Jak obliczyć moc, prąd i napięcie: zależności ilości

Jak obliczyć moc, prąd i napięcie: zasady i przykłady obliczeń dla warunków życia

Właściciele mieszkań, domów prywatnych i innych obiektów zelektryfikowanych często stają przed pytaniem o określenie wartości podstawowych wielkości elektrycznych, ponieważ nie jest łatwo obliczyć moc z dopuszczalnego natężenia prądu i znanego napięcia lub rozwiązać odwrotność problem.

Bezpośrednie zastosowanie dobrze znanego prawa Ohma bez uwzględnienia specyfiki sieci i urządzeń domowych może prowadzić do nieprawidłowego wyniku.

W tym artykule zrozumiemy, czym jest moc i powiemy, jak obliczyć ten wskaźnik.

Podstawowe pojęcia dotyczące ilości

Obliczenia elektryczne oparte są na dobrze znanych zależnościach pomiędzy natężeniem prądu (I, Amper), wartością napięcia (U, Volt), wartością mocy (P, Watt) i rezystancją (R, Ohm). Praktyczne obliczenia zwykle wymagają znajomości wartości pierwszych trzech.

Ostrzegamy, że wyrażenia liczbowe wymienionych wartości nie wystarczą – potrzebne są dodatkowe cechy, które ujawniają tryb zużycia energii.

Siła prądu elektrycznego

Obliczenie wystarczającego przekroju przewodów i wartości znamionowej wyłącznika dla określonej gałęzi sieci elektrycznej przeprowadza się zgodnie z wartością maksymalnej możliwej dla tego odcinka natężenia prądu. Jest to konieczne, aby zapobiec sytuacji pożaru okablowania, który często prowadzi do pożaru.

Parametry pracy maszyn i RCD dobierane są zgodnie z wymaganiami przepisów. Do określenia dopuszczalnego przekroju żył w zależności od maksymalnej możliwej natężenia prądu należy posłużyć się tabelą dostarczoną przez producenta wyrobu, ponieważ kable najczęściej wykonywane są według specyfikacji technicznych, a nie według GOST.

Kabel zgodny z GOST i TU

Mając to samo oznaczenie, kable wyprodukowane zgodnie z GOST (po lewej) i TU (po prawej) różnią się zarówno wizualnie, jak i podstawowymi cechami

Ponieważ możliwe jest obliczenie natężenia prądu elektrycznego przez moc pobieraną przez urządzenia i napięcie sieciowe, konieczne jest prawidłowe określenie wartości tych dwóch wskaźników.

Napięcie w sieciach domowych

Wielu właścicieli mieszkań uważa, że ​​standardowe napięcie fazowe do użytku domowego wynosi około 220 V. W większości przypadków to prawda. Chociaż według GOST 29322-2014 od 01.10.2015 na terenie Federacji Rosyjskiej miało nastąpić przejście na system 230 V kompatybilny z krajami EWG.

Dopuszczalne jest odchylenie 5% od normy na dowolny okres, a 10% na okres nieprzekraczający 1 godziny. Tak więc, zgodnie ze starymi zasadami, wartość napięcia może wynosić od 198 do 242 V, a zgodnie z aktualnym GOST – od 207 do 253 V.

Zdarzają się również przypadki, gdy napięcie w sieci przez długi czas jest znacznie niższe od normy. Taka sytuacja ma miejsce, gdy całkowita moc urządzeń elektrycznych podłączonych do oddziału jest znacznie wyższa niż planowano, a gdy większość z nich jest włączona, następuje „wyczerpywanie się sieci”.

Problem ten pojawia się w obszarze odpowiedzialności organizacji odpowiedzialnych za dostawy energii elektrycznej i jest związany z przeciążeniem transformatorów rozdzielczych, amortyzacją podstacji czy niewystarczającym przekrojem przewodów.

Spalony silnik lodówki

Zmniejszone napięcie wejściowe prowadzi nie tylko do zmiany parametru natężenia prądu i ewentualnego zadziałania zabezpieczenia, ale także do szybkiego przebicia urządzeń elektrycznych zawierających asynchroniczne silniki elektryczne lub skomplikowaną elektronikę

READ
Przekaźniki impulsowe do sterowania oświetleniem i ich zastosowanie

Aby poznać wartość rzeczywistego napięcia, konieczne jest okresowe mierzenie za pomocą woltomierza. Jeśli wskaźniki bardzo się zmieniają, konieczne jest zastosowanie stabilizatora lub droższego konwertera z funkcją urządzenia magazynującego energię.

Niuanse w koncepcji mocy urządzeń elektrycznych

Wszystkie urządzenia zużywające energię elektryczną mają taki parametr jak moc. Im wyższy wskaźnik, tym więcej energii urządzenie pobiera z obwodu.

Istnieją trzy rodzaje mocy:

  • Aktywny (P). Charakteryzuje szybkość przekazywania energii elektrycznej do innej postaci, np. elektromagnetycznej lub termicznej. Należy to uwzględnić przy obliczaniu nieodwracalnych kosztów energii elektrycznej, a co za tym idzie kosztu urządzenia. Jednostką miary jest W.
  • Reaktywny (Q). Charakteryzuje energię, która pochodzi ze źródła (transformatora) do reaktywnych elementów odbiornika (kondensatory, uzwojenia silnika), ale następnie niemal natychmiast wraca do źródła. Jednostką miary jest W lub var (dekodowanie to reaktywny woltamper).
  • Pełny (S). Charakteryzuje obciążenie, jakie konsument nakłada na elementy obwodu. Stosuje się go przy obliczaniu pola przekroju kabla i doborze wartości nominalnej maszyn, czyli obliczenie natężenia prądu odbywa się zgodnie z całkowitą mocą wszystkich urządzeń elektrycznych podłączonych do okrążenie. Jednostką miary jest W lub V * A (V * A – woltampery).

Wszystkie te parametry można przeliczyć poprzez kąt przesunięcia fazowego, który występuje między wektorem napięcia a prądem (f):

Do urządzeń gospodarstwa domowego, w których łączna moc może znacznie przewyższać moc czynną należą lodówki, pralki, świetlówki i niektóre lampy energooszczędne, a także energoelektronika.

Parametry asynchronicznego silnika AGD

Na silnikach zwykle podaje się moc czynną i współczynnik. W tym przypadku moc pozorną oblicza się w następujący sposób: S = P / cos(f) = 750 / 0.78 = 962 W

Istnieje również coś takiego jak moc szczytowa lub początkowa. Faktem jest, że przyspieszenie silników wymaga znacznie więcej wysiłku niż utrzymanie ich w ruchu. Dlatego po włączeniu urządzeń takich jak lodówka lub pralka następuje krótkotrwały wzrost obciążenia w sekcji obwodu.

Prądy rozruchowe mogą być kilkakrotnie wyższe niż prądy robocze. Przy obliczaniu wymaganego przekroju kabli i doborze wartości nominalnej maszyny należy to uwzględnić.

Aby to zrobić, musisz określić urządzenie o największej różnicy między mocą początkową a mocą roboczą i dodać je do całkowitej wartości. Prądy rozruchowe innych urządzeń można zignorować, ponieważ prawdopodobieństwo jednoczesnego włączenia silników dla różnych odbiorców jest praktycznie zerowe.

Relacje liniowe i fazowe

Teraz rozpowszechniła się praktyka łączenia przedmiotów gospodarstwa domowego z trójfazowymi sieciami elektrycznymi.

Jest to uzasadnione z następujących powodów:

  • Znaczne zużycie energii elektrycznej. W takim przypadku zasilanie sieci jednofazowej o dużej mocy będzie bardzo nieracjonalne ze względu na duży przekrój kabla i duże zużycie materiału transformatora.
  • Obecność urządzeń działających z trzech faz. Wdrożenie schematu podłączenia takiego urządzenia do obwodu jednofazowego nie jest bardzo proste i jest obarczone zakłóceniami, które występują na przykład podczas uruchamiania silnika asynchronicznego.
READ
Jak sprawdzić uziemienie w gnieździe: sposoby sprawdzania za pomocą urządzeń © Geostart

Istnieją dwa sposoby podłączenia urządzeń trójfazowych – „gwiazda” i „trójkąt”.

Wspólne schematy sieci trójfazowej

Schematy ideowe przesyłu energii elektrycznej w trzech fazach. Otrzymali nazwę „gwiazda” i „trójkąt” ze względu na ich geometryczne podobieństwo do tych obiektów.

W obwodach gwiazdowych prądy liniowe i fazowe są identyczne, a napięcie liniowe jest 1,73 razy większe niż napięcie fazowe:

Ta formuła wyjaśnia dobrze znany stosunek napięcia dla domowych i niskonapięciowych sieci przemysłowych o częstotliwości 50 Hz: 220 / 380 V (zgodnie z nowym GOST: 230 / 400 V).

Przeciwnie, gdy trójkąt jest podłączony, napięcie jest takie samo, a prądy liniowe są większe niż prądy fazowe:

Te formuły można stosować tylko przy symetrycznym obciążeniu fazowym. Jeżeli pobór prądu w kablach jest inny (odbiornik single-ended), to obliczenia wykonuje się zgodnie z regułami algebry wektorowej, a powstały prąd wyrównawczy jest kompensowany przez przewód neutralny. Jednak w przypadku sieci z podłączonymi urządzeniami gospodarstwa domowego takie przypadki są rzadkie.

Związek głównych wielkości

Najczęstszym zadaniem, przed którym stają zwykli konsumenci, jest obliczenie rzeczywistej siły prądu. Jak więc poprawnie obliczyć natężenie prądu na podstawie znanych wartości napięcia i mocy? Należy go rozwiązać przy uzasadnianiu wartości przekroju przewodów i wartości nominalnej maszyny, mając informacje techniczne o urządzeniach, które będą zasilane w tym obwodzie.

Po obliczeniu natężenia prądu często wybierany jest kabel o najmniejszym dopuszczalnym przekroju. Jednak nie zawsze jest to poprawne, ponieważ takie rozwiązanie prowadzi do znacznych ograniczeń, gdy konieczne jest dodanie do sieci nowych urządzeń elektrycznych.

Czasami konieczne jest wsteczne obliczenie i określenie, ile urządzeń całkowitej mocy można podłączyć przy znanym napięciu i maksymalnej dopuszczalnej sile prądu, która jest ograniczona istniejącym okablowaniem.

Możesz rozwiązać te dwa problemy dla obwodu jednofazowego za pomocą prostej formuły:

gdzie S – całkowita moc pozorna wszystkich odbiorców elektrycznych.

Stosunek ilości zgodnie z prawem Ohma

Wykres kołowy, który odzwierciedla prawo Ohma i wyraża zależność mocy, prądu, napięcia i rezystancji, jest odpowiedni do obliczania parametrów obwodu jednofazowego

Aby rozwiązać problem obliczania natężenia prądu ze znanych lub obliczonych wartości mocy i napięcia w obwodzie trójfazowym, konieczne jest poznanie całkowitego obciążenia nałożonego na każdą fazę.

Zarówno wymagany przekrój żył kabla, jak i minimalną dopuszczalną moc znamionową maszyny dobiera się wzdłuż najbardziej ruchliwej linii, biorąc pod uwagę, że:

Dozwoloną moc dla każdej z faz można obliczyć za pomocą następującego wzoru:

gdzie I – maksymalny dopuszczalny prąd dla istniejącego okablowania.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Obliczanie natężenia prądu według mocy dla doboru przekroju kabla:

Określenie zużycia energii przez grupy urządzeń elektrycznych na przykładzie domu prywatnego:

Obliczenie natężenia prądu w celu określenia parametrów okablowania lub określenie dopuszczalnej mocy w istniejącym obwodzie można wykonać niezależnie. Aby poprawnie rozwiązać zadanie, należy wziąć pod uwagę niuanse pojawiające się w praktyce, a nie tylko używać dobrze znanych formuł, które działają w „idealnych” warunkach.

READ
Ważne parametry i cechy lamp LED

Jeśli masz jakiekolwiek pytania dotyczące tematu artykułu lub możesz uzupełnić ten materiał ciekawymi informacjami, zostaw swoje uwagi w poniższym bloku.

Jak obliczyć moc, prąd i napięcie: zasady i przykłady obliczeń

Instalowanie wyłączników, wybór odcinka drutu, wybór nowego urządzenia elektrycznego do celów domowych – wszystko to wymaga wiedzy i umiejętności manipulowania podstawowymi cechami prądu elektrycznego. Napięcie, prąd, moc są ze sobą nierozerwalnie związane, zmiana jednego wpływa na resztę. Ta zależność, a także definicja różnych cech, zostaną omówione w tym artykule.

Jak znaleźć prąd, znając moc i napięcie?

W metalach, z których wykonane są druty, w pracy biorą udział wolne elektrony. Na zaciskach źródła prądu powstaje siła, która zmusza ładunki do poruszania się wzdłuż przewodnika. Siła ta nazywana jest siłą elektromotoryczną (emf). W obwodach stałych elektrony opuszczają źródło z jednego zacisku i są „wciągane” przez drugi. Kiedy elektrony się poruszają, wykonywana jest pewna praca, w zależności od napięcia i prądu. Zależność natężenia prądu od mocy i napięcia widać we wzorze:

P=UI

gdzie P to moc, W; U to napięcie, V; Ja – prąd, A.

Co jest aktualne? Dla jasności weźmy kilka rzek, których woda płynie z tą samą prędkością. Jednak kanał jest inny dla każdego: niektóre rzeki są szerokie, inne wąskie, niektóre głębokie lub płytkie. Oczywiste jest, że ilość wody przechodzącej przez punkt kontrolny będzie różna dla każdego. Okazuje się, że im głębsza lub szersza rzeka, tym więcej wody przez nią przepływa.

To samo dotyczy elektronów – im więcej przechodzą przez punkt na przewodniku, tym więcej mamy prądu. W przeciwieństwie do rzek, które mogą przelewać się podczas powodzi, nadmiar nośników ładunku nie może wyjść poza drut. Sposób obliczania przepustowości kabla zostanie omówiony w ostatnim podtytule.

Porównajmy zależność natężenia prądu od mocy i napięcia. W tym celu korzystamy z powyższego wzoru.

Uwaga! Ta formuła dotyczy prądu stałego. Różnica w stosunku do napięcia AC zostanie omówiona w następnym podtytule.

Po pierwsze, wszystkie wartości należy sprowadzić do jednego systemu. Jeśli moc jest wyrażona w kilowatach lub miliwatach, należy je przeliczyć na waty. W jednym kilowacie jest 1 watów. W jednym wacie jest 000 miliwatów. To samo dotyczy napięcia. Jeśli przerobisz formułę w tej formie: I u1d PU, możesz obliczyć prąd. Na przykład jest żelazko o mocy 000 kW, jak sprawdzić prąd?

Mierzymy napięcie w gniazdku za pomocą woltomierza, jeśli nie ma urządzenia, możemy uznać je za równe 220 V. Przeliczamy kilowaty żelaza na waty, otrzymujemy 1 watów. Wstawiamy te wartości do wzoru:

Jak znaleźć napięcie, znając siłę prądu?

Porozmawiajmy ponownie o stałym napięciu. Napięcie to siła działająca na naładowane cząstki, powodująca ich ruch. Wróćmy do rzeki. Nawet jeśli jest szeroka i głęboka, ale woda w niej się nie poruszy, nie będzie w stanie wykonać żadnej pracy. Ruch wody następuje z powodu różnicy poziomów powierzchni ziemi. Im większa różnica między poziomami dna w jakimś obszarze, tym szybszy będzie przepływ i tym więcej pracy może wykonać woda.

READ
Jak wybrać gniazda i przełączniki: przegląd najlepszych marek na rynku © Geostart

Napięcie w pewnym sensie można porównać z takim spadkiem: im wyższe napięcie dla tego samego prądu, tym większą moc ma energia przechodząca przez przewodnik. Przy stałym napięciu elektrony zawsze poruszają się w tym samym kierunku, ale istnieją bardziej złożone schematy zmiany napięcia lub prądu:

  • zmienny;
  • okresowy;
  • sinusoidalny;
  • quasi-stacjonarny;
  • Wysoka częstotliwość;
  • pulsowanie;
  • jednokierunkowy.

Te odmiany często idą ze sobą w parze. Tak więc w sieci domowej używane są jednocześnie trzy odmiany: zmienna, okresowa, sinusoidalna. Zmienne napięcie wskazuje przeciwne znaki napięcia w ciągu jednego okresu. Dzieje się to w następujący sposób: napięcie rośnie od zera do maksymalnej wartości dodatniej, następnie spada do zera i spada do maksymalnej wartości ujemnej. Ponieważ takie zmiany zachodzą w równym czasie, nazywa się je okresowymi. Płynne przejścia są sinusoidalne, co odpowiada nazwie takiego prądu.

Napięcie zmienne może być:

  • jednofazowy;
  • dwufazowy;
  • trójfazowy.

W pierwszym przypadku występuje przewód fazowy i neutralny. Kiedy ładunek jest podłączony, elektrony poruszają się w jednym kierunku, a potem w drugim. Aby określić stosunek napięcia i mocy w prądzie przemiennym, stosuje się wartość średnią kwadratową. Określa się to przez podgrzanie obciążenia o tej samej wartości. Najpierw przepływa przez pewien czas prąd stały o jednym napięciu i mierzona jest temperatura grzania testowanego elementu. Następnie empirycznie dobiera się takie napięcie przemienne, przy którym w tym samym czasie zachodzi to samo nagrzewanie.

W przypadku jednofazowego prądu przemiennego będzie on mniejszy niż wartość amplitudy. Oznacza to, że w sieci woltomierz pokazuje 220 V rms, a amplituda wyniesie 311 V.

Wyjaśnienie! Na napięcie przemienne silnie wpływa pojemność i indukcyjność, zmniejszając moc użyteczną, ale w tym artykule nie będziemy tego szczegółowo analizować.

Prąd dwufazowy może być przesunięty, jak na przykład dwie fazy pobrane z sieci trójfazowej, lub przeciwnie. W tym drugim przypadku fazy działają w taki sposób, że maksymalna dodatnia wartość jednej fazy odpowiada maksymalnej ujemnej wartości drugiej.

Sieć trójfazowa służy do wytworzenia wirującego pola magnetycznego. Zwykle są do niego podłączone silniki elektryczne. Jeśli uzwojenia są połączone w trójkąt, całkowita moc każdej fazy będzie równa mocy liniowej. Po podłączeniu zgodnie ze schematem gwiazdy całkowita moc będzie bardziej liniowa. Schemat połączeń silnika elektrycznego znajduje się na jego tabliczce znamionowej (tabliczce).

Wyznaczanie napięcia przy znanym prądzie i mocy odbywa się według tego samego wzoru. W przypadku określenia napięcia trójfazowego należy wziąć pod uwagę schemat podłączenia obciążenia i czy dodać współczynnik.

READ
Kompaktowe lampy fluorescencyjne: przegląd odmian najlepszych producentów © Geostart

Jak obliczyć moc, znając siłę prądu i napięcia?

Mając do czynienia z prądem i napięciem, łatwiej będzie obliczyć moc za pomocą tego samego wzoru. Jednak dla prądu przemiennego rozróżnia się kilka mocy:

  • natychmiastowy;
  • aktywny;
  • reaktywny;
  • kompletny.

Moc chwilowa jest obliczana w momencie pomiaru i może bardzo różnić się od mocy pozornej. Moc czynna nazywana jest mocą użyteczną, którą określa wzór:

Cosinus fi w prądzie sinusoidalnym to współczynnik mocy wyrażony jako procent od 0 do 100 lub liczby od 0 do 1. Pokazuje przesunięcie fazowe między prądem a napięciem. Dla sieci trójfazowej całkowita moc czynna jest sumą mocy poszczególnych faz.

Moc bierna uwzględnia pobór energii dla obciążenia biernego (indukcyjność, kondensator, uzwojenie silnika), które powraca ponownie do źródła. W tym celu stosuje się formułę:

Moc pozorna składa się z mocy czynnej i biernej, a moc bierna może mieć znak ujemny lub dodatni.

Jak określić pobór mocy obwodu, mając tester mierzący rezystancję?

Oprócz powyższych formuł istnieją również inne, na przykład:

Za ich pomocą możesz dowiedzieć się o mocy bez danych o napięciu lub prądzie. Zauważ, że rezystancja jest mierzona w omach.

Ostrożnie! Podczas pomiaru rezystancji obwodu nie powinno w nim być prądu.

Jeśli opór jest znany, możesz dowiedzieć się, jak obliczyć bieżące obciążenie. Dla tego

gdzie R to rezystancja obciążenia, P to moc obciążenia, I to prąd obciążenia. Jednak obciążenia zawierające pojemność lub indukcyjność nie mogą być obliczane w ten sposób. Ponadto nie będzie można określić mocy żarówki, mierząc rezystancję jej żarnika, ponieważ wolfram zwiększa swoją rezystancję po podgrzaniu.

Wzór na obliczanie przekroju drutu i sposób określania przekroju drutu

Już wcześniej powiedziano, że nadmierne natężenie prądu jest niedopuszczalne dla przewodów. Wynika to z ich przegrzania. Dlatego każdy przewodnik jest w stanie przepuścić przez siebie ograniczony prąd. Dlaczego przewody się nagrzewają? Każdy materiał w normalnych warunkach ma swoją własną odporność. Przepływający przez nią prąd powoduje ogrzewanie metalu. To ogrzewanie jest dozwolone do określonej temperatury, po czym zaczyna się topić.

Polecamy lekturę: Zasada działania regulatora napięcia

Istnieją specjalne tabele, które pomagają dobrać przekrój drutu w zależności od prądu roboczego. Przekrój to powierzchnia drutu w przekroju. Z reguły taki krój ma kształt koła. Aby znaleźć przekrój, musisz znaleźć obszar tego koła. Możesz użyć formuły:

gdzie S jest polem koła lub przekroju w mm 2; P jest liczbą stałą równą 3,14159265; r jest promieniem okręgu. Aby określić promień, średnicę dzieli się przez dwa, a następnie wstawia do wzoru.

Ciekawe! Druty linkowe i lite o tej samej średnicy mogą przepuszczać różne prądy.

Moc, napięcie, prąd to główne wielkości, które są od siebie zależne. Korzystając z jednej z powyższych formuł, możesz znaleźć wymaganą wartość.

Rating
( No ratings yet )
Like this post? Please share to your friends:
Leave a Reply

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: