Įtampos kritimas

Sąvokos ir formulės

Prie kiekvienos varžos r, praeinant srovei I, atsiranda įtampa U = I ∙ r, kuri paprastai vadinama šios varžos įtampos kritimu.

Jei grandinėje yra tik viena varža r, visa šaltinio įtampa Ust patenka į šią varžą.

Jei grandinėje yra dvi nuosekliai sujungtos varžos r1 ir r2, tai varžose U1 = I ∙ r1 ir U2 = I ∙ r2 įtampų suma, t.y. įtampos kritimas lygus šaltinio įtampai: Ust = U1 + U2.

Maitinimo įtampa lygi įtampos kritimų grandinėje sumai (2-asis Kirchhoffo dėsnis).

Pavyzdžiai

1. Koks įtampa krinta lempos, kurios varža r = 15 omų, kaitinamajame siūle, kai praeina I = 0,3 A srovė (1 pav.)?

Ryžiai. 1.

Įtampos kritimų skaičius Omo dėsnis: U = I ∙ r = 0,3 ∙ 15 = 4,5 V.

Įtampa tarp 1 ir 2 lempos taškų (žr. diagramą) yra 4,5 V. Lempa dega normaliai, jei per ją teka vardinė srovė arba tarp 1 ir 2 taškų yra vardinė įtampa (nurodyta vardinė srovė ir įtampa ant lempos).

2. Dvi identiškos 2,5 V įtampos ir 0,3 A srovės lemputės yra sujungtos nuosekliai ir prijungtos prie kišeninės baterijos, kurios įtampa 4,5 V. Koks įtampos kritimas susidaro atskirų lempučių gnybtuose (2 pav. )) ?

Ryžiai. 2.

Identiškos lemputės turi vienodą varžą r. Sujungus juos nuosekliai, per juos teka ta pati srovė I. Iš to seka, kad jie turės vienodus įtampos kritimus, šių įtampų suma turi būti lygi šaltinio įtampai U = 4,5 V. Kiekviena lemputė turi 4 įtampą , 5: 2 = 2,25 V.

Galite išspręsti šią problemą ir atlikti nuoseklų skaičiavimą. Lemputės varžą skaičiuojame pagal duomenis: rl = 2,5 / 0,3 = 8,33 Ohm.

Grandinės srovė I = U / (2rl) = 4,5 / 16,66 = 0,27 A.

Įtampos kritimas lemputėje U = Irl = 0,27 ∙ 8,33 = 2,25 V.

3. Įtampa tarp bėgio ir tramvajaus linijos kontaktinio laido yra 500 V. Apšvietimui naudojamos keturios vienodos, nuosekliai sujungtos lempos. Kokiai įtampai reikia pasirinkti kiekvieną lempą (3 pav.)?

Ryžiai. 3.

Identiškos lempos turi vienodą varžą, per kurią teka ta pati srovė. Įtampos kritimas lempose taip pat bus toks pat. Tai reiškia, kad kiekvienai lempai bus 500: 4 = 125 V.

4. Dvi 40 ir 60 W galios lempos, kurių vardinė įtampa 220 V, yra sujungtos nuosekliai ir prijungiamos prie tinklo, kurio įtampa 220 V. Koks įtampos kritimas atsiranda kiekvienoje iš jų (4 pav.)?

Ryžiai. 4.

Pirmoji lempa turi varžą r1 = 1210 omų, o antroji r2 = 806,6 omų (šildomoje būsenoje). Srovė, einanti per lempas, yra I = U / (r1 + r2) = 220 / 2016,6 = 0,109 A.

Įtampos kritimas pirmoje lempoje U1 = I ∙ r1 = 0,109 ∙ 1210 = 132 V.

Įtampos kritimas antroje lempoje U2 = I ∙ r2 = 0,109 ∙ 806,6 = 88 V.

Didesnės varžos lempa turi didesnį įtampos kritimą ir atvirkščiai. Abiejų lempų siūleliai yra labai silpni, tačiau 40 W lempa yra šiek tiek stipresnė nei 60 W lempa.

5. Kad elektros variklio D įtampa (5 pav.) būtų lygi 220 V, ilgosios linijos pradžioje (elektrinėje) įtampa turi būti didesnė nei 220 V. įtampos kritimas (nuostolis) prisijungęs. Kuo didesnė linijos varža ir srovė joje, tuo didesnis įtampos kritimas linijoje.

Ryžiai. 5.

Mūsų pavyzdyje įtampos kritimas kiekviename linijos laide yra 5 V. Tada jėgainės šynose įtampa turi būti lygi 230 V.

6. Vartotoją maitina 80 V baterija, kurios srovė yra 30 A. Normaliam vartotojo darbui 16 mm2 skerspjūvio aliuminio laiduose leistinas 3 % įtampos kritimas. Koks didžiausias atstumas nuo akumuliatoriaus iki vartotojo?

Leistinas įtampos kritimas linijoje U = 3/100 ∙ 80 = 2,4 V.

Laidų varžą riboja leistinas įtampos kritimas rpr = U / I = 2,4 / 30 = 0,08 Ohm.

Naudodamiesi varžos nustatymo formule, apskaičiuojame laidų ilgį: r = ρ ∙ l / S, iš kur l = (r ∙ S) / ρ = (0,08 ∙ 16) / 0,029 = 44,1 m.

Jei vartotojas yra 22 m atstumu nuo akumuliatoriaus, įtampa joje bus mažesnė nei 80 V, esant 3%, t.y. lygus 77,6 V.

7. 20 km ilgio telegrafo linija pagaminta iš 3,5 mm skersmens plieninės vielos. Grįžtamoji linija pakeičiama įžeminimu per metalines šynas. Perėjimo tarp magistralės ir žemės varža yra rz = 50 omų.Kokia turi būti akumuliatoriaus įtampa linijos pradžioje, jei relės varža linijos gale yra рп = 300 Ohm, o relės srovė I = 5 mA?

Ryžiai. 6.

Sujungimo schema parodyta fig. 6. Paspaudus telegrafo jungiklį signalo siuntimo taške, relė priėmimo taške linijos gale pritraukia armatūrą K, kuri savo ruožtu savo kontaktu įjungia registratoriaus ritę. Išėjimo įtampa turi kompensuoti įtampos kritimą linijoje, priėmimo relėje ir įžeminimo šynų trumpalaikes varžas: U = I ∙ rl + I ∙ rр + I ∙ 2 ∙ rр; U = I ∙ (rр + рр + 2 ∙ rр).

Šaltinio įtampa lygi srovės ir visos grandinės varžos sandaugai.

Vielos skerspjūvis S = (π ∙ d ^ 2) / 4 = (π ∙ 3,5 ^ 2) / 4 = 9,6 mm2.

Linijos varža rl = ρ ∙ l / S = 0,11 ∙ 20 000 / 9,6 = 229,2 omo.

Rezultatas atsparumas r = 229,2 + 300 + 2 ∙ 50 = 629,2 Ohm.

Išėjimo įtampa U = I ∙ r = 0,005 ∙ 629,2 = 3,146 V; U≈3,2 V.

Įtampos kritimas linijoje, praeinant srovei I = 0,005 A, bus: Ul = I ∙ rl = 0,005 ∙ 229,2 = 1,146 V.

Santykinai mažas įtampos kritimas linijoje pasiekiamas dėl mažos srovės vertės (5 mA). Todėl priėmimo taške turi būti jautri relė (stiprintuvas), kuri įjungiama silpnu 5 mA impulsu ir per savo kontaktą įjungia kitą, galingesnę relę.

8. Kokia aukšta lempų įtampa grandinėje pav. 28, kai: a) variklis neįjungtas; b) užsiveda variklis; c) variklis veikia.

Variklis ir 20 lempų prijungti prie 110 V maitinimo tinklo.Lempos skirtos 110 V ir 40 W. Variklio paleidimo srovė Ip = 50 A, vardinė In = 30 A.

Įvesta varinė viela yra 16 mm2 skerspjūvio ir 40 m ilgio.

Fig. 7 ir problemos sąlygas, matyti, kad dėl variklio ir lempos srovės krenta linijos įtampa, todėl apkrovos įtampa bus mažesnė nei 110V.

Ryžiai. 7.

U = 2 ∙ Ul + Ulamp.

Todėl lempų įtampa Ulamp = U-2 ∙ Ul.

Būtina nustatyti įtampos kritimą linijoje esant skirtingoms srovėms: Ul = I ∙ rl.

Visos linijos atsparumas

2 ∙ rl = ρ ∙ (2 ∙ l) / S = 0,0178 ∙ (2 ∙ 40) / 16 = 0,089 omo.

Srovė, einanti per visas lempas

20 ∙ lemputė = 20 ∙ 40/110 = 7,27 A.

Tinklo įtampos kritimas, kai dega tik lemputės (be variklio),

2 ∙ Ul = Ilamp ∙ 2 ∙ rl = 7,27 ∙ 0,089 = 0,65 V.

Šiuo atveju lempų įtampa yra:

Ulamp = U-2 ∙ Ul = 110-0,65 = 109,35 V.

Užvedus variklį, lemputės šviečia silpniau, nes įtampos kritimas linijoje yra didesnis:

2 ∙ Ul = (Ilamp + Idv) ∙ 2 ∙ rl = (7,27 + 50) ∙ 0,089 = 57,27 ∙ 0,089 = 5,1 V.

Mažiausia lempų įtampa užvedant variklį bus:

Ulamp = Uc-2, Ul = 110-5,1 = 104,9 V.

Kai variklis veikia, įtampos kritimas linijoje yra mažesnis nei užvedus variklį, bet didesnis nei tada, kai variklis išjungtas:

2 ∙ Ul = (Ilamp + Inom) ∙ 2 ∙ rl = (7,27 + 30) ∙ 0,089 = 37,27 ∙ 0,089 = 3,32 V.

Įprasto variklio veikimo metu lempų įtampa yra:

Ulamp = 110-3,32 = 106,68 V.

Net nedidelis lempų įtampos sumažėjimas, palyginti su vardine verte, labai paveikia apšvietimo ryškumą.