Jak zjistit sílu proudu z výkonu a napětí?

Majitelé bytů, soukromých domů a dalších elektrifikovaných objektů se často potýkají s otázkou stanovení hodnot základních elektrických veličin, protože výpočet výkonu na základě přípustné intenzity proudu a známého napětí nebo řešení inverzního problému není příliš jednoduché. .

Přímá aplikace známého Ohmova zákona bez zohlednění vlastností domácích sítí a zařízení může vést k nesprávnému výsledku.

V tomto materiálu pochopíme, co je síla, a řekneme vám, jak vypočítat tento indikátor.

Základní pojmy veličin

Elektrické výpočty jsou založeny na dobře známých vztazích mezi proudem (I, Ampere), napětím (U, Volt), hodnotou výkonu (P, Watt) a odporem (R, Ohm). Praktické výpočty obvykle vyžadují znalost hodnot prvních tří.

Upozorňujeme, že číselné vyjádření uvedených hodnot nestačí – jsou potřeba další charakteristiky, které odhalí režim spotřeby energie.

Síla elektrického proudu

Výpočet dostatečného průřezu vodičů a jmenovitého výkonu jističe pro konkrétní větev elektrické sítě se provádí podle hodnoty maximálního možného proudu pro tento úsek. To je nutné, aby se zabránilo vznícení elektroinstalace, což často vede k požáru.

Provozní parametry strojů a proudových chráničů se volí podle požadavků předpisů. Pro určení přípustného průřezu žil v závislosti na maximální možné proudové síle je nutné použít tabulku poskytnutou výrobcem produktu, protože kabely jsou nejčastěji vyráběny podle specifikací, nikoli podle GOST.

Kabely vyrobené v souladu s GOST (vlevo) a TU (vpravo) se stejnými značkami se liší jak vizuálně, tak v základních vlastnostech

Protože sílu elektrického proudu lze vypočítat na základě energie spotřebované zařízeními a síťového napětí, je nutné správně určit hodnoty těchto dvou indikátorů.

Napětí v domácnosti

Mnoho majitelů bytů se domnívá, že standardní fázové napětí pro potřeby domácnosti je přibližně 220 V. Ve většině případů je to pravda. Ačkoli GOST 29322-2014 od 01.10.2015 v rámci Ruské federace mělo dojít k přechodu na systém 230 V kompatibilní se zeměmi EHS.

Odchylka 5 % od normy je přijatelná pro jakékoli období a 10 % pro období nepřesahující 1 hodinu. Podle starých pravidel tedy může hodnota napětí kolísat v rozmezí od 198 do 242 V a podle současné GOST – od 207 do 253 V.

Existují i ​​případy, kdy je napětí v síti dlouhodobě výrazně nižší než standardní. Tato situace nastává, když je celkový výkon elektrospotřebičů připojených na pobočku mnohem vyšší, než je plánováno a při zapnutí většiny z nich dochází k „výpadku sítě“.

Tento problém se vyskytuje v oblasti odpovědnosti organizací odpovědných za dodávku elektřiny a je spojen s přetěžováním distribučních transformátorů, zhoršováním stavu rozvoden nebo nedostatečným průřezem vodičů.

Snížení vstupního napětí vede nejen ke změně parametru proudu a možnému vypnutí ochrany, ale také k rychlému výpadku elektrických spotřebičů obsahujících asynchronní elektromotory nebo složité elektroniky.

Chcete-li zjistit skutečnou hodnotu napětí, musíte pravidelně provádět měření pomocí voltmetru. Pokud ukazatele velmi kolísají, pak je nutné použít stabilizátor nebo dražší měnič s funkcí akumulace elektřiny.

Nuance v pojetí výkonu elektrických spotřebičů

Všechna zařízení, která spotřebovávají elektřinu, mají takový parametr jako výkon. Čím vyšší je tento indikátor, tím více energie zařízení odebírá z obvodu.

Existují tři typy napájení:

• Aktivní (P). Charakterizuje rychlost přeměny elektrické energie na jinou formu, například elektromagnetickou nebo tepelnou. Je třeba ji zohlednit při výpočtu nevratných nákladů na elektrickou energii, a tedy i nákladů na provoz zařízení. Jednotka měření – W.
• Reaktivní (Q). Charakterizuje energii, která přichází ze zdroje (transformátoru) do reaktivních prvků spotřebiče (kondenzátory, vinutí motoru), ale poté se téměř okamžitě vrací do zdroje. Jednotkou měření je W nebo var (interpretace je jalový voltampér).
• Plný (S). Charakterizuje zatížení, které spotřebitel působí na prvky obvodu. Používá se při výpočtu průřezové plochy kabelu a výběru jmenovitého výkonu strojů, to znamená, že proudová síla se vypočítá na základě plného výkonu všech elektrických spotřebičů připojených k obvodu. Jednotkou měření je W nebo V*A (V*A – voltampéry).

Všechny tyto parametry lze přepočítat pomocí fázového úhlu, který vzniká mezi vektorem napětí a proudem (f):

Mezi domácí spotřebiče, u kterých může celkový výkon výrazně převyšovat činný výkon, patří chladničky, pračky, zářivky a některé úsporné zářivky a také jednotky výkonové elektroniky.

Na motorech je obvykle uveden činný výkon a koeficient. V tomto případě se celkový výkon vypočítá následovně: S = P / cos(f) = 750 / 0.78 = 962 W

Existuje také něco jako špičkový nebo startovací výkon. Faktem je, že zrychlení motorů vyžaduje mnohem více úsilí než udržení jejich rotace. Když tedy zapnete spotřebiče, jako je lednička nebo pračka, dojde na části okruhu ke krátkodobému rázu zátěže.

Startovací proudy mohou být několikanásobně vyšší než provozní proudy. Toto je třeba vzít v úvahu při výpočtu požadovaného průřezu kabelu a výběru jmenovitého výkonu stroje.

K tomu je třeba určit zařízení s největším rozdílem ve startovacím a provozním výkonu a přidat jej k celkové hodnotě. Startovací proudy jiných zařízení lze ignorovat, protože pravděpodobnost současné aktivace motorů pro různé spotřebiče je prakticky nulová.

Lineární a fázové vztahy

V současné době se rozšířila praxe připojení domácích předmětů k třífázovým elektrickým sítím.

To je oprávněné z následujících důvodů:

• Značná spotřeba energie. V tomto případě bude připojení vysoce výkonné jednofázové sítě velmi iracionální kvůli velkému průřezu kabelu a vysoké spotřebě materiálu transformátoru.
• Dostupnost zařízení pracujících na třech fázích. Realizace obvodu pro připojení takového zařízení k jednofázovému obvodu není příliš jednoduchá a je zatížena rušením, ke kterému dochází například při spouštění asynchronního motoru.

Existují dva způsoby připojení třífázových zařízení – „hvězda“ a „trojúhelník“.

Schématická schémata přenosu výkonu ve třech fázích. Dostali jména „hvězda“ a „trojúhelník“ kvůli jejich geometrické podobnosti s těmito objekty

V obvodech hvězdicového typu jsou lineární a fázové proudy totožné a lineární napětí je 1,73krát větší než fázové napětí:

Tento vzorec vysvětluje známý poměr napětí pro domácnosti a průmyslové sítě nízkého napětí s frekvencí 50 Hz: 220 / 380 V (podle nového GOST: 230 / 400 V).

U trojúhelníkového zapojení je naopak napětí stejné a lineární proudy jsou větší než fázové proudy:

Tyto vzorce lze použít pouze se symetrickým fázovým zatížením. Pokud je odběr proudu přes kabely odlišný (nesymetrický přijímač), provedou se výpočty pomocí pravidel vektorové algebry a výsledný vyrovnávací proud je kompenzován neutrálním vodičem. U sítí s připojenými domácími spotřebiči jsou však takové případy vzácné.

Vztah mezi základními veličinami

Nejběžnějším úkolem běžných spotřebitelů je výpočet skutečné intenzity proudu. Jak tedy správně vypočítat proud na základě známých hodnot napětí a výkonu? Je nutné to vyřešit zdůvodněním průřezových hodnot jader a jmenovitého výkonu stroje s technickými informacemi o zařízeních, která budou napájena do tohoto obvodu.

Po výpočtu proudu se často volí kabely s nejmenším přípustným průřezem. To však není vždy správné, protože takové řešení vede k výrazným omezením, když je nutné do sítě přidat nové elektrické spotřebiče.

Někdy je nutné provést zpětné výpočty a určit, jaký celkový výkon lze připojit k zařízením se známým napětím a maximálním přípustným proudem, který je omezen stávajícím zapojením.

Tyto dva problémy pro jednofázový obvod můžete vyřešit pomocí jednoduchého vzorce:

kde S – celkový celkový výkon všech elektrických spotřebičů.

Pro výpočet parametrů jednofázového obvodu je vhodný koláčový graf odrážející Ohmův zákon a vyjadřující závislost výkonu, proudu, napětí a odporu

Chcete-li vyřešit problém výpočtu síly proudu ze známých nebo vypočtených hodnot výkonu a napětí v třífázovém obvodu, musíte znát celkové zatížení každé fáze.

Jak požadovaný průřez žil kabelu, tak i minimální přípustný jmenovitý výkon stroje se volí podle nejvytíženější linky s ohledem na to, že:

Přípustný výkon pro každou fázi lze vypočítat pomocí následujícího vzorce:

kde I – maximální přípustný proud pro stávající vedení.

Závěry a užitečné video k tématu

Výpočet síly proudu podle výkonu pro výběr průřezu kabelu:

Určení příkonu skupin elektrických spotřebičů na příkladu soukromého domu:

Můžete vypočítat proudovou sílu a určit parametry zapojení nebo sami určit přípustný výkon ve stávajícím obvodu. Pro správné vyřešení problému je nutné vzít v úvahu nuance, které se objevují v praxi, a nejen používat známé vzorce, které fungují za „ideálních“ podmínek.

Pokud máte dotazy k tématu článku nebo můžete k tomuto materiálu přidat zajímavé informace, zanechte prosím své komentáře v bloku níže.

Faktor proporcionality R – elektrický ohmický odpor – závisí na materiálu, teplotě a geometrických rozměrech vodiče.

Ohmův zákon založil Georg Ohm v roce 1826, publikoval v roce 1827 a pojmenoval po něm.

Definice Ohmova zákona jednoduchými slovy

Elektrický obvod se skládá z dvoupólového zdroje napětí, tedy baterie, akumulátoru nebo generátoru. Pokud jsou póly zdroje spojeny dráty, pak jimi bude protékat elektrický proud.

Jeho hodnota je určena odporem vodičů.

Vizuální reprezentací tohoto vztahu je běžný vodovodní systém.

Analogem zdroje napětí je čerpadlo nebo vodárenská věž, která vytváří tlak v hlavním potrubí, množství vody procházející potrubím, podobné množství proudu a kohoutek odpovídá odporu.

Plně otevřený, neomezuje průtok, protože je zkroucený, vodní otvor se zmenšuje, dokud se úplně nezavře.

Kolik Ohmových zákonů je ve fyzice?

Existují dva Ohmovy zákony:

1. Ohmův zákon pro část obvodu.
2. Ohmův zákon pro úplný (uzavřený) obvod.

První se týká odporu sekce, proudové síly v ní a rozdílu potenciálu (napětí) na jejích koncích.

Navíc odráží přítomnost zdroje proudu v obvodu.

Druhý bere v úvahu jak spotřebitele elektrického proudu (elektrické lampy, ohřívače, televizory atd.), tak jeho zdroje (generátory, baterie, akumulátory).

Faktem je, že jakýkoli zdroj proudu má vnitřní odpor, který ovlivňuje sílu proudu.

To je přesně to, co je zohledněno v Ohmově zákoně pro úplný (uzavřený) obvod.

Za jakých podmínek platí Ohmův zákon?

Podle Ohmova zákona existuje lineární vztah mezi intenzitou proudu v části obvodu a napětím na jeho koncích. Funguje perfektně pro kovové vodiče při jakémkoli napětí, ale pro proud ve vakuu, plynu, roztocích nebo taveninách elektrolytů, polovodičů je lineární závislost porušena a již není možné aplikovat Ohmův zákon v podobě, v jaké je studoval ve školním kurzu.

Proč je potřeba Ohmův zákon?

Je těžké přeceňovat význam tohoto zákona. Umožnil vypočítat elektrické obvody, bez kterých je téměř nemožné si představit život moderního člověka, protože tvoří základ jakéhokoli elektrického zařízení, od obyčejné žárovky až po nejmodernější počítače.

Ohmův zákon pro část obvodu

Empiricky výzkumník stanovil vztah mezi charakteristikami elektrického obvodu. Klasická formulace Ohmova zákona je:

„Proud v části obvodu je přímo úměrný napětí a nepřímo úměrný odporu.“

Vzorec Ohmova zákona pro úsek obvodu I = UR

• I – proudová síla, měřená v ampérech (A),
• U – napětí měřené ve voltech (V),
• R – odpor, měřený v ohmech (Ohm).

Ohmův zákon je v této podobě prezentován ve školních učebnicích fyziky.

Podle tohoto jednoduchého vzorce pro určení úrovně proudu ve vodiči stačí rozdělit napětí na jeho stranách určitým podmíněně konstantním koeficientem, to znamená odporem.

Proč „podmíněně“? Protože hodnota odporu se může měnit v závislosti na teplotě.

Proto, mimochodem, žárovky nejčastěji vyhoří při zapnutí.

Odpor studené spirály je nižší než odpor zahřáté, skok proudu při přivedení napětí způsobí její prudké roztažení a prasknutí.

Ale pokud je tento moment překonán a vlákno přežije, pak se jeho odpor zvýší a proud je omezen. A například při teplotě kapalného helia odpor klesne na nulu a dojde k supravodivosti.

Ohmův zákon pro uzavřený úplný obvod

Předchozí formulace je vhodná pouze pro úsek obvodu, kde není zdroj vlastní elektromotorické síly.

Ve skutečnosti proud teče v uzavřeném okruhu, kde je nutně baterie nebo generátor, který má svůj vnitřní odpor.

Proto vzorec pro Ohmův zákon pro úplný obvod vypadá poněkud komplikovaněji.

Vzorec Ohmova zákona pro uzavřený úplný obvod I = ε/(r+R)

• I – proudová síla, měřená v ampérech (A),
• Е – elektromotorická síla, měřená ve voltech (V),
• R – odpor, měřený v ohmech (Ohm),
• r – vnitřní odpor zdroje EMF.

Aplikace Ohmova zákona

Georg Ohm dal inženýrům prostředky k řešení problémů souvisejících s elektrickými obvody.

Tepelná a osvětlovací zařízení, elektromotory, generátory, elektrické vedení, komunikační kabely se vypočítají na základě tohoto jednoduchého vzorce.

Neexistuje oblast elektrotechniky, kde by nenašla uplatnění.

I v radiotechnice se používá Ohmův zákon, ale v diferenciální podobě.

„Všechno důmyslné je jednoduché,“ jak věřili Euripides, Leonardo da Vinci, Napoleon Bonaparte a Albert Einstein, nepochybní géniové. Ohmův zákon tuto pravdu zcela a zcela potvrzuje.

Problém Ohmova zákona s řešením

Problém pro část elektrického obvodu

Rychlovarná konvice připojená k síti o napětí 220 V odebírá proud 1,1 A. Jaký je odpor rychlovarné konvice.

Podle Ohmova zákona pro část obvodu: R=U/I=220/1,1=200 Ohm

Odpověď: R = 200 Ohmů.

Problém pro zcela uzavřený okruh

Zdroj stejnosměrného proudu s EMF E = 24 V a vnitřním odporem r = 1,5 Ohm je zkratován na vnější odpor R = 11 Ohm.

Určete sílu proudu v obvodu.

E = 24 V, r = 1,5 Ohm, R = 11 Ohm

Podle Ohmova zákona pro uzavřený obvod: I = E/(R + r) = 24/(11+1,5) = 1,92 A.

Ohmův zákonný trojúhelník

Pro zapamatování tohoto zákona existuje mnemotechnické pravidlo, které lze nazvat Ohmův trojúhelník.

Znázorněme všechny tři charakteristiky (napětí, proud a odpor) ve tvaru trojúhelníku.

Nahoře je napětí, vlevo dole proud a vpravo odpor.

Pravidlo práce je toto: Uzavřete prstem hodnotu v trojúhelníku, kterou je třeba najít, pak zbývající dva dají správný vzorec pro nalezení uzavřeného.

Koláčový graf Ohmova zákona

Existuje další přístup k určení parametrů obvodu pomocí Ohmova zákona, kterým je koláčový graf Ohmova zákona.

Pomocí koláčového grafu Ohmova zákona si snadno zapamatujete všechny rovnice pro nalezení napětí – U, aktuální – I, odpor – R a moc – P.

Zde je koláčový graf, který ukazuje vztah mezi napětím, výkonem, proudem a odporem.

Tato tabulka je rozdělena do čtyř bloků pro výkon, napětí, odpor a proud.

Každý blok se skládá ze tří vzorců se dvěma známými hodnotami pro každý vzorec.

Z diagramu můžeme použít kterýkoli ze tří dostupných vzorců k nalezení každého parametru v obvodu.

Každý blok se skládá ze tří vzorců se dvěma známými hodnotami pro každý vzorec.

Z diagramu můžeme použít kterýkoli ze tří dostupných vzorců k nalezení každého parametru v obvodu.

Přihlaste se k odběru Elec.ru. Jsme v Telegramu, VKontakte a Odnoklassniki