Srovė, įtampa, galia: pagrindinės elektros charakteristikos

Elektrą žmogus jau seniai naudoja savo poreikiams tenkinti, tačiau ji nematoma, nesuvokiama juslėmis, todėl sunkiai suvokiama. Siekiant supaprastinti elektrinių procesų paaiškinimą, jie dažnai lyginami su judančio skysčio hidraulinėmis charakteristikomis.

Pavyzdžiui, į mūsų butą ji ateina laidu Elektros energija iš nuotolinių generatorių ir vandens iš čiaupo iš slėgio siurblio. Tačiau jungiklis išjungia šviesą, o uždarytas vandens maišytuvas neleidžia vandeniui bėgti iš maišytuvo. Norėdami atlikti darbą, turite įjungti jungiklį ir atidaryti čiaupą.

Nukreiptas laisvųjų elektronų srautas per laidus pateks į lemputės giją (tekės elektros srovė), kuri skleis šviesą. Iš maišytuvo ištekantis vanduo nutekės į kriauklę.

Ši analogija taip pat leidžia suprasti kiekybines charakteristikas, susieti srovės stiprumą su skysčio judėjimo greičiu ir įvertinti kitus parametrus.

Tinklo įtampa lyginama su skysčio šaltinio energijos potencialu. Pavyzdžiui, padidinus hidraulinį slėgį iš siurblio vamzdyje, bus sukurtas didelis skysčio judėjimo greitis, o padidės įtampa (arba skirtumas tarp fazės potencialų - įvesties laido ir darbinio nulio - išėjimo). padidins lemputės kaitinimą, jos spinduliavimo stiprumą .

Elektros grandinės varža lyginama su hidraulinio srauto stabdymo jėga. Srauto greičiui įtakos turi:

• skysčio klampumas;

• užsikimšimas ir kanalų skerspjūvio pasikeitimas. (Jei yra vandens maišytuvas, valdymo vožtuvo padėtis.)

Elektrinės varžos vertę įtakoja keli veiksniai:

• medžiagos struktūra, kuri lemia laisvųjų elektronų buvimą laidininke ir veikia pasipriešinimas; 

• srovės laidininko skerspjūvio plotas ir ilgis;

• temperatūros.

Elektros galia taip pat lyginama su hidraulikos srauto energetiniu potencialu ir apskaičiuojama pagal atliktą darbą per laiko vienetą. Elektros prietaiso galia išreiškiama vartojama srove ir taikoma įtampa (kintamosios srovės ir nuolatinės srovės grandinėms).

Visas šias elektros charakteristikas tyrė žinomi mokslininkai, kurie apibrėžė srovę, įtampą, galią, varžą ir matematiniais metodais apibūdino jų tarpusavio ryšius.

Šioje lentelėje pateikiami bendrieji kintamosios srovės ir nuolatinės srovės grandinių ryšiai, kurie gali būti naudojami konkrečių grandinių veikimui analizuoti.

Pažvelkime į keletą jų naudojimo pavyzdžių.

1 pavyzdys. Kaip apskaičiuoti varžą ir galią

Tarkime, kad norite pasirinkti srovės ribotuvą, kuris maitintų apšvietimo grandinę. Žinome borto tinklo „U“ maitinimo įtampą, lygią 24 voltams, o srovės suvartojimą „I“ 0,5 amperų, ​​kurių negalima viršyti. Pagal Omo dėsnio (9) išraišką apskaičiuojame varžą «R». R = 24 / 0,5 = 48 omai.

Iš pirmo žvilgsnio nustatoma rezistoriaus vertė. Tačiau to nepakanka. Kad sema veiktų patikimai, reikia apskaičiuoti galią pagal srovės suvartojimą.

Pagal Džaulio-Lenco dėsnį aktyvioji galia «P» yra tiesiogiai proporcinga srovei «I», einančiai per laidą, ir taikomai įtampai «U». Šis ryšys aprašomas lentelėje (11) formule. žemiau.

Skaičiuojame: P = 24×0,5 = 12 W.

Tą pačią reikšmę gauname, jei naudojame formules (10) arba (12).

Apskaičiavus rezistoriaus galią pagal jo suvartojamą srovę matyti, kad pasirinktoje grandinėje reikia naudoti 48 omų ir 12 W varžą. Mažesnės galios rezistorius neatlaikys taikomų apkrovų, įkais ir perdegs. su laiko srove.

Šis pavyzdys rodo priklausomybę nuo to, kaip apkrovos srovė ir tinklo įtampa veikia vartotojo galią.

2 pavyzdys. Kaip apskaičiuoti srovę

Kištukinių lizdų grupei, skirtai buitiniams elektros prietaisams maitinti virtuvėje, būtina pasirinkti apsauginį grandinės pertraukiklį. Prietaisų galia pagal paso duomenis yra 2,0, 1,5 ir 0,6 kW.

Atsakymas. Bute naudojamas 220 voltų vienfazis kintamosios srovės tinklas. Visų vienu metu į darbą prijungtų įrenginių bendra galia bus 2,0 + 1,5 + 0,6 = 4,1 kW = 4100 W.

Naudodami (2) formulę nustatome bendrą vartotojų grupės srovę: 4100/220 = 18,64 A.

Artimiausio vardinio grandinės pertraukiklio išjungimo greitis yra 20 amperų. Mes jį pasirenkame. Mašina, kurios vertė mažesnė nei 16 A, visam laikui išsijungs nuo perkrovos.

Kintamosios srovės elektros grandinių parametrų skirtumai

Vienfaziai tinklai

Analizuojant elektros prietaisų parametrus, būtina atsižvelgti į jų veikimo kintamosios srovės grandinėse ypatumus, kai dėl pramoninio dažnio įtakos kondensatoriuose atsiranda talpinės apkrovos (jos paslenka srovės vektorių 90 laipsnių). laipsniais į priekį nuo įtampos vektoriaus), o ritės apvijose – indukcinės (srovė 90 laipsnių atsilieka nuo įtampos). Elektrotechnikoje jos vadinamos reaktyviosiomis apkrovomis... Kartu jos sukuria reaktyviosios galios nuostolius «Q», kurie neatlieka jokio naudingo darbo.

Esant aktyvioms apkrovoms, nėra fazės poslinkio tarp srovės ir įtampos.

Tokiu būdu prie elektros prietaiso galios aktyviosios vertės kintamosios srovės grandinėse pridedamas reaktyvusis komponentas, dėl kurio padidėja bendra galia, kuri paprastai vadinama pilna ir nurodoma indeksu «S».

Kintamoji sinusinė srovė vienfaziame tinkle

Elektros srovė ir dažnio įtampa laikui bėgant kinta sinusoidiškai. Atitinkamai, keičiasi valdžia. Jų parametrų nustatymas skirtingais laiko momentais nėra labai prasmingas. Todėl suminės (integruojančios) vertės parenkamos tam tikram laikotarpiui, paprastai svyravimo periodui T.

Žinodami kintamosios ir nuolatinės srovės grandinių parametrų skirtumus, kiekvienu konkrečiu atveju galite teisingai apskaičiuoti galią per srovę ir įtampą.

Trifaziai tinklai

Iš esmės jie susideda iš trijų identiškų vienfazių grandinių, kompleksinėje plokštumoje paslinkusių viena kitos atžvilgiu 120 laipsnių. Jie šiek tiek skiriasi kiekvienos fazės apkrovomis, perkeldami srovę nuo įtampos kampu phi. Dėl šio nelygumo nuliniame laidininke susidaro srovė I0.

Kintamoji sinusinė srovė trifaziame tinkle

Įtampa šioje sistemoje susideda iš fazinės įtampos (220 V) ir linijos įtampos (380 V).

Trifazio srovės įrenginio, prijungto prie grandinės, galia yra kiekvienos fazės komponentų suma. Jis matuojamas naudojant specialius prietaisus: vatmetrus (aktyvus komponentas) ir varmetrus (reaktyvus). Remiantis vatmetro ir varmetro matavimais, naudojant trikampio formulę, galima apskaičiuoti bendrą trifazio srovės įrenginio energijos suvartojimą.

Taip pat yra netiesioginis matavimo metodas, pagrįstas voltmetro ir ampermetro naudojimu su vėlesniais gautų verčių skaičiavimais.

Taip pat galite apskaičiuoti bendrą srovės suvartojimą, žinodami tariamosios galios S dydį. Norėdami tai padaryti, pakanka jį padalinti iš linijos įtampos vertės.