мощности — это отношение (число от 0 до 1) активной и полной мощности. В случае коэффициента мощности 1,0 реальная мощность равна полной мощности. В случае коэффициента мощности 0,5 активная мощность примерно вдвое меньше полной мощности.
Развертывание систем с более высоким коэффициентом мощности приводит к меньшим потерям электроэнергии и может помочь повысить эффективность использования энергии (PUE). Большинство источников бесперебойного питания (ИБП) будут указывать средний коэффициент мощности и нагрузочную способность ИБП в реальном времени в дополнение к кВА.