Vool, pinge, võimsus: elektri põhiomadused

Elektrit on inimene pikka aega kasutanud oma vajaduste rahuldamiseks, kuid see on nähtamatu, meeltega tajutav, seetõttu on seda raske mõista. Elektriliste protsesside selgitamise lihtsustamiseks võrreldakse neid sageli liikuva vedeliku hüdrauliliste omadustega.

Näiteks tuleb ta meie korterisse traati pidi Elektrienergia kauggeneraatoritest ja kraanivesi survepumbast. Lüliti aga kustutab tuled ja suletud veekraan ei lase vett kraanist välja voolata. Töö tegemiseks peate lüliti sisse lülitama ja kraani avama.

Vabade elektronide suunatud voog läbi juhtmete sööstab pirni hõõgniidi juurde (voolub elektrivool), mis kiirgab valgust. Segistist väljuv vesi voolab kraanikaussi.

See analoogia võimaldab mõista ka kvantitatiivseid omadusi, seostada voolu tugevust vedeliku liikumiskiirusega ja hinnata muid parameetreid.

Võrreldakse võrgupinget vedela allika energiapotentsiaaliga. Näiteks põhjustab torus oleva pumba hüdraulilise rõhu suurenemine vedeliku suure liikumise kiiruse ja pinge suurenemise (või faasi - sisendjuhtme ja töönulli - väljundi potentsiaalide erinevuse) suurendab pirni hõõguvust ja selle kiirguse tugevust.

Elektriahela takistust võrreldakse hüdrovoolu pidurdusjõuga. Voolukiirust mõjutavad:

• vedeliku viskoossus;

• ummistumist ja kanalite ristlõike muutumist. (Veekraani puhul juhtventiili asend.)

Elektritakistuse väärtust mõjutavad mitmed tegurid:

• aine struktuur, mis määrab vabade elektronide olemasolu juhis ja mõjutab vastupanu; 

• voolujuhi ristlõike pindala ja pikkus;

• temperatuuri.

Elektrivõimsust võrreldakse ka hüdraulika voolu energiapotentsiaaliga ja hinnatakse ajaühikus tehtud töö põhjal. Elektriseadme võimsust väljendatakse võetud voolu ja rakendatud pingega (vahelduv- ja alalisvooluahelate puhul).

Kõiki neid elektri omadusi uurisid kuulsad teadlased, kes määrasid voolu, pinge, võimsuse, takistuse ja kirjeldasid matemaatiliste meetoditega nende omavahelisi seoseid.

Järgmises tabelis on toodud vahelduv- ja alalisvooluahelate üldised seosed, mida saab kasutada konkreetsete vooluahelate toimivuse analüüsimiseks.

Vaatame mõningaid näiteid nende kasutamisest.

Näide nr 1. Kuidas arvutada takistust ja võimsust

Oletame, et soovite valida valgustusahela toiteks voolupiiraja. Meile on teada pardavõrgu toitepinge «U», mis on võrdne 24 voltiga ja voolutarve «I» 0,5 amprit, mida ei tohi ületada. Ohmi seaduse avaldise (9) järgi arvutame takistuse «R». R = 24 / 0,5 = 48 oomi.

Esmapilgul määratakse takisti väärtus. Sellest aga ei piisa. Sema usaldusväärseks tööks on vaja arvutada võimsus vastavalt voolutarbimisele.

Joule-Lenzi seaduse toimimise kohaselt on aktiivvõimsus «P» otseselt võrdeline juhtmest läbiva vooluga «I» ja rakendatud pingega «U» Seda seost kirjeldatakse tabelis valemiga (11) allpool.

Arvutame: P = 24 × 0,5 = 12 W.

Sama väärtuse saame, kui kasutame valemeid (10) või (12).

Takisti võimsuse arvutamine voolutarbimise järgi näitab, et valitud ahelas on vaja kasutada takistust 48 oomi ja 12 W. Väiksema võimsusega takisti ei pea rakendatud koormustele vastu, see kuumeneb ja põleb läbi. aja vooluga.

See näide näitab sõltuvust sellest, kuidas koormusvool ja võrgupinge mõjutavad kasutaja võimsust.

Näide nr 2. Kuidas voolu arvutada

Köögis kodumasinate toiteks mõeldud pistikupesade rühma jaoks on vaja valida kaitselüliti. Seadmete võimsus vastavalt passiandmetele on 2,0, 1,5 ja 0,6 kW.

Vastus. Korteris on kasutusel 220-voldine ühefaasiline vahelduvvooluvõrk. Kõigi samaaegselt tööle ühendatud seadmete koguvõimsus on 2,0 + 1,5 + 0,6 = 4,1 kW = 4100 W.

Valemi (2) abil määrame tarbijate rühma koguvoolu: 4100/220 = 18,64 A.

Lähima nimivoolukaitselüliti väljalülitumissagedus on 20 amprit. Meie valime selle. Masin, mille väärtus on väiksem kui 16 A, lülitub ülekoormusest jäädavalt välja.

Elektriahelate parameetrite erinevused vahelduvvoolus

Ühefaasilised võrgud

Elektriseadmete parameetrite analüüsimisel tuleb arvesse võtta nende töö iseärasusi vahelduvvooluahelates, kui tööstusliku sageduse mõjul tekivad kondensaatorites mahtuvuslikud koormused (nad nihutavad vooluvektorit 90 võrra). kraadi võrra pingevektorist ees) ja pooli mähistes — induktiivne (vool on 90 kraadi pingest tagapool). Elektrotehnikas nimetatakse neid reaktiivkoormusteks... Üheskoos tekitavad need reaktiivvõimsuskaod «Q», mis kasulikku tööd ei tee.

Aktiivsete koormuste korral ei toimu voolu ja pinge vahel faasinihet.

Nii lisatakse vahelduvvooluahelates elektriseadme võimsuse aktiivväärtusele reaktiivne komponent, mille tõttu suureneb koguvõimsus, mida tavaliselt nimetatakse täisväärtuseks ja mida tähistab indeks «S».

Siinusvahelduvvool ühefaasilises võrgus

Elektrivool ja sageduspinge muutuvad aja jooksul sinusoidaalselt. Vastavalt sellele toimub võimuvahetus. Nende parameetrite määramisel erinevatel ajahetkedel pole erilist mõtet. Seetõttu valitakse koguväärtused (integreerivad) teatud ajaperioodiks, reeglina võnkeperioodiks T.

Vahelduv- ja alalisvooluahelate parameetrite erinevuste tundmine võimaldab teil igal konkreetsel juhul õigesti arvutada voolu ja pinge võimsust.

Kolmefaasilised võrgud

Põhimõtteliselt koosnevad need kolmest identsest ühefaasilisest vooluringist, mis on komplekstasandil üksteise suhtes nihutatud 120 kraadi võrra. Need erinevad veidi iga faasi koormuste poolest, nihutades voolu pingest nurga phi võrra. Selle ebatasasuse tõttu tekib nulljuhis vool I0.

Siinuse vahelduvvool kolmefaasilises võrgus

Pinge selles süsteemis koosneb faasipingetest (220 V) ja liinipingetest (380 V).

Ahelaga ühendatud kolmefaasilise vooluseadme võimsus on igas faasis olevate komponentide summa. Seda mõõdetakse spetsiaalsete seadmete abil: vattmeetrid (aktiivne komponent) ja varmeetrid (reaktiivne). Kolmefaasilise vooluseadme summaarset energiatarbimist on võimalik arvutada vattmeetri ja varmeetri mõõtmiste põhjal kolmnurga valemi abil.

Samuti on olemas kaudne mõõtmismeetod, mis põhineb voltmeetri ja ampermeetri kasutamisel koos saadud väärtuste järgnevate arvutustega.

Samuti saate arvutada kogu voolutarbimise, teades näivvõimsuse S suurust. Selleks piisab, kui jagada see liinipinge väärtusega.