Мощность по току и напряжению калькулятор: Онлайн расчет мощности сети по току

Содержание

Калькулятор мощности трехфазного переменного тока • Электротехнические и радиотехнические калькуляторы • Онлайн-конвертеры единиц измерения

Однофазный и трехфазный ток

Однофазную сеть можно сравнить с проселочной дорогой — оно не позволяет получить большую мощность. Трехфазную сеть можно сравнить с автомагистралью — она обычно имеется в промышленных зданиях для питания оборудования большой мощности

Установленный на столбе однофазный трансформатор, предназначенный для подачи электроэнергии в индивидуальные жилые дома (Канада)

Термин «фаза» относится к распределению электрической энергии. Для далеких от физики людей однофазную и трехфазную сеть можно сравнить с иллюстрациями выше. Однофазная сеть — как проселочная дорога, ее возможности по мощности невысоки и используется она в основном в жилых домах и квартирах. Однофазная сеть проста и экономична. Однако однофазную сеть нельзя использовать для питания эффективных трехфазных электродвигателей. С другой стороны, трехфазная сеть — как автомагистраль, она позволяет использовать мощные нагрузки и обычно применяется в промышленных зданиях и намного реже в индивидуальных жилых домах и квартирах. Все мощные потребители энергии, такие как водонагреватели, большие электродвигатели и системы кондиционирования воздуха обычно подключаются к трехфазной сети.

В однофазной сети используются два или три провода. Всегда имеется один фазный провод и один провод, называемый нейтралью или нулевым проводом. Ток течет между этими двумя проводами. Если однофазная сеть содержит заземляющий провод, то используется трехпроводная сеть. Однофазная сеть хороша в тех случаях, когда типичными нагрузками являются чисто активные потребители, например, традиционные лампы накаливания и электрические обогреватели. Однофазная система не годится для питания мощных электродвигателей.

Установленная на столбе группа из трех трансформаторов, обеспечивающая трехфазное питание небольшой промышленной установки

В трехфазной сети используются три провода, называемые фазными или просто фазами. По этим проводам текут синусоидальные токи со сдвигом фаз относительно друг друга на 120°. В трехфазной системе может быть три или четыре провода. Если имеется четвертый провод, то трехфазную сеть можно использовать для подачи однофазного питания (три линии), например, в индивидуальные жилые дома. При этом от каждой фазы в нагрузку (дом) подается примерно одинаковая мощность. Нейтральный провод часто имеет меньшее сечение, потому что фазные токи взаимно гасятся и по нейтральному проводу обычно течет совсем небольшой ток. Трехфазная система обеспечивает постоянную передачу мощности в нагрузку, что позволяет подключить более высокую нагрузку.

Определения и формулы

Генерация трехфазного тока

В простейшем трехфазном генераторе имеется три идентичных обмотки, расположенных под углом 120° по отношению друг к другу. В результате с обмоток снимаются напряжения (фазы) со сдвигом по фазе 120°. Эти три напряжения не зависят друг от друга и их мгновенные значения определяются формулами:

Здесь U_p — пиковое значение (амплитуда) напряжения в вольтах, ω — угловая частота в радианах в секунду и t — время в секундах. Напряжение, наведенное в обмотке 2, отстает от напряжения в обмотке 1 на 120°, а напряжение, наведенное в обмотке 3, отстает от напряжения в обмотке 1 на 240°. Ниже на рисунке приведены векторные диаграммы и формы колебаний напряжений генератора:

Если коэффициент мощности равен единице, то в каждой фазе трехфазной системы напряжение, ток и мощность сдвинуты относительно друг друга на 120°; последовательность фаз на этом рисунке U₁, U₂, U₃, потому что U₁ опережает U₂, U₂ опережает U₃, и U₃ опережает U₁.

Преимущества трехфазных систем

По сравнению с однофазными двигателями, трехфазные двигатели имеют более простую конструкцию, высокий пусковой момент, высокие коэффициент мощности и эффективность, более компактны.
Передача и распределение трехфазной электроэнергии дешевле в сравнении с однофазной, так как для этого можно использовать провода меньшего сечения при существенном уменьшении стоимости материалов и трудозатрат.
В отличие от пульсирующей мощности однофазной системы, мгновенная мощность трехфазной системы постоянна, что обеспечивает плавность вращения и отсутствие вибрации двигателей и другого оборудования.
Размеры трехфазных трансформаторов меньше однофазных трансформаторов аналогичной мощности.
Трехфазную сеть можно использовать для питания однофазных нагрузок.
Выпрямление трехфазного тока происходит с меньшей амплитудой пульсаций, по сравнению с выпрямлением однофазного тока.

Последовательность фаз

Последовательность фаз определяется временем, при котором напряжения трех фаз достигают положительного максимума. Последовательность фаз называют также порядком фаз. На рисунке выше последовательность фаз 1-2-3, так как фаза 1 достигает положительного максимума раньше, чем фаза 2, а фаза 3 достигает положительного максимума позже фазы 2. Отметим, что нам безразлично направление вращения ротора генератора, потому вращающийся по часовой стрелке ротор можно обойти и мы будем наблюдать вращение против часовой стрелки. Нам интересен только порядок чередования фаз напряжений, вырабатываемых генератором.

Для определения порядка фаз на векторной диаграмме нужно знать, что векторы всегда вращаются против часовой стрелки. Например, на этих трех чертежах последовательность чередования фаз снова U₁, U₂, U₃:

Фазное напряжение и фазный ток

Фазным называется напряжение между каждым из трех фазных проводов и нейтралью. Его также называют напряжением между фазой и нейтралью. Ток, которые течет в нагрузке между фазным проводом и нейтралью, называется фазным током.

Линейное напряжение и ток

Линейным называется напряжение между любыми двумя фазами (линиями). Ток, протекающий в каждой из линий, называется линейным.

Симметричные и несимметричные системы и нагрузки

В сбалансированной (симметричной) трехфазной системе токи во всех трех фазах равны, а сумма всех токов равна нулю, поэтому ток по нейтрали не течет. Амплитуды и частоты напряжений и токов одинаковые. Отличаются они только сдвигом фаз: напряжение в каждой фазе отстает от предыдущей на 2π/3, или на 1/3 цикла, или на 120°. Векторная сумма трех напряжений равна нулю:

То же можно сказать и о токах в симметричной системе:

Если три нагрузки, присоединенные к трем линиям, имеют одинаковую величину и коэффициент мощности, она также называются сбалансированными или симметричными.

Линейные и нелинейные нагрузки

В линейных нагрузках в цепях переменного тока напряжения и токи имеют синусоидальную форму и в любое время ток в нагрузке прямо пропорционален напряжению на ней. Примерами линейных нагрузок являются нагреватели, лампы накаливания. конденсаторы и катушки индуктивности. Все линейные нагрузки подчиняются закону Ома. В линейных нагрузка коэффициент мощности равен cos φ. Подробнее о нелинейных нагрузках — в нашем Калькуляторе активной и реактивной мощности.

В нелинейных нагрузках ток не пропорционален напряжению и содержит гармоники основной частоты 50 или 60 Гц. Примерами нелинейных нагрузок являются блоки питания компьютеров, лазерные принтеры, светодиодные и компактные люминесцентные лампы, электронные регуляторы оборотов электродвигателей и многие другие потребители электроэнергии. Искажение формы гармонических колебаний тока приводит к искажению формы напряжения. К нелинейным нагрузкам неприменим закон Ома. В таких нагрузках коэффициент мощности не равен cos φ.

Соединение треугольником и звездой

Три обмотки трехфазного генератора можно присоединить к нагрузке шестью проводами, по два на обмотку. Для уменьшения количества проводов обмотки присоединяются к нагрузке тремя или четырьмя проводами. Эти два способа подключения называются треугольником (Δ) и звездой (Y).

В соединении треугольником начало каждой обмотки соединяется с концом следующей обмотки. Таким образом энергию можно передавать только по трем проводам.

Соединение звездой (слева) и треугольником (справа)

В симметричной соединении треугольником напряжения равны по амплитуде, отличаются по фазе на 120° и их сумма равна нулю:

В симметричной четырехпроводной системе соединения звездой с тремя одинаковыми подключенными к каждой фазе нагрузками мгновенное значение тока, текущего по нейтрали, равно сумме трех фазных токов i₁, i₂, и i₃, которые имеют одинаковые амплитуды I_p и сдвинуты по фазе на 120°:

Напряжение и мощность в симметричной трехфазной нагрузке при соединении звездой

Соединение звездой; I₁, I₂, и I₃ — фазные токи, которые равны линейным токам

Полная мощность в трехфазной системе является суммой мощностей, потребляемых нагрузками в каждой из трех фаз. В связи с тем, что нагрузки симметричные, в каждой фазе потребляется одинаковая мощность и полная активная мощность во всех трех фазах равна

Здесь φ — разность фаз между током и напряжением. Поскольку в трехфазном соединении звездой фазное U_ph и линейное среднеквадратичное напряжение U_L связаны как

а среднеквадратичное значения линейного и фазного токов равны

полная активная мощность определяется следующим уравнением:

Полная реактивная мощность равна

Комплексная мощность:

И, наконец, полная мощность в трех фазах определяется формулой:

Напряжение и мощность в симметричной трехфазной нагрузке при соединении треугольником

Соединение треугольником; I₁₃, I₂₃, и I₃₂ — фазные токи, а I₁, I₂, и I₃ — линейные токи; при этом I_L = √3∙I_ph

При соединении треугольником нейтральный проводник отсутствует и конец одной обмотки генератора соединяется с началом следующей обмотки. Фазное напряжение — это напряжение на каждой обмотке. Линейное напряжение — это напряжение между двумя фазами, то есть также на каждой из обмоток. Таким образом, среднеквадратичные напряжения на обмотках и между фазами одинаковые, то есть для соединения треугольником можно написать

При соединении треугольником фазные токи — это токи, текущие через фазные нагрузки. Мы рассматриваем симметричную систему, поэтому фазные среднеквадратичные значения токов I_p1, I_p2 и I_p3 по амплитуде равны (I_p) и отличаются по фазе на 120°:

Как мы уже упоминали, общая мощность в трехфазной системе — это сумма мощностей, потребляемых в нагрузках трех фаз:

где φ — сдвиг фаз между током и напряжением. Поскольку при соединении треугольником среднеквадратичные значения фазного U_ph и линейного напряжений U_L равны,

а среднеквадратичные значения линейного и фазного токов связаны формулой

активная мощность определяется следующим уравнением:

Полная реактивная мощность равна

Комплексная мощность:

И полная мощность в трех фазах:

Отметим, что приведенные выше уравнения для мощности при соединении звездой и треугольником одинаковые. Мы используем их в этом калькуляторе.

То, что эти формулы мощности для звезды и треугольника одинаковые, иногда приводит к ошибочным выводам о том, что можно соединить обмотки одного и того же электродвигателя звездой или треугольником и потребляемая мощность (и ток!) не изменятся. Конечно, это неправильно. И если мы в калькуляторе соединение звездой изменим на треугольник, не изменяя нагрузку, мы увидим, что мощность и потребляемый ток изменятся.

Рассмотрим пример. Трехфазный электродвигатель подключен по схеме треугольника и работает на полной номинальной мощности при линейном напряжении U_L и линейном токе I_L. Полная мощность в вольт-амперах (ВА) равна

Затем обмотки того же двигателя соединили звездой. Линейное напряжение, приложенное к каждой обмотке, уменьшилось в 1/1,73 раза, при этом сетевое напряжение осталось прежним. Ток в каждой обмотке уменьшился в 1/1,73 раза по сравнению с током, потребляемым при соединении треугольником. Полная мощность также уменьшилась:

Таким образом, полная мощность при соединении звездой равна одной трети мощности при соединении треугольником для нагрузки с тем же импедансом. Очевидно, что полный момент двигателя, обмотки которого соединены звездой, будет в три раза меньше момента того же двигателя при соединении обмоток треугольником.

Иными словами, хотя новая мощность для соединения звездой рассчитывается по той же формуле, что и для треугольника, в расчет нужно вставить другие величины, а именно, напряжение и ток. уменьшенные в 1,73 раза (то есть в квадратный корень из 3).

Расчет симметричной нагрузки по известным напряжению, току и коэффициенту мощности

Для расчета симметричной нагрузки (одинаковой в каждой фазе) по известным напряжению, току и коэффициенту мощности (опережающему или отстающему) используются следующие формулы:

Импеданс нагрузки

В полярной форме:

В комплексной форме:

Расчет тока и мощности по известным напряжению и нагрузке

Фазный ток

По закону Ома, имеем:

Преобразование из прямоугольных координат в полярные и наоборот

Для преобразования из прямоугольных координат R, X в полярные координаты |Z|, φ, используйте следующие формулы:

Треугольник импеданса

В этих формулах R всегда положительно, а X положительно для индуктивной нагрузки (ток отстает от напряжения) и отрицательно для емкостной нагрузки (ток опережает напряжение).

Активное

R_ph и реактивное X_ph сопротивление нагрузки

Импеданс конденсатора и катушки индуктивности

Параллельная нагрузка RLC

Параллельное соединение RLC

Для расчета используйте наш Калькулятор импеданса параллельной RLC-цепи.

Последовательная нагрузка RLC

Последовательное соединение RLC

Для расчета используйте наш Калькулятор импеданса последовательной RLC-цепи

Более подробную информацию о нагрузки в форме RLC-цепи вы найдете в наших калькуляторах для расчета импеданса:

Примеры расчетов

Пример 1. Расчет мощности и тока по заданным напряжению и нагрузке

Индуктивная нагрузка из трех цепей с равными импедансами Z_ph = 5+j3 Ом подключена звездой к трехфазной сети с линейным напряжением 400 В 50 Гц. Рассчитать фазное напряжение U_ph, фазовый угол φ_ph, фазный ток I_ph, линейный ток I_L, активную P, реактивную Q, полную |S|, и комплексную S мощности.

Пример 2. Расчет мощности и тока по заданным напряжению и нагрузке

Индуктивная нагрузка из трех цепей с равными импедансами Z_ph = 15 ∠60° Ом подключена звездой к трехфазной сети с фазным напряжением (между фазой и нейтралью) 110 В 50 Гц. Определить тип нагрузки (емкостная или индуктивная) фазное напряжение U_ph, фазовый угол φ_ph, фазный ток I_ph, линейный ток I_L, активную P, реактивную Q, полную |S|, и комплексную S мощности.

Пример 3. Расчет мощности и тока по заданным напряжению и нагрузке

Индуктивная нагрузка из трех обмоток с равными импедансами и эквивалентной схемой в виде включенных последовательно сопротивления R_ph = 20 Ом и индуктивности L_ph = 440 мГн подключена звездой к трехфазной сети с фазным напряжением (между фазой и нейтралью) 230 В 50 Гц. Рассчитайте фазное напряжение U_ph, фазовый угол φ_ph, фазный ток I_ph, линейный ток I_L, активную P, реактивную Q, полную |S|, и комплексную S мощности. Найти линейный ток и потребляемую мощность для той же нагрузки, но соединенной треугольником. Совет: Для определения импеданса каждой обмотки воспользуйтесь Калькулятором последовательной RL-цепи.

Пример 4. Расчет мощности и нагрузки по заданным напряжению и току

Симметричный трехфазный генератор подает фазное напряжение 230 В на включенную звездой нагрузку с отстающим (активно-индуктивным) коэффициентом мощности 0,75. Ток в каждой фазе равен 28,5 А. Рассчитать импеданс нагрузки, активное и реактивное сопротивление в каждой фазе. Также рассчитать полную, активную и реактивную мощности. Описать что произойдет, если для той же нагрузки изменить соединение со звезды на треугольник. Совет: используйте режим определения мощности и нагрузки по заданным току и напряжению, а затем для ответа на последний вопрос воспользуйтесь этим же калькулятором в режиме определения мощности и тока по заданным напряжению и нагрузке.

Пример 5. Расчет мощности и тока по заданным напряжению и нагрузке

Нагрузка, состоящая из трех одинаковых обмоток, имеющих сопротивление R_ph = 10 Ом и индуктивность L_ph = 310 мГн, подключена треугольником к трехфазной сети с напряжением между фазой и нейтралью 120 В, 60 Гц. Рассчитайте линейное напряжение U_L, фазовый угол φ_ph, фазный ток I_ph, линейный ток I_L, активную P, реактивную Q, полную |S|, и комплексную S мощности. Как изменятся ток и мощность, если эту же нагрузку подключить звездой? Совет: воспользуйтесь нашим Калькулятором импеданса последовательной RL-цепи для определения импеданса каждой катушки, а затем введите данные в этот калькулятор.

Пример 6. Расчет мощности и тока по заданным напряжению и нагрузке

Нагрузка из трех цепей с равными импедансами Z_ph = 7 – j5 Ом подключена треугольником к трехфазной сети с линейным напряжением (между двумя фазами) 208 В 60 Гц. Определить тип нагрузки (резистивно-емкостная или резистивно-индуктивная) фазное напряжение U_ph, фазовый угол φ_ph, фазный ток I_ph, линейный ток I_L, активную P, реактивную Q, полную |S|, и комплексную S мощности.

Пример 7. Расчет мощности и нагрузки по заданным напряжению и току

Симметричная нагрузка подключена звездой к симметричному трехфазному генератору с линейным (между двумя фазами) напряжением 208 В 60 Гц. В каждом фазном проводе протекает ток I_ph = 20 А с запаздыванием относительно напряжения на 15°. Определите фазное напряжение, импеданс нагрузки в каждой фазе в полярной и комплексной форме, активную и реактивную мощности.

Автор статьи: Анатолий Золотков

Калькулятор мощности переменного тока • Электротехнические и радиотехнические калькуляторы • Онлайн-конвертеры единиц измерения

По этим трехфазным высоковольтным линиям электропередачи передается электроэнергия, выработанная на АЭС Пикеринг, расположенной на оз. Онтарио в 13 км от Торонто. Высокое напряжение используется для повышения эффективности передачи электроэнергии в результате уменьшения тепловых потерь в проводах.

Определения и формулы

Этот калькулятор используется для расчета мощности переменного тока и все, о чем говорится ниже, относится к переменному току. Если вы хотите рассчитать мощность по постоянному току, воспользуйтесь нашим Калькулятором мощности постоянного тока. В описании этого калькулятора вы найдете информацию о фундаментальных понятиях электротехники: заряде, силе тока, напряжении и мощности, а также о единицах их измерения. Здесь мы рассмотрим расчет электрической мощности в однофазной сети переменного тока.

В отличие от постоянного тока, который течет только в одном направлении, переменный ток периодически изменяет направление и амплитуду с течением времени. Следовательно, этот калькулятор, который считает мощность переменного тока, значительно сложнее калькулятора мощности постоянного тока. Вместо просто мощности постоянного тока в схемах постоянного тока, здесь мы будем говорить сразу о четырех видах мощности: активной мощности, P, реактивной мощности, Q, комплексной мощности, S, and полной мощности, |S|. Похоже, что четыре мощности вместо одной — слишком сложно? Ничего, мы попробуем разобраться.

Переменный ток

Установленный на столбе в жилой зоне в Канаде однофазный распределительный трансформатор, подающий потребителю ток напряжением 120 V.

Переменный ток может быть не только синусоидальной формы, как в сетевых розетках. Он может иметь любую форму, в том числе и не периодическую. Примером такой сложной формы может быть звук гитарной струны, в которой одновременно возникают колебания нескольких собственных частот струны. В результате кажется, что одновременно слышен звук нескольких частот. Однако, в описании этого калькулятора мы будем говорить только о синусоидальных колебаниях.

Для уменьшения тепловых потерь в проводах линий электропередачи, которые переносят энергию от электростанции потребителям, используется высокое напряжение до сотен киловольт. Это высокое напряжение преобразуется в более безопасное напряжение 110 или 220 В. Использовать высокое напряжение без понижения было бы очень неудобно и опасно.

Исторически сложилось так, что частота электросетей в разных странах различная, причем чаще всего встречаются частоты 50 и 60 Гц. В морской, авиационной и космической технике используется частота 400 Гц, так как она позволяет уменьшить вес оборудования, такого как трансформаторы и электродвигатели, а также увеличить скорость работы электродвигателей. Однако такая высокая частота неудобна для передачи на большие расстояния, так как в результате значительно увеличивается импеданс линий электропередачи из-за их индуктивности.

Подробнее об электрическом токе — в нашем Конвертере электрического тока.

Напряжение

Мгновенное напряжение u(t) представляется функций времени:

где U_p — пиковое значение напряжения (максимальная амплитуда) в вольтах, ω — угловая частота в радианах в секунду и f — частота в герцах. Для описания напряжения используется также величина размаха напряжения или двойная амплитуда (англ. peak-to-peak amplitude) U_pp = 2U_p. Здесь мы используем для обозначения напряжения нижний регистр u(t), чтобы показать, что это выражение для изменения мгновенного напряжения в зависимости от времени t.

Величиной размаха напряжения удобно пользоваться, например, при оценке максимального пробивного напряжения изоляции и конденсаторов. В то же время, размахом напряжения пользоваться неудобно, если нужно оценить мощность переменного тока. В этом случае удобно использовать действующее (среднеквадратичное, англ. root mean square, RMS) значение напряжения, так как такое напряжение нагревает чисто резистивную нагрузку точно так же, как это делает постоянный ток с тем же напряжением. Например, если действующее значение напряжения 220 В приложено к идеальному резистору, на нем выделится столько же тепла, сколько выделилось бы если бы к нему было приложено постоянное напряжение 220 В. Новые микропроцессорные мультиметры обычно измеряют действительное среднеквадратичное значение напряжение сигнала любой формы, так как они оцифровывают сигнал, то есть, преобразуют его в набор дискретных выборок, а затем рассчитывают среднеквадратичное значение напряжения.

Соотношение между действующим (RMS) и амплитудным значением (А) для часто используемых периодических функций хорошо известно и получено в результате интегрирования одного периода этих функций по времени:

синусоидальные колебания:

прямоугольные импульсы (меандр) со скважностью (отношение периода к длительности импульса) 50%:

прямоугольные импульсы со скважностью D:

треугольные импульсы:

Подробную информацию о напряжении можно найти в нашем Конвертере электрического потенциала и напряжения

Мощность

В типичной цепи переменного тока энергия передается по линии электропередачи от источника, например, электростанции или портативного генератора, к нагрузке, например, к лампе или телевизору. Поскольку соединительные провода имеют небольшое сопротивление, часть энергии расходуется на нагрев этих проводов и затем на нагрев окружающей среды. Бóльшая часть энергии передается в нагрузку. Если нагрузка резистивная, энергия преобразуется в тепловую и нагревает окружающую среду. Если нагрузка резистивно-индуктивная, например, электродвигатель, то электрическая энергия вначале преобразуется в механическую плюс тепловую (двигатель нагревается) и в дальнейшем вся она преобразуется в тепловую и опять же нагревает окружающую среду.

Электрическая мощность P представляет собой скорость передачи энергии в нагрузку или ее преобразования:

Здесь U — напряжение в вольтах, I — ток в амперах. В Европейских странах для обозначения напряжения обычно используют букву U. В Северной Америке для обозначения напряжения обычно используют V, потому что V — сокращение для вольта. Конечно, это неудобно, но все привыкли, так же как к фунтам, футам и дюймам. Сравните: V = 1 V и U = 1 V. Что удобнее?

Из закона Ома мы знаем, что

Поэтому мощность на резистивной нагрузке можно выразить как

где R — сопротивление в омах. В нашем Конвертере единиц мощности, описано, что мощность измеряется в ваттах (Вт). Процесс преобразования электрической энергии в тепловую обычно называется джоулевым нагревом.

Для установившегося синусоидального сигнала мгновенное напряжение u с фазовым углом φ_u и мгновенный ток i с фазовым углом φ_i можно выразить в виде

Для удобства мы предположим, что φ_i = 0, когда ток проходит положительный максимум. Тогда разность фаз между током и напряжением становится равной просто φ_u. Теперь можно преобразования функции для тока и напряжения к виду

Мгновенная мощность определяется произведением тока и напряжения

Преобразуем эту формулу, используя тригонометрическое тождество для произведения двух косинусов:

Теперь воспользуемся тригонометрическим тождеством для косинуса суммы двух аргументов:

Мгновенное напряжение, ток и мощность чистого синусоидального процесса в индуктивной нагрузке. Ток в индуктивной нагрузке отстает от напряжения (φ_u = 60°) и, следовательно, в данном случае мы имеем «отстающий» коэффициент мощности или cos φ = 0,5. Отрицательная часть красной синусоиды функции мощности под горизонтальной осью показывает часть мощности, которая возвращается в систему

На рисунке выше показано соотношение между мгновенными значениями напряжения, тока и мощности в индуктивной нагрузке в предположении, что фазовый сдвиг φ_u = 60°.

Для чисто резистивной нагрузки мощность определяется так:

или

Среднеквадратичное значение называют также эффективным значением синусоидального тока или напряжения.

Активная и реактивная мощность

Мы можем переписать формулу для мгновенной мощности в виде

или

где величина

называется активной, P. Это часть полной мощности, которая преобразуется в нагрузке в тепло и другие виды энергии и измеряется в ваттах (Вт). Величина

называется реактивной мощностью, Q. Это часть полной мощности, которая в течение каждого цикла возвращается к источнику энергии и измеряется в реактивных вольт-амперах (вар). Эту единицу можно использовать с десятичными приставками для образования дольных и кратных единиц, например, мвар, квар, Мвар (мегавар), ТВА (теравар), ГВА (гигавар) и т. д.

Можно преобразовать выражение для активной и реактивной мощности с использованием среднеквадратичных значений напряжения и тока:

Конечно, в реальной жизни все нагрузки не только резистивные, но также емкостные или индуктивные. Даже электронагреватель имеет определенные емкость и индуктивность (спираль — катушка индуктивности, а отдельные витки образуют конденсаторы). Трансформаторы и электродвигатели являются примерами индуктивных нагрузок. Конденсаторы и катушки индуктивности запасают энергию во время протекания в них переменного тока, в результате чего направление передачи энергии в цепи периодически изменяется. В цепи переменного тока с чисто резистивной нагрузкой синусоидальные ток и напряжение изменяют полярность одновременно, поэтому направление передачи энергии не изменяется и передается только активная энергия.

Если нагрузка чисто реактивная (индуктивная или емкостная), то разность фаз между напряжением и током равна 90° (подробнее об этом поведении RLC цепей). В этом случае энергия в нагрузку вообще не передается. В то же время, электроэнергия течет от источника в нагрузку и возвращается назад по линиям электропередачи, которые в результате нагреваются и нагревают окружающую среду. В связи с тем, что реальные нагрузки всегда имеют некоторую индуктивность и емкость, в них всегда имеется активная и реактивная составляющие мощности.

Комплексная и полная мощность

Возможно для того чтобы всё усложнить, а может быть, наоборот, чтобы упростить, инженеры придумали еще два вида мощности: комплексную мощность, S, измеряемую в вольт-амперах (ВА) и полную мощность, |S|, которая является векторной суммой активной и реактивной мощностей и также измеряется в вольт-амперах. Эту единицу можно использовать с десятичными приставками для образования дольных и кратных единиц, например, мВА, кВА, МВА (мегавольт-ампер), ТВА (теравольт-ампер), ГВА (гигавольт-ампер) и т. д.

Комплексная мощность, S — комплексная сумма активной и реактивной мощностей:

Мы увидим, что комплексная мощность объединяет активную и реактивную мощности, а также коэффициент мощности.

Полная мощность, |S| — модуль (абсолютная величина) комплексной мощности:

Треугольник мощностей показывает комплексную мощность, которая является векторной суммой активной P и реактивной Q мощностей; полная мощность |S| является абсолютной величиной (модулем) комплексной мощности.

Из треугольника мощностей имеем:

Используя тригонометрическое тождество, являющееся следствием теоремы Пифагора и приведенные выше формулы для P и Q, можно записать:

То есть, полная мощность |S| является произведением действительных значений напряжения и тока.

Комплексная мощность учитывается при разработке и эксплуатации энергетических систем, потому что линии электропередач, трансформаторы и генераторы должны быть рассчитаны на полную мощность, а не только на мощность, которая выполняет полезную работу. Если реактивной мощности недостаточно, это может привести к понижению напряжения и даже, в свою очередь, к большой аварии в электросистеме (блэкауту), например, такой, как авария в энергосистеме США и Канады в 2003 году, в результате которой 55 миллионов человек на северо-западе США и в канадской провинции Онтарио остались без электроэнергии.

Электродвигателя являются примерами индуктивных промышленных нагрузок

Коэффициент мощности

Коэффициент мощности определяется как отношения реальной (активной) мощности, поглощенной нагрузкой P к полной мощности |S| в системе. В русскоязычной литературе коэффициент мощности обычно обозначается λ (в процентах) или cos φ, где φ — угол сдвига фаз между током и напряжением. В этой статье, поскольку она является переводом с английского без изменения формул, он обозначается PF от англ. power factor.

Коэффициент мощности представляет собой безразмерное число в интервале –1 ≤ PF ≤ 1 и часто выражается в процентах. Отрицательный коэффициент мощности указывает, что «нагрузка» в действительности таковой не является (поэтому в кавычках) и реально представляет собой генератор, вырабатывающий электроэнергию, которая отправляется назад в систему. Одним из примеров такой энергии является энергия, получаемая от установленных на крыше жилого дома солнечных батарей. Блок управления солнечными батареями измеряет напряжение, частоту и фазу в сети, синхронизирует свою работу с сетью и выдает в нее лишнюю энергию. В таких случаях современные цифровые электросчетчики показывают отрицательную величину коэффициента мощности.

Если нагрузка чисто резистивная, то напряжение и ток находятся в фазе, коэффициент мощности равен единице и реактивная мощность, которая может быть опережающей или отстающей, равна нулю. Если нагрузка имеет активно-емкостной характер, коэффициент мощности называется опережающим, так как ток опережает напряжение. Если же нагрузка имеет активно-индуктивный характер, то коэффициент мощности называют отстающим, так как ток отстает от напряжения.

Из приведенных выше формул для P и S следует, что для чисто синусоидального напряжения, PF = cos ϕ_u:

Здесь φ_u — сдвиг фаз между током и напряжением. Коэффициент мощности уменьшается, если активная мощность уменьшается с увеличением сдвига фаз между напряжением источника питания и током. Коэффициент мощности чисто активной (резистивной) нагрузки равен единице.

Отрицательный сдвиг фаз указывает, что нагрузка емкостная, в которой ток опережает напряжение. Такая нагрузка «отдает» реактивную мощность в систему. Положительный сдвиг фаз показывает, что нагрузка имеет индуктивный характер, ток отстает от напряжения и нагрузка «потребляет» реактивную мощность.

В промышленности коэффициент мощности имеет очень важное значение, так как энергосбытовые компании повышают цены на электроэнергию, если коэффициент мощности падает ниже определенного предела. Работу ведь выполняет активная мощность, а реактивная просто движется туда-сюда между нагрузкой и источником энергии. Образующиеся при этом большие токи повышают потери энергии при передаче. В результате требуется более мощное оборудование для ее получения, а также более толстые провода для передачи, в которых энергия бесполезно нагревает окружающую среду.

Если вам интересно как реальные нелинейные нагрузки искажают форму тока и как описанный выше классический треугольник мощностей превращается в объемную фигуру, откройте наш калькулятор для пересчета вольт-амперов в ватты.

В 50-х и в начале 60-х гг. прошлого века в Европе родители могли подарить на Рождество своему чаду набор для сборки лампового радиоприемника с питанием от сети 220 В…

Не по теме. Когда я писал эту статью, мне попалось мнемоника, которую преподаватели часто используют для облегчения запоминания материала по электротехнике: УЛИЦА (U на L, I на C). Что это за чушь? Зачем вообще бедным студентам зазубривать кто кого опережает? Меня всегда удивляло множество мнемоник, предлагаемых преподавателями студентам для зазубривания вещей, которые студенты должны понимать, а не помнить. На мой взгляд, студенты должны каждый раз думать, когда они отвечают на вопрос, например, о фазовых соотношениях между током и напряжением в емкостной или индуктивной цепи — кто кого опережает: ток опережает напряжение или напряжение опережает ток.

Зазубрить, конечно, проще, да и преподавателю проще проверить зубрежку, чем вникать в тонкости и тому, и другому. Студентам легче, потому что не нужно понимать проблему, достаточно зазубрить простое мнемоническое правило. Преподавателям намного быстрее и, главное, дешевле для самого университета просто проверить ответы на вопросы с несколькими вариантами ответов вместо того, чтобы оценить как студенты поняли материал во время разговора на экзамене.

Не знаю кто как, а я никогда не помнил кто кого опережает и если нужно об этом сказать, то я вспоминаю стрелку мультиметра в режиме измерения сопротивления, которая, если подключить конденсатор достаточно большой емкости, резко отклоняется вправо и потом медленно возвращается назад. Все понятно: ток опережает напряжение — ток уже большой, а напряжение постепенно нарастает. Не нужна мнемоника! Не нужно зубрить электротехнику! Её нужно понимать! Нужно взять аналоговый тестер или цифровой мультиметр с качественным эмулятором стрелочной шкалы, пощупать и всё станет понятно. Можно даже языком пощупать, если напряжение меньше 10 В. Я в детстве щупал и до сих пор живой. Если же студент не хочет брать мультиметр, чтобы понять то, что он изучает, то, как мне кажется, ему лучше вместо электроники изучать историю или иностранные языки. Короче, окончить университет по специальности «умею читать и писать».

Интересно, что в 50-х и в начале 60-х гг. прошлого века в Европе родители могли подарить на Рождество своему чаду набор для сборки радиоприемника на двух лампах с питанием от сети 220 В и никто не боялся, что ребенок получит травму. Может быть потому, что в 50-х и начале 60-х еще были живы воспоминания об ужасной войне и по сравнению с бомбардировками (я хорошо помню мамины рассказы об этом) опасность розетки на 220 вольт не казалась достаточно серьезной? Я в девять лет собрал двухламповый приемник и хорошо помню, что делал это один, без присмотра взрослых. Правда, сам я приемник запустить не смог, так как схемы читать еще не научился и собирал по монтажной схеме, в которой была ошибка. Отец помог его наладить.

Автор статьи: Анатолий Золотков

Калькулятор закона Ома | АрдуиноПлюс

Введите любые два известных параметра схемы в приведенном ниже калькуляторе закона Ома и вычислите оставшиеся два значения в соответствии с Законом Ома.

Закон Ома — это самый фундаментальный закон, который регулирует связь между напряжением (V), током (I) и сопротивлением (R). Это определил немецкий ученый Георг Симон Ом, и, следовательно, назван в честь него. Закон гласит, что «для любой цепи электрический ток (I) прямо пропорционален напряжению (V) и обратно пропорционален сопротивлению (R)».

Это самый фундаментальный закон, из которого были получены все другие концепции; возможно, это будет первый закон, который будет представлен всем, кто интересуется электроникой. Концепция этого закона очень проста, просто означает, что напряжение на любых двух точках в цепи всегда будет равно произведению сопротивления между двумя точками и током, протекающим по цепи. Это может быть математически задано так:

V = IR

Где V = Напряжение, I = Ток и R = Сопротивление.

Эта формула также может быть переписана в следующих вариантах:

Используя эти три формулы, вы можете рассчитать значение напряжения, тока или сопротивления. Если вы знаете любой из этих двух параметров, вы также можете вычислить мощность, используя приведенные ниже формулы:

Давайте проверим наш принцип закона Ома на вышеприведенных двух схемах. Источник напряжения для схемы составляет 12 В. Но у нас есть два разных значения сопротивления для цепей, одно слева — 110 Ом, а одно справа — 220 Ом.

Вычислим ток, который должен проходить через схему для обеих цепей. Нам известна формула

I = V / R.

Для левой стороны: I = V / R, I = 12/110, и это дает нам 0,109A, что составляет ~ 0,11A, если проверить его с помощью амперметра.

Для правой стороны: I = 12/220, и это дает нам 0,54A, что составляет ~ 0,5А, если проверить его с помощью амперметра.

Аналогичным образом вы можете попытаться вычислить значение сопротивления (с известным напряжением и током) или напряжение (с известным током и сопротивлением), используя калькулятор закона Ома выше. Этот калькулятор также предоставит вам номинальную мощность схемы, используя приведенные выше формулы.

Расчеты напряжения, силы, сопротивления, нагрузки электрического тока

Современная структура общества такова, что на бытовом и промышленном уровне повсеместно используется электроэнергия. Генераторные установки, вырабатывающие электроэнергию, преобразующие подстанции работают для того, чтобы передать ее потребителям на бытовые электрические приборы и промышленные электроустановки.

Общая схема передачи электроэнергии потребителям с учетом мощностей

Что такое мощность электроэнергии

В электросетях, по которым передается энергия, существует ряд основных параметров, которые обязательно учитываются при проектировании и эксплуатации электроустановок.

Одним из таких показателей является электрическая мощность, под этим подразумевается способность электроустановки генерировать, передавать или преобразовывать определенную величину электроэнергии за определенный период времени. Преобразованием считается процесс изменения электрической энергии в тепло, механические движения или другой вид энергии. Чтобы сделать расчет мощности, надо знать, как минимум, величины тока, напряжения и ряда других параметров.

Расчет тока и напряжения, мощности иногда не делают, а измеряют параметры на месте. Но такая возможность не всегда предоставляется. Надо знать, как рассчитать мощность, когда цепь обесточена, при проектировании электроустановок, уметь пользоваться таблицей законов Ома и рассчитать силу тока по известным значениям параметров. Рассчитывать мощность нагрузки и ток нагрузки приходится для того, чтобы правильно выбрать сечение проводов в цепи, величину тока срабатывания для защитных автоматов и других нужд.

Законы Ома наглядно показывают, как посчитать ток по мощности и напряжению

Физический смысл электрической мощности в цепях переменного и постоянного тока одинаковый, но от условий нагрузки в цепи мощность может выражаться разными соотношениями. Для стандартизации закономерности явлений вводится понятие мгновенное значение, что указывает на зависимость скорости преобразований электроэнергии от фактора времени.

Электрическая мощность – это величина, выражающая скорость преобразования энергии электричества в другой вид энергии, обозначается буквой «Р».

Мгновенное значение электрической мощности

Определение – электрическая мощность тесно связана с другими параметрами цепи, током и напряжением, при изменении величины одного из них изменяются другие. Поэтому показания мощности фиксируются в короткий промежуток времени – ∆t.

Напряжение в данном случае обозначают буквой «U» – это выражает разность потенциалов зарядов, перемещенных электрическим полем из одной точки в другую за промежуток времени ∆t.

Сила тока обозначается буквой «I» – это поток, переносимый магнитным полем зарядов, другими словами заряд, перенесенный во временной интервал ∆t.

Исходя из этих определений, просматривается пропорциональная зависимость между этими параметрами:

Р = UxI.

При расчетах можно учитывать зависимость мощности от сопротивления нагрузки «R». По законам Ома для участка цепи с постоянным током мощность выражается как:

Р = I2xR или P = U2|R.

Если поставить в схему питания амперметр и вольтметр, то не придется думать, как вычислить силу тока.

Обратите внимание! Амперметр ставится последовательно в цепь по отношению к сопротивлению нагрузки, а вольтметр – параллельно.

В качестве источника питания используется аккумулятор, как нагрузка установлен прожектор. В данном случае не делается расчет силы тока, параллельно нагрузке подключен вольтметр, для измерения напряжения в Вольтах. Амперметр подключается последовательно для измерения тока в Амперах. Зная показания напряжения и тока по формулам, показанным выше, легко рассчитывается мощность.

Для участков цепи с переменным током формулы расчетов сложнее – необходимо учитывать характер нагрузки.

Расчеты мощности для электроцепей переменного тока

Переменный ток и напряжение имеют синусоидальный вид, при различных нагрузках происходит смещение фазы между ними на определенный угол. По этой причине направление тока иногда может быть противоположным, от нагрузки к источнику питания. Это бывает в электродвигателях, когда обмотка начинает генерировать энергию, это негативно сказывается на эффективности работы оборудования, снижается мощность. При большом количестве потребителей в электросети характер нагрузки имеет смешанный вид, в идеале выделяют три типа нагрузки:

Активная нагрузка, ее представляют такие электроприборы, как лампы накаливания, нагревательные тэны, спиральные электроплиты;
Емкостная нагрузка – это конденсаторы в оборудовании различного назначения;
Индуктивная нагрузка представлена катушками в электродвигателях, обмотках электромагнитов, дросселями и трансформаторами, другими приборами, где ток протекает через обмотки.

Емкостные и индуктивные виды выделяют как реактивную энергию в электросетях. Зная вид нагрузки, расчет потребляемой мощности делается точнее.

Расчет мощности в цепи с активной нагрузкой

Это классический случай в однофазной сети 220 В, в качестве нагрузки можно использовать обычные резисторы. Мощность рассчитывается как произведение действующих значений тока и напряжения, умноженное на соsϕ. В данном случае ϕ – угол смещения между фазами тока и напряжения.

Р = UI cos ϕ

График зависимости мощности по току и напряжению при активной нагрузке

Из графика можно узнать, что колебания тока и напряжения одинаковы по частоте и фазе, мощность всегда положительная с частотой в два раза больше.

Активная электрическая мощность характеризует процесс преобразования в сетях с переменным током энергии в тепло, механические движения, излучение света, в любой вид другой энергии. Измеряется активная нагрузка в Вт, кВт.

Расчет реактивной мощности

Как найти мощность в цепях с индуктивной и емкостной нагрузками? Это делается аналогичным образом. Расчет потребляемой мощности, как и в случае с активной нагрузкой, означает, что действующие напряжение и ток перемножаются, и результат умножается на sin ϕ. Где ϕ – угол сдвига фаз тока и напряжения.

Р = UI sin ϕ

Диаграмма, показывающая взаимосвязь параметров цепи при индуктивной нагрузке

График показывает, что мощность может принимать отрицательные значения, в этот момент энергия отдается в сторону источника питания, фактически она бесполезна и расходуется на нагрев.

Реактивная составляющая энергии характеризует работу нагрузки в виде электронного оборудования, электротехнических схем, моторов с наличием емкостной и индуктивной нагрузки. Единица измерения реактивной мощности при подсчете измеряется в Вар, это (Вольт-Ампер реактивный), обозначается буквой «Q».

Треугольник, отображающий отношение мощностей в сети

Зависимость мощности в цепи переменного тока от реактивной и активной составляющих с учетом угла сдвига фаз хорошо отображается на диаграмме, которую называют треугольником мощностей.

Формула расчета полной мощности обозначается буквой «S»

В этом случае учитывается полный импеданс рассчитываемой мощности электрического тока (комплексное сопротивление нагрузки). Тем, кому вычислением заниматься сложно даже на калькуляторе, можно воспользоваться онлайн калькуляторами на сайте https://www.fxyz.ru с вычислением мощности в цепях с различной нагрузкой. Вычисляется все мгновенно, достаточно заполнить таблицу с исходными параметрами. Когда такой калькулятор под рукой, я вычислю быстро нужные мне параметры.

Видео

Оцените статью:

Расчитать мощность стабилизатора напряжения

Очень важная характеристика для надежной, долгой работы. Всем известно, если любое оборудование использовать на все сто процентов его возможностей, срок службы значительно сокращается. Мощность стабилизатора указывает максимальное значение нагрузки, которое можно подключить. Перед покупкой следует первым делом вычислить общее потребление бытовой техники дома, лишь после этого рассматривать модели, способные обеспечить соответствующий режим работы по нагрузке.

Как она влияет на работоспособность? Если неправильно подобрать мощность стабилизатора, периодически будет срабатывать защита — перегрузка. Результат, возникает дискомфорт от постоянных отключений. Работа будет в перегруженном режиме, последствия — перегрев трансформатора. Случай без гарантийный. Чтобы правильно рассчитать данный параметр электронного стабилизатора, существует несколько способов. Рассмотрим подробнее.

Расчет по техническим характеристикам

Каждый бытовой прибор имеет паспорт, где есть таблица характеристик прибора. В этой таблице без особого труда можно посмотреть сколько потребляет прибор. На каждом приборе (обычно на задней стороне прибора) есть шильдик с указанием основных характеристик. Собрав все значения с приборов которыми Вы можете пользоваться одновременно, суммируем. Получаем приблизительное значение необходимой мощности стабилизатора. Значение приблизительное. Поэтому рекомендуется всегда закладывать небольшой запас для Российских производителей, и 50% запаса для произведенных в Китае.

Мощность стабилизатора по входным автоматам

Самый простой способ определения мощности стабилизатора — посмотреть номинал входных автоматов установленных в щитке. Автоматы находятся рядом со счетчиком электроэнергии. На фото показан пример расположения автоматов, место обозначения номинала. Расчет мощности электронного стабилизатора прост. Смотрим значения номинала автомата. Приблизительно делим значение на 5, получаем мощность стабилизатора. Например стоят автоматы 25 Ампер (25 А). Будет прописано С25. Делим, получаем значение 5 кВа. Если автоматы не выбивало, значит Ваша нагрузка не превышает 5 кВа. Начинаем просматривать модели с данной характеристикой. Сложнее определить если в щитке много автоматических выключателей. Внимательно рассматриваем номиналы всех. Как правило вводной (входной) автомат имеет значение выше, чем все остальные, ставят его первым от счетчика электроэнергии.

Расчет мощности в онлайн калькуляторе

В процессе расчета надо сложить все электроприборы, которыми пользуетесь одновременно. Прибавить несколько киловатт на свет. Не забывайте учитывать мощные нагревательные элементы. Получив определенное значение, надо теперь заложить запас на падение мощности стабилизатора при пониженном напряжении. В нижней части калькулятора предусмотрена дополнительная шкала, которая учитывает падение, закладывая небольшой запас.

Серия ЛЮКС работает без падения мощности стабилизатора при пониженном напряжении. Измерительный элемент стоит на выходе стабилизирующего устройства. В результате защита по перегрузке сработает только тогда, когда потребитель даст нагрузку в 100% от заданных параметров. Естественно, законы физики не отменяли, на входе устройства при низком напряжении потребление тока будет больше. В результате само падение оплачивает не потребитель, а производитель. Что очень удобно для конечного потребителя.

Хотите получить бесплатную консультацию, узнать стоимость и действующие скидки?

Отправьте запрос, заполнив все поля в онлайн консультанте.

Рассчитать мощность стабилизатора можно позвонив по бесплатному номеру

Калькулятор зависимости силы тока от напряжения и сопротивления. Ом

Все источники питания рассчитаны на предельную нагрузку (на определенную мощность).

По сути любой источник энергии имеет определенное напряжение на выходе, а так же определенную допустимую силу тока. При превышении максимальной силы тока (мощности) источник питания может сгореть.

Давайте представим, что у нас есть источник питания с напряжением 12 Вольт и с допустимой силой тока в 1 Ампер.
Если подключим к такому источнику нагрузку в виде сопротивления 24 Ома, через чем будет протекать ток равный ½ максимально допустимого тока — тоесть 0,5 Ампера.
Если параллельно мы подключим еще одно сопротивление 24 Ома сила тока достигнет максимально допустимой в 1 Ампер.

Схема зависимости силы тока от сопротивления нагрузки

Подключив еще одно сопротивление параллельно к источнику питания через цепь будет протекать ток в 1,5 раза больше допустимого. При такой нагрузке в источнике питания скорее всего сгорит предохранитель, возможно такой источник питания даже сгорит сам в условиях перегрузки.

По сути тоже самое происходит когда вы подключаете низкоомную нагрузку к усилителю. Если вы подключите к усилителю нагрузку (скажем динамик) с сопротивлением меньше, чем заявленная в характеристиках усилителя, он может сгореть. Тоже самое произойдет, если вы подключите несколько динамиков параллельно, тем самым увеличив силу тока а значит и мощность.

Сопротивление нагрузки может служить инструментом регулировки выходной мощности усилителя. Чем меньше сопротивление нагрузки тем больший будет протекать через него, а значит и мощность будет больше. Не забываейте, что нельзя допускать понижения сопротивления ниже заявленных параметров усилителя . Помните что короткое замыкание это 0 Ом! Наверно вы уже догадываетесь почему.

Пример расчета зависимости силы тока от сопротивления проводника или потребителя (нагрузки)

Так как основные примеры электроники мы рассматриваем на примерах автозвука…. Давайте предположим, что у нас есть усилитель мощностью 100 Ватт (мощность мы разберем более подробно чуть позже) и он рассчитан на минимальное сопротивление 4 Ома.

Это означает, что усилитель может генерировать мощность до 100 Ватт на нагрузку в 4 Ома, и если сопротивление нагрузки будет меньше, вполне вероятно он сгорит.

Для того что бы достичь мощности в 100 Ватт на 5 Ома через цепь нагрузки должен протекать ток в 5 Ампер.

Для того что бы такой ток протекал через нагрузку 4 Ома, необходимо создать разность потенциалов (напряжение) на контактах динамика в 20 Вольт. (то есть при максимальной мощности, напряжение на контактах динамика будет равно 20 Вольт).

Пусть множество этих цифр не сбивает вас с толку, мы ниже более подробно рассмотрим все определения.

Ниже приведен калькулятор который рассчитывает силу тока в зависимости от напряжения и сопротивления.

Калькулятор зависимости силы тока от напряжения и сопротивления.

Если вы введете наши исходные данные 20 Вольт и 4 Ома в исходные параметры, вы увидите в результатах калькулятора что через нагрузку будет протекать ток в 5 Ампер. Если вы уменьшите сопротивление до 2 Ом, сила тока увеличится вдвое. Но как мы помним максимальная допустимая сила тока для нашего усилителя 5 Ампер и более низкое сопротивление нагрузки приведет к повышению силы тока, а это может повредить ваш усилитель.

Используйте этот калькулятор для расчета силы тока протекающего через нагрузку.

— Калькулятор наглядно продемонстрирует вам как напряжение приложенное к нагрузке, а так же сопротивление нагрузки, влияет на ток протекающий в цепи

— вы можете отдельно менять Вольтаж и сопротивление
— обратите внимание, что увеличение силы тока обычно связано с увеличением приложенного напряжения и УМЕНЬШЕНИЕМ сопротивления.

Понижение силы тока связано обычно с понижением напряжения и УВЕЛИЧЕНИЕМ сопротивления.

п.с. Когда вы покупаете динамики для вашей аудиосистемы вы должны знать минимальное сопротивление на которое рассчитан ваш усилитель, что бы получить от него максимальную мощность. Зная параметры усилителя вы можете точно выбрать правильный динамик (как с одной катушкой так и с двумя — помните о параллельном и последовательном соединении).

!!! Помните что Ом это единица выражающая сопротивление нагрузки протеканию электрического тока.

Калькулятор закона

Ома | Ecomsa

Другими словами, «R» — это постоянная и независимая единица измерения тока; «V» имеет небольшую плавность тока при более высоком сопротивлении, а «I» прямо пропорционален приложенному напряжению и обратно пропорционален его сопротивлению. Следовательно, закон Ома фокусируется на свойствах некоторых материалов. Однако это не электромагнитный закон, как закон Гаусса. На языке математики это переводится как V = IR

История закона Ома

До создания любого калькулятора сопротивления закон Ома был рожден в 1827 году немецким физиком Георгом Симоном Омом.Он провел обширное исследование в области гальванических последовательностей, обнаружив некоторые значения напряжения и тока, протекающие через простые электрические цепи. В настоящее время это расследование привело к принятию закона, носящего его имя.

В связи с этим Ом получил множество признаний и наград: в 1849 году Мюнхенский университет присвоил ему кафедру профессора физики, а в 1941 году Лондонское Королевское общество наградило его медалью Копли. единица электрического сопротивления после него, Ом.

Особенности закона Ома

Электрическое сопротивление : это противодействие или затруднение, обнаруживаемое током в замкнутой цепи, которое уменьшает свободный поток электронов. Единицей измерения сопротивления является ом (R o Ω), что означает, что сопротивление, оказываемое проводником, когда через него и между его крайними значениями циркулирует ампер (сила), дает разность потенциалов (напряжение) в один вольт.
Ом : это единица электрического сопротивления, и один Ом равен одному амперу тока, протекающего при приложении напряжения в один вольт.Все цепи имеют определенную степень сопротивления (или сопротивления) току, в результате чего формула Ома R = V / I. Другими словами, увеличение тока при том же напряжении уменьшит сопротивление.
Вольт : это единица электродвижущей силы или электрического давления (B), регулярно прикладываемая к цепи с сопротивлением в один Ом, которая производит ток в один ампер. В двух словах, воду, текущую по медной трубке, можно считать равной напряжению, протекающему по электрическому кабелю; потому что для его движения требуется сила, а сопротивление этому потоку измеряется в амперах.

Ампер : это стандартная единица измерения электрического тока, которая создается давлением в один вольт в цепи с сопротивлением в один ом.

Формула Ватта, формула Ома и формула Ампера — понимание закона Ома

Из-за наличия материалов уменьшите электрический ток, протекающий через них, а при изменении их сопротивления значение силы тока в амперах также изменяется обратно пропорционально.По мере увеличения сопротивления ток уменьшается, а по мере уменьшения сопротивления ток увеличивается. В обоих случаях значение напряжения требует постоянного поддержания.

Следовательно, закон Ома работает для цепей и пассивных участков цепи, которые а) имеют исключительно резистивные нагрузки (но не индуктивные или емкостные) или б) имеют постоянный режим. В обоих случаях на значение сопротивления проводника может влиять температура. Следовательно, с точки зрения физики, любое устройство или материал, вставленные в электрическую цепь, вызывают сопротивление в токе.Это сопротивление может быть увеличено или уменьшено в зависимости от используемого материала.

Чтобы рассчитать сопротивление материала определенной длины и толщины, мы должны применить формулу Ома:

Это означает, что R равно rho (ρ), умноженному на длину проводника (L) и деленному на проводник. сечение или толщину (область S). Где rho (ρ) — постоянная величина, называемая удельным сопротивлением; L — длина жилы кабеля в метрах, а S — сечение или толщина жилы кабеля в мм2.

Для получения дополнительной информации мы предоставляем общую таблицу с некоторыми значениями rho (ρ) в зависимости от типа проводящего материала:

Для расчета значений резистора нам уже известна постоянная удельного сопротивления (ρ), поэтому мы должны определить длину проводника (L) и сечение (S). Значение:

Чем больше длина, тем выше сопротивление.
Чем меньше длина, тем меньше сопротивление.
Чем длиннее отрезок, тем меньше сопротивление.
Чем меньше сечение, тем выше сопротивление.

Проанализировав эти четыре утверждения, мы сделаем вывод, что значение сопротивления прямо пропорционально длине проводника и обратно пропорционально его сечению.

Калькулятор закона Ома

Введите любые два известных параметра цепи в приведенный ниже калькулятор закона Ома и вычислите оставшиеся два значения в соответствии с законом Ома.

Закон Ома — это самый фундаментальный закон, который регулирует соотношение между напряжением (В), током (I) и сопротивлением (R).Он был определен немецким ученым Георгом Симоном Омом, и поэтому назван в его честь. Закон гласит, что « для любой цепи электрический ток (I) прямо пропорционален напряжению (V) и обратно пропорционален сопротивлению (R) ».

Это самый фундаментальный закон, из которого произошли все остальные концепции; возможно, это будет первый закон, который представят всем, кто интересуется электроникой. Концепция, лежащая в основе этого закона, очень проста: это просто означает, что напряжение в любых двух точках в цепи всегда будет равно произведению сопротивления между двумя точками и тока, протекающего по цепи.Это может быть математически дано как

В = ИК

Где, V = напряжение, I = ток и R = сопротивление

Эту формулу также можно переписать в следующие формы

Используя эти три формулы, вы можете рассчитать значение напряжения, тока или сопротивления. Зная любой из этих двух параметров, вы также можете рассчитать мощность, используя приведенные ниже формулы

Давайте проверим наш принцип закона Ом на двух вышеупомянутых схемах.Источник напряжения для обеих цепей — 12 В. Но у нас есть два разных значения сопротивления для цепей: слева 110 Ом, а справа 220 Ом.

Рассчитаем ток, который должен протекать по цепи для обеих цепей. Нам известны формулы I = V / R.

Для левой цепи I = V / R, что составляет I = 12/110, и это дает нам 0,109A, что составляет ~ 0,11A, если проверить его с помощью амперметра (см. Амперметр на рисунке выше), мы получим значение dame.

Для правой стороны цепи I = 12/220, и это дает нам 0.54A, что составляет ~ 0,5A, если проверить его с помощью амперметра (см. Амперметр на рисунке выше), мы получим значение dame.

Аналогичным образом вы можете попробовать вычислить значение сопротивления (с известными значениями напряжения и тока) или напряжения (с известными токами и сопротивлением), используя приведенный выше калькулятор закона Ом . Этот калькулятор также предоставит вам номинальную мощность цепи, используя приведенные выше формулы.

Как рассчитать электрическую нагрузку

Электрические цепи находят множество применений, в том числе в быту, автомобилестроении и электронике.Электрические принципы применяются независимо от области применения. У вас есть несколько компонентов, распределенных по схеме, которые составляют нагрузку схемы. У вас есть источник энергии. Вы хотите знать характеристики компонентов нагрузки. У вас есть закон Кирхгофа, который, по сути, гласит, что сумма напряжения нагрузки равна сумме напряжений источника. Вы не хотите повредить какие-либо компоненты цепи, поэтому рассчитываете нагрузку.

Расчет электрической нагрузки в простой цепи

Рассчитайте электрическую нагрузку для простой линейной цепи, имеющей напряжение источника 9 В и два последовательно включенных резистора по 330 Ом.Второй резистор имеет вывод, идущий на землю. Рассчитайте по следующим уравнениям. Пусть мощность = напряжение * ток (P = VI). Пусть ток = напряжение / сопротивление (I = V / R).

Примените второй закон Кирхгофа, согласно которому сумма напряжений в цепи равна нулю. Сделайте вывод, что напряжение нагрузки вокруг простой схемы должно составлять 9 вольт. Вычислите, что напряжение нагрузки равномерно распределено на каждом из резисторов, поскольку они имеют одинаковое сопротивление, и что напряжение на каждом из них должно быть 4.5 вольт (или -4,5 в соответствии с законом Кирхгофа).

Рассчитайте I = V / R (расчет тока), так что I = 4,5 / 330 = 13,6 мА (миллиампер). Вычислите P = VI = 9 * 0,0136 = 0,1224 Вт. Обратите внимание, что теперь известны все характеристики нагрузки (напряжение, сопротивление, ток и мощность). Будьте осторожны и выбирайте резисторы мощностью 0,5 Вт.

Используйте онлайн-симулятор линейных цепей для моделирования простых цепей и расчета нагрузочных характеристик. Используйте описанный ниже имитатор линейных цепей под названием «Linear Technology Spice.«Создайте образец схемы и поэкспериментируйте с различными компонентами нагрузки. Рассчитайте характеристики нагрузки, используя уравнения напряжения, тока, сопротивления (или индуктивности) и мощности.

Расчет бытовой электрической нагрузки

Рассчитайте нагрузку для типичного дома на одну семью с помощью онлайн-калькулятора электрической нагрузки. Воспользуйтесь онлайн-калькулятором «Калькулятор электрической нагрузки для дома на одну семью».

Укажите площадь вашего дома в квадратных футах. Введите количество «цепей для малой бытовой техники» и «цепей для стирки» и при необходимости обратитесь к электрической схеме.Если информация недоступна, используйте значения по умолчанию. Введите значения для «Прикрепленные устройства», «Приборы для приготовления пищи», «Отопление или охлаждение» и «Самый большой двигатель». Нажмите «Рассчитать нагрузку».

Обратите внимание на «Общая расчетная нагрузка», «Расчетная сила тока», «Общая нейтральная нагрузка», «Общая нейтральная нагрузка» и «Общая нейтральная сила тока».

Калькулятор электрического тока | Вольт | Амперы | Ом

Рис. 1. Вода в трубе и электричество в кабеле

Поскольку электричество может быть сложной концепцией для тех, кто не знаком с предметом, мы будем использовать аналогию с трубопроводом для всех электрических свойств, что, как мы надеемся, поможет вам понять.Представьте себе протекающее электричество как воду, протекающую по трубе (рис. 1) {аналогии с трубопроводами обычно заключаются в фигурные скобки}.

Проводник (электрический)

Это средство, с помощью которого электричество может передаваться из одного места в другое (воспринимайте это как трубу). Мы будем называть проводник «кабелем», хотя он известен как «провод», «шнур» или «проводник». Он может иметь любую форму или форму, но обычно представляет собой один или несколько (многопроволочных) проводов круглого сечения, покрытых изоляционным материалом.Причина, по которой используются многожильные кабели, а не одножильные провода того же диаметра, которые обеспечат более низкое сопротивление, заключается в том, что кабели большого диаметра, используемые для сильноточной передачи, очень трудно сгибать.

Хороший проводник позволяет электричеству {или воде} проходить через него очень быстро и без особых усилий.

Плохой провод может затруднить прохождение электричества (или воды), что делает его хорошим резистором.

Электроэнергия (постоянный / переменный ток)

Электричество — это необычно интенсивный перенос электронов между соседними атомами в проводнике в одном направлении.Количество электричества, проходящего по проводнику, измеряется в кулонах (представьте это как галлоны или литры воды, проходящей по трубе).

Электричество постоянного тока означает постоянный ток. Он является непрерывным и должен рассматриваться как эквивалент потока воды по трубе, создаваемой лопастным или центробежным насосом: т.е. он обеспечивает постоянный поток в одном направлении.

В то время как постоянный ток (и напряжение) обычно обеспечивается батареей или другим энергоаккумулятором, немного другая версия также может быть создана генератором постоянного тока (см. Калькулятор CalQlata MotAtor).’DC’ обычно используется для источников питания с относительно низким энергопотреблением (<100 Вт), таких как портативное электрическое и электронное оборудование, например мобильные телефоны, компьютеры и т. д. Преимущество аккумуляторного источника питания заключается в том, что это простая система, не требующая генератора (то есть до тех пор, пока аккумулятор не потребует подзарядки).

Рис. 2. Переменный ток

Электричество переменного тока означает переменный ток. Он варьируется от положительного до отрицательного (представьте, что вода нагнетается по трубе с помощью поршневого насоса (т.е.е. толкать-сосать-толкать и т. д.)}. Переменный ток (и напряжение) обеспечивается вращением сильного магнита в серии проволочных петель.

Хотя напряжение также изменяется с той же частотой, что и ток, обычно это происходит не одновременно, т.е. они обычно «не совпадают по фазе» (рис. 2). Количество раз, которое это изменение происходит каждую секунду, называется частотой () электричества и измеряется в герцах (Гц).

Калькулятор электрического тока ограничивается расчетами однофазного источника питания переменного тока (как показано на рис. 2).Трехфазный источник питания вызывает три однофазных источника питания, каждое из которых не совпадает по фазе на 120 °.

Передача электроэнергии по кабелю ограничена его электрическим сопротивлением, которое предварительно определяется его; материал⁽²⁾, длина, диаметр и температура. Первый закон Джоуля гласит; «потеря мощности в проводнике пропорциональна квадрату тока (p = I².R)», но, поскольку она также пропорциональна вольтам (p = VI), вы должны стараться поддерживать ток как можно более низким. и соответственно более высокое напряжение при проектировании систем передачи электроэнергии.Вы делаете это с трансформаторами.

Напряжение [В]

Напряжение — это сила, которая создает поток электричества (представьте напряжение как падение давления в трубе). Он также известен как электродвижущая сила (ЭДС) и разность потенциалов (pd).

Ток [Ампер]

Ток — это скорость (или скорость), с которой некоторое количество электричества течет через проводник {т. Е. галлонов или литров в минуту}. Один ампер — это прохождение одного кулона электричества в секунду.

Импеданс [Ом]

Импеданс — это полное сопротивление проводника. Он включает в себя постоянное статическое сопротивление, обусловленное удельным сопротивлением материала, его размерами и температурой, а также реактивное сопротивление, генерируемое при электроснабжении переменного тока.

Поскольку импеданс² = реактивное сопротивление² + сопротивление², полное сопротивление всегда будет равно сопротивлению в электрических цепях постоянного тока, поскольку реактивное сопротивление равно нулю. Но в источниках питания переменного тока сопротивление всегда будет в некоторой степени присутствовать и отвечает за сдвиг фазового угла (рис. 2) между напряжением и током.

Сопротивление [Ом]

Возвращаясь к нашей аналогии с «трубой», представьте контур без сопротивления как полностью открытую, абсолютно прямую, чистую, свободную от трения трубу слегка увеличивающегося диаметра, в которой вода нагнетается в один конец и выливается из другого. Это отличное средство транспортировки воды (или электричества) из одного места в другое с минимальными потерями и без какой-либо работы.

Если, однако, вы установите спиральную (или винтовую) лопатку в нашу трубу, которая каким-либо образом соединена с свободно вращающимся колесом вне трубы, колесо будет вращаться по мере вращения лопатки, тем самым выполняя работу, но эта работа потребует; а) достаточное давление (напряжение) для создания скорости потока и б) достаточная скорость потока (ток) для вращения лопасти.Сопротивление, которое испытывает система при вращении винтовой лопатки, эквивалентно электрическому сопротивлению в проводнике.

Может пригодиться высокое сопротивление в проводнике;

например для нити накаливания электрической лампочки, где она нагревается достаточно, чтобы загореться

или плохо;

например при передаче электроэнергии на большие расстояния, где высокое сопротивление потребует большой мощности для передачи, и последующий нагрев проводника приведет к потерям на стороне подачи

Реактивное сопротивление (переменный ток) [Ом]

Реактивное сопротивление — это электрическое сопротивление переменному току, создаваемое индуктивностью или емкостью, которые не зависят от сопротивления.

Индуктивность (переменный ток) [генри]

«Приложенная» ЭДС, создаваемая генератором переменного тока, обеспечивает силу, которая вызывает рост переменного тока во время его цикла (рис. 2). Индуктивность — это сопротивление, создаваемое наведенной (или «обратной») ЭДС, которая противодействует приложенной ЭДС и, следовательно, замедляет рост тока. Именно это замедление протекания тока «обратной» ЭДС создает индуктивное сопротивление.

Пик тока наступает после индуктивной ЭДС и поэтому считается, что он отстает от напряжения (рис. 2).

Емкость (переменный ток) [фарады]

Емкость можно рассматривать как электрическую диафрагму, накапливающую энергию (давление) при увеличении напряжения и предотвращающую прохождение тока, но в отличие от физической диафрагмы она не останавливает весь поток. Конденсатор собирает электричество, когда переменный ток растет в течение своего цикла, и высвобождает его, когда ток падает. Именно это предотвращение потока во время цикла создает емкостное сопротивление.

Пик тока опережает проводящую ЭДС и поэтому считается, что он опережает напряжение (рис. 2).

Мощность [Вт или Джоулей в секунду]

Мощность (‘p’) в цепи — это средство, с помощью которого мы можем определить скорость работы, совершаемой электричеством (или водой) при прохождении через проводник. Для блоков питания постоянного тока это просто Вольт x Ампер, но блоки питания переменного тока имеют номинальную мощность «Истинная» и «Кажущаяся».

Рис. 3. Расчет истинной мощности

Коэффициент мощности (переменный ток)

Коэффициент мощности — это коэффициент, на который снижается полная мощность для учета фазового сдвига от комбинации сопротивления и реактивного сопротивления.Он также равен косинусу фазового угла (Cos (φ)).

Истинная мощность (переменный ток)

Истинная мощность — это максимальный ток (I _max), умноженный на совпадающее напряжение (V), где Volts — это V _max, умноженный на коэффициент мощности (рис. 3).

Полная мощность (переменный ток)

Полная мощность — это максимальный ток, умноженный на максимальное напряжение без применения коэффициента мощности (см. Выше), и обычно обозначается как номинальная мощность источника питания в кВА (киловольт-ампер).

Калькулятор электрического тока — Техническая помощь

Разница между вариантами расчета AC-DC и Power Transmission заключается в том, что «AC-DC» рассчитывает только теоретические отношения между различными свойствами электрического заряда, тогда как «Power Transmission» связывает эти свойства с электрическим кабелем (или проводником). .

Пример расчета (фиктивная нить накала лампы 50 Вт x 240 В, рис. 4 и 5)

1) Выберите вариант расчета: AC / DC
2) Введите частоту 50 [Гц] (например, внутренняя частота в Великобритании)
3) Введите 220 [В] в качестве напряжения (например, напряжение сети в домах в Великобритании)
4) Введите 2,8 [ч] для индуктивности (типично для британской сети)
5) Выберите вариант расчета: Power Transmission
6) Введите диаметр нити накала 3,5E-05 [м] (около 1.4 тыс.)
7) Введите длину нити накала 0,58 [м]
. 8) Введите свойства для вольфрама; αᴿ; 0,004403 [/ ° C], ρᴿ; 5.5E-08 [Ом.м], cp; 134 [Дж / кг / К] и ρ; 19293 [кг / м³]
9) Введите 2500 [° C] в качестве температуры, которую необходимо достичь
. 10) Введите 1 для количества нитей (расчет завершен)
11) Скопируйте результат для Resistance (398.123037)
12) Вернитесь к AC / DC и вставьте значение сопротивления в соответствующие входные данные (‘R’)

Вы заметите, что мощность (‘p’) равна 50 в опции расчета «Power Transmission» и 20.67 в варианте расчета «AC / DC». Это связано с тем, что мощность в «Power Transmission» — это кажущаяся мощность («ap»; 0,05 кВА⁽⁴⁾), в то время как мощность в опции расчета «AC / DC» — это истинная мощность (20,67 Вт⁽⁴⁾). Вышеупомянутая нить накала была разработана для 50 ВА⁽⁴⁾ (в отличие от 50Вт⁽⁴⁾)

.
Рис. 4. AC-DC

AC-DC

Этот вариант расчета предназначен для расчета общих соотношений между электрическими свойствами без учета электрического проводника.

Напряжение и ток в цепи постоянного тока (DC) постоянны.У них нет частоты. Таким образом, если вы удалите входное значение для частоты (‘ƒ’) или установите его на ноль, калькулятор электрического тока автоматически предположит, что вы выполняете расчет постоянного тока. В этом случае ни индуктивность («L»), ни емкость («C») не будут включены в расчет, и все выходные данные, кроме тока («I») и мощности («p»), будут автоматически установлены на ноль.

Однако, если вам нужно рассчитать электрическое сопротивление проводника, используя этот вариант расчета, вы можете использовать Power Transmission (см. Ниже), чтобы рассчитать его сопротивление (‘R’) на основе его материала, размеров и температуры, а также скопировать и вставить результат в этой опции (не забывая удалить все запятые из данных).

Значение, которое вы вводите для напряжения (‘V’) или получаете для реактивного сопротивления (‘X’) в этой опции расчета, будет автоматически вставлено в соответствующие входные данные в опции расчета передачи мощности в следующий раз, когда вы ее выберете.

Re. значения мощности и полной выходной мощности, см. «Примечание 4» внизу этой страницы

Трансмиссия

Рис. 5. Передача мощности

Этот вариант расчета предназначен для определения характеристик кабеля (или проводника) электропередачи.

Значения напряжения (‘V’) и реактивного сопротивления (‘X’) в этой опции расчета автоматически переносятся из AC / DC, а соответствующее выходное значение для удельного сопротивления (‘ρᴿ’) автоматически переносится из Resistivity / Conductivity каждый раз, когда вы введите этот вариант расчета. Однако, пока вы остаетесь в этом варианте расчета, калькулятор электрического тока будет включать любые изменения, которые вы вносите в эти значения входных данных.

Данная процедура расчета была разработана для того, чтобы вы могли ввести материалы, размеры и расчетную температуру проводников для достижения желаемых рабочих условий.Вы можете использовать его для расчета свойств лампы накаливания с металлической нитью или ограничения рабочей температуры силового кабеля. Например:

А лампа накаливания

Нить накала лампочки должна светиться как можно ярче. В случае металлической проволочной нити ее яркость прямо пропорциональна ее температуре независимо от материала, из которого она сделана. Следовательно, очевидно, что лучше использовать металл с самой высокой температурой плавления (например,грамм. вольфрам) и нагрейте его как можно сильнее, не рискуя кратковременным отказом, помня, конечно, что если его нормальная рабочая температура слишком высока, он будет утомляться частым включением и выключением. Калькулятор электрического тока вставил свойства фиктивной лампочки 240 В x 50 Вт в пункт меню «Файлы> Сброс до данных по умолчанию», где соответствующие свойства вольфрамовой нити были извлечены из базы данных CalQlata Metals.

Кабель передачи

Это намного проще, поскольку вам нужно только определить максимально допустимую температуру, и вы, конечно же, будете знать, какая мощность у вас есть.

Например, если вы хотите узнать, сколько мощности вы можете передать от своей электростанции на расстояние более 300 км по кабелю из алюминиевого сплава диаметром 15 мм, температура которого не может повыситься более чем на 50 ° C …

… вы вводите физические свойства вашего кабеля вместе со свойствами мощности, которую вы хотите транспортировать (1.0E + 07W), скажем, 220 000 В и 45 А (в этом примере для индуктивности используйте 24 часа ³⁾), и вы получите 6,6 мегаватт.

Ваша единственная проблема состоит в том, чтобы убедиться, что выделяемое тепло 7E + 09J может быть потеряно с его площади менее чем за 1089 секунд (см. Калькулятор теплопроводности CalQlata), то есть за время, необходимое мощности для выработки тепла, достаточного для достижения максимально допустимая температура.

Рис. 6а. Удельное сопротивление

Удельное сопротивление (проводимость)

Удельное сопротивление (Ом · м) равно удельной электропроводности (См / м)

Естественное сопротивление, которое существует в каждом материале, определяет уровень сопротивления, который он имеет электрическому току, проходящему через него through²⁽. В отрасли используется множество различных версий единиц, но наиболее распространенными являются: а) метрические; мкОм.см и б) дюймовая; Ом · мил / фут

В то время как калькулятор электрического тока использует только Ω.м для удельного сопротивления во всех расчетах, эта опция расчета включает средство для преобразования между 54 вариантами единиц удельного сопротивления и проводимости. Но поскольку потенциал преобразования настолько велик, деления и кратные Ом и Сименс не включены, так как это сделало бы список выбора непрактично большим. (Рис. 6a)

Рис. 6b. Преобразование единиц сопротивления

Если вы хотите преобразовать мкОм.см в Ом.см, просто умножьте полученное значение на соответствующий кратный « μ » (5.5E-06).

Если вы хотите преобразовать Ω.cm в μΩ.cm, просто разделите полученное значение на соответствующий кратный «μ» (5.5E + 06).

Или вы можете использовать калькулятор CalQlata UniQon, который сделает это за вас (рис. 6b).

Этот вариант расчета также включает расчет IACS%, установленный «Международным стандартом отожженной меди» для сравнения меди.

Банкноты

Разница между генератором постоянного тока и генератором переменного тока заключается просто в способе извлечения тока.
Удельное сопротивление некоторых материалов не увеличивается с температурой, некоторые даже падают (например, некоторые углеродные композиционные материалы)
Самоиндуктивность генератора обычно определяется следующим образом: Напряжение = Индуктивность x изменение тока ÷ изменение во времени. В показанном выше примере (Кабель передачи) предполагается, что частота 50 Гц делает изменение во времени 0,01 секунды для изменения тока от минимального до максимального (от -45A до + 45A). Это свойство не рассчитывается в калькуляторе электрического тока, поскольку оно значительно варьируется в зависимости от самоиндукции, наведенной ЭДС, типа переменного тока и т. Д.
Если разница между мощностью и полной мощностью на первый взгляд кажется несущественной примерно в 1000 раз, это происходит потому, что мощность указана в ваттах, а полная мощность — в кВА (киловольт-амперах) в соответствии с соглашением.

Дополнительная литература

Дополнительную информацию по этому вопросу можно найти в справочных публикациях ^{(3, 11, 21 и 22)}

Калькулятор мощности трехфазного переменного тока

(сбалансированная нагрузка) • Калькуляторы электрических, радиочастотных и электронных устройств • Онлайн-преобразователи единиц

Однофазное и трехфазное питание

Однофазное питание похоже на небольшую сельскую дорогу, обеспечивающую ограниченную мощность.Трехфазное питание похоже на шоссе и обычно предоставляется для коммерческих и промышленных зданий.

Однофазный распределительный трансформатор, устанавливаемый на столб, установленный в жилом районе в Канаде

Термин «фаза» относится к распределению электроэнергии. Для людей, которые не разбираются в электричестве, однофазное и трехфазное питание можно сравнить с этими картинками. Однофазная сеть похожа на небольшую дорогу с ограниченной мощностью и в основном используется для жилых домов. Это просто и выгодно.Однако его нельзя использовать для работы трехфазных высокоэффективных двигателей. Это компромисс. С другой стороны, трехфазное питание похоже на шоссе и обычно предоставляется для коммерческих и промышленных зданий и очень редко для жилых домов. Все мощные нагрузки, такие как водонагреватели, большие двигатели и кондиционеры, получают питание от трехфазного источника питания.

В однофазном питании используются два или три провода. Всегда есть один провод питания, называемый фазным проводом или проводом под напряжением, и один нейтральный провод.Между этими двумя проводами течет ток. Если в однофазной системе есть заземляющий провод, то используются три провода. Однофазное питание хорошо, когда активны типовые нагрузки, то есть традиционное (лампы накаливания) освещение и обогрев. Этот тип распределения мощности не подходит для электродвигателей большой мощности.

Блок трехфазных понижающих трансформаторов для энергоснабжения небольшого промышленного объекта.

В трехфазной системе используются три провода питания (также называемые проводами под напряжением или линиями).Каждый провод несет синусоидальный ток со сдвигом фазы 120 ° относительно двух других проводов. Трехфазная система может использовать три или четыре провода. С четвертым нейтральным проводом трехфазная система может обеспечивать три отдельных однофазных источника питания, например, в жилых районах. Нагрузки (дома) подключаются таким образом, чтобы от каждой фазы потреблялась примерно одинаковая мощность. Нейтральный провод часто имеет уменьшенный размер, потому что фазные токи компенсируют друг друга, и если нагрузки хорошо сбалансированы, ток, протекающий по нейтральному проводу, почти равен нулю.Трехфазная система питания позволяет подавать постоянный поток энергии с постоянной скоростью. Это позволяет нам подключать больше нагрузки.

Определения и формулы

Генерация трехфазных напряжений

Простой трехфазный генератор имеет три отдельные идентичные катушки (или обмотки), которые расположены так, что между тремя напряжениями (фазами) существует разность фаз 120 ° индуцируется в каждой из обмоток. Эти три фазы независимы друг от друга. Мгновенные напряжения в каждой фазе равны

, где U _p — пиковое напряжение или амплитуда в вольтах, ω — угловая частота в радианах в секунду, а t время в секундах.Индуцированное напряжение в обмотке 2 отстает от напряжения в обмотке 1 на 120 °, а индуцированное напряжение в обмотке 3 отстает от напряжения в обмотке 1 на 240 °. Векторная диаграмма напряжений генератора и их формы сигналов показаны на рисунке ниже:

Если коэффициент мощности равен 1, то каждое фазное напряжение, ток и мощность в трехфазной системе смещены относительно двух других на 120 °. ; последовательность фаз на этом рисунке — U₁, U₂, U₃, потому что U₁ ведет к U₂, U₂ ведет к U₃, а U₃ ведет к U₁.

Преимущества трехфазных систем

Трехфазные двигатели имеют простую конструкцию, высокий пусковой крутящий момент, более высокий коэффициент мощности и высокий КПД, они более компактны и с меньшими потерями по сравнению с однофазными двигателями.
Передача и распределение трехфазного питания дешевле, чем однофазное питание. Это позволяет использовать более тонкую проволоку, что значительно снижает материальные и трудовые затраты.
В отличие от пульсирующей однофазной мощности, производимой однофазной системой, трехфазная мгновенная мощность является постоянной, что обеспечивает плавную и безвибрационную работу двигателей и другого оборудования.
Трехфазные электрические трансформаторы имеют меньшие габариты по сравнению с однофазными трансформаторами.
Трехфазная система может использоваться для питания однофазной нагрузки.
Выпрямление постоянного тока трехфазного напряжения намного более плавное, чем выпрямление однофазного напряжения.

Последовательность фаз

Это последовательность, в которой напряжений в трех фазах достигают положительного максимума. Последовательность фаз также называется порядком фаз. На рисунке выше последовательность фаз 1-2-3, потому что фаза 1 достигает положительного максимума раньше, чем фаза 2, а фаза 3 достигает положительного максимума позже фазы 2.Обратите внимание, что нас не волнует направление вращения генератора, потому что мы можем обойти генератор с ротором, вращающимся по часовой стрелке, посмотреть на противоположную сторону ротора и обнаружить, что он вращается против часовой стрелки. Что нас интересует, так это порядок или последовательность напряжений , которые вырабатываются генератором.

Чтобы определить последовательность фаз на векторной диаграмме, вы должны знать, что все вектора вращаются против часовой стрелки .Например, на этих трех рисунках последовательность фаз снова U₁, U₂, U₃:

Фазное напряжение и фазный ток

Фазное напряжение (также между фазой и нейтралью) — это напряжение между каждой из трех фаз и нейтральная линия. Ток, протекающий через каждую фазу к нейтральной линии, называется фазным током.

Линейное напряжение и линейный ток

Линейное напряжение (также линейное или межфазное) — это напряжение между любой парой фаз или линий.Ток, протекающий через каждую линию, называется линейным током.

Сбалансированные и несимметричные системы и нагрузки

В сбалансированной (или симметричной) трехфазной системе питания каждая из фаз потребляет одинаковый ток и ток нейтрали, и, следовательно, мощность нейтрали равна нулю. Амплитуда и частота напряжений и токов одинаковы. Каждое напряжение отстает от предыдущего на 2π / 3, или 1/3 цикла, или 120 °. Сумма трех напряжений равна нулю:

То же самое можно сказать и о токах в сбалансированной системе:

Если три нагрузки, подключенные к трем линиям, имеют одинаковое значение и коэффициент мощности, их еще называют сбалансированными.

Линейные и нелинейные нагрузки

В линейных нагрузках в цепях переменного тока напряжения и токи синусоидальны, и в любой момент ток прямо пропорционален напряжению. Примерами линейных нагрузок являются нагреватели, лампы накаливания, конденсаторы и катушки индуктивности. Закон Ома применим ко всем линейным нагрузкам. В линейных нагрузках коэффициент мощности равен cos φ . Дополнительную информацию о нелинейных нагрузках вы найдете в нашем калькуляторе VA в ватт.

В нелинейных нагрузках ток не пропорционален напряжению и содержит гармоники сетевой частоты 50 или 60 Гц.Примерами нелинейных нагрузок являются компьютерные блоки питания, лазерные принтеры, светодиодные и CFL-лампы, контроллеры двигателей и многие другие. Искажение формы волны тока приводит к искажению напряжения. Закон Ома не распространяется на нелинейные нагрузки. В нелинейных нагрузках коэффициент мощности не равен cos φ .

Соединение звездой (или звездой) и треугольником

Три обмотки трехфазного генератора могут быть подключены к нагрузке с помощью шести проводов, по два на каждую обмотку.Для уменьшения количества проводников обмотки подключаются к нагрузке с помощью трех или четырех проводов. Эти два метода называются соединением по схеме «треугольник» (Δ) и «звезда» (звезда или Y).

При соединении треугольником начальная клемма каждой обмотки соединена с конечной клеммой следующей обмотки, что позволяет передавать мощность только по трем проводам.

Соединения звезда или звезда (слева) и треугольник (справа)

В системе со сбалансированным треугольником напряжения равны по величине, различаются по фазе на 120 ° и их сумма равна нулю:

В сбалансированной четырехпроводной системе звезды с тремя одинаковыми нагрузками, подключенными к каждой фазе, мгновенный ток, протекающий через нейтральный провод, представляет собой сумму трех фазных токов i 21, i и i , который имеет равные амплитуды I _p и разность фаз 120 °:

Напряжение и мощность в сбалансированной трехфазной нагрузке, соединенной звездой

Соединение звездой; I , I и I — фазные токи, которые равны линейным токам

Полная мощность в трехфазной системе представляет собой сумму мощностей, потребляемых нагрузкой в трех фазах.Поскольку для сбалансированной нагрузки мощность, потребляемая в каждой фазе нагрузки, одинакова, общая активная мощность во всех трех фазах составляет

, где φ — это угол разности фаз между током и напряжением. Как и в трехфазной системе звезда, среднеквадратичные напряжения фазы U _фаз и линии U _L RMS связаны как

, а линейный среднеквадратичный ток равен среднеквадратичному току фазы,

полная активная мощность определяется следующим уравнением:

Общая реактивная мощность

Комплексная мощность

И полная полная мощность

Напряжение и мощность в сбалансированном Трехфазная нагрузка, подключенная по схеме «треугольник»

Подключение по схеме «треугольник»; I ₁₃, I ₂₃ и I ₃₃ — фазные токи, а I ₁, I ₂ и I ₃ — линейные токи; I _L = √3 ∙ I _ф.

При соединении треугольником здесь нет нейтральной линии, и конец одной обмотки генератора соединен с началом другой обмотки.Фазное напряжение — это напряжение на одной обмотке. Линейное напряжение — это напряжение между двумя фазами или также на обмотке. Итак, получается, что действующее значение напряжения на обмотке и между двумя фазами одинаково, и мы можем записать, что для соединения треугольником

При соединении треугольником фазные токи — это токи, протекающие через фазные нагрузки. Мы рассматриваем сбалансированную систему, поэтому среднеквадратичные фазные токи I _p1, I _p2 и I _p3 равны по величине ( I _p) и различаются по фазе. друг от друга на 120 °:

Как мы упоминали выше, полная мощность в трехфазной системе является суммой мощностей, потребляемых нагрузкой в трех фазах:

, где φ — разность фаз угол между током и напряжением.Как и в трехфазной системе, треугольник, фаза U _фаза и линия U _L RMS равны,

и линейный ток RMS и фазный ток RMS связаны как

активная мощность определяется следующим уравнением:

Общая реактивная мощность составляет

Комплексная мощность составляет

И полная полная мощность составляет

Обратите внимание, что уравнения выше для мощности в соединениях звезды и треугольника одинаковы.Они используются в этом калькуляторе.

Идентичная форма этих формул для соединений звезды и треугольника иногда вызывает недоразумение, потому что можно прийти к неправильному выводу, что можно подключить двигатель, используя соединение треугольником или звездой, и потребляемая мощность не изменится. Это, конечно, неправильно. И если мы изменим звезду на дельту в нашем калькуляторе для той же нагрузки, мы увидим, что мощность и потребление тока, конечно, изменится.

Рассмотрим пример.Трехфазный электродвигатель был включен в треугольник и работал на полной номинальной мощности при линейном напряжении U _L при линейном токе I _L. Его полная полная мощность в ВА составила

Затем двигатель снова подключили звездой. Линейное напряжение, приложенное к каждой обмотке, было уменьшено до 1/1,73 линейного напряжения, хотя сетевое напряжение осталось прежним. Ток на обмотку был уменьшен до 1 / 1,73 нормального тока для соединения треугольником.Полная мощность также была уменьшена:

То есть полная мощность при соединении звездой составляет только одну треть мощности в треугольнике для того же импеданса нагрузки. Очевидно, что общий выходной крутящий момент для двигателя, подключенного по схеме звезды, составляет лишь одну треть от общего крутящего момента, который тот же двигатель может создать при работе в треугольнике.

Другими словами, хотя новая мощность для соединения звездой должна быть рассчитана по той же формуле, следует подставить другие значения, а именно напряжение и ток, оба уменьшенные на 1.73 (квадратный корень из 3).

Расчет сбалансированной нагрузки на основе известных значений напряжения, тока и коэффициента мощности

Следующие формулы используются для расчета сбалансированной (равной в каждой фазе) нагрузки на основе известных значений напряжения, тока и коэффициента мощности (опережающего или запаздывающего).

Импеданс нагрузки,

В полярной форме:

В декартовой форме:

Расчет тока и мощности на основе известного напряжения и нагрузки

Фазный ток

Из закона Ома:

Преобразование из декартовой в полярную форму и наоборот

Для преобразования из декартовых координат R, X в полярные координаты | Z |, φ используйте следующие формулы:

Треугольник импеданса

где R всегда положительный, а X положительный для индуктивной нагрузки (запаздывающий ток) и отрицательный для емкостной нагрузки (опережающий ток).

Сопротивление нагрузки

R _ф. и реактивное сопротивление нагрузки X _{ф. Нагрузка Параллельное RLC-соединение
Для расчета используйте наш калькулятор импеданса параллельной RLC-цепи.
Нагрузка RLC серии
Соединение RLC серии
Для расчета используйте наш Калькулятор импеданса цепи последовательного RLC.
Дополнительную информацию об импедансе нагрузки RLC можно найти в наших калькуляторах импеданса:
Примеры расчетов
Пример 1. Расчет мощности и тока по заданным напряжению и нагрузке
Индуктивная нагрузка с тремя равными сопротивлениями Z _фаз = 5 + j3 Ом подключен звездой к трехфазному источнику питания 400 В 50 Гц (напряжение сети). Рассчитайте фазное напряжение U _ф., фазовый угол ф. _ф., фазный ток I _ф., линейный ток I _L, активный P , реактивный Q , кажущийся | S | и комплекс S мощность.
Пример 2. Расчет мощности и тока по заданному напряжению и нагрузке
Нагрузка с тремя равными сопротивлениями Z _ф. = 15 ∠60 ° Ω подключена звездой к трехфазному источнику питания с фазой на -Нейтральное напряжение 110 В 50 Гц. Определите тип нагрузки, линейное напряжение U _L, фазовый угол φ _фаз, фазный ток I _фаз, линейный ток I _L, активный P , реактивный Q , кажущийся | S | и комплекс S мощность.Как изменится ток и потребляемая активная мощность, если одна и та же нагрузка будет подключена по схеме треугольника?
Пример 3. Расчет мощности и тока по заданному напряжению и нагрузке
Напряжение 230 В, 50 Гц между фазой и нейтралью прикладывается к трем соединенным звездой идентичным катушкам с эквивалентной схемой, состоящей из сопротивления R _ф. = 20 Ом и индуктивность L _ф. = 440 мГн, соединенных последовательно. Рассчитайте фазное напряжение U _ф., фазовый угол ф. _ф., фазный ток I _ф., линейный ток I _L, активный P , реактивный Q , кажущийся | S | и комплекс S мощность.Найдите линейный ток и потребляемую мощность для той же нагрузки, подключенной по схеме треугольника. Подсказка: используйте наш калькулятор импеданса цепи последовательного RL, чтобы определить импеданс каждой катушки, а затем введите его в этот калькулятор.
Пример 4. Расчет мощности и нагрузки по заданным напряжению и току
Симметричный трехфазный генератор между фазой и нейтралью 230 В питает нагрузку, соединенную звездой, с запаздывающим коэффициентом мощности 0,75. Сила тока в каждой строке составляет 28,5 А. Рассчитайте полное сопротивление нагрузки, сопротивление и реактивное сопротивление для каждой фазы.Рассчитайте также общую, активную и реактивную мощность. Опишите, что произойдет, если мы изменим соединение со звезды на треугольник для той же нагрузки. Подсказка: используйте режим расчета мощности и нагрузки из заданного напряжения и тока для расчета импеданса нагрузки, затем используйте мощность и ток из напряжения и нагрузки, чтобы ответить на последний вопрос.
Пример 5. Расчет мощности и тока на основе данных напряжения и нагрузки
Нагрузка из трех одинаковых катушек с сопротивлением R _ф. = 10 Ом и индуктивностью л. _ф. = 310 мГн, подключена по схеме треугольника к трехфазному источнику питания с напряжением фаза-нейтраль 120 В 60 Гц.Рассчитайте линейное напряжение U _L, фазовый угол φ _фаз, фазный ток I _фаз, линейный ток I _L, активный P , реактивный Q , кажущийся | S | и комплекс S мощность. Как изменится ток и мощность, если одна и та же нагрузка будет подключена по схеме треугольника? Подсказка: используйте наш калькулятор импеданса цепи последовательного RL, чтобы определить импеданс каждой катушки, а затем введите его в этот калькулятор.
Пример 6. Расчет мощности и тока по заданному напряжению и нагрузке
Нагрузка с тремя равными полными сопротивлениями Z _ф. = 7 — j5 Ω подключена по схеме треугольника к трехфазной сети 208 В 60 Гц (линейное напряжение). источник питания. Определите тип нагрузки (резистивно-емкостную или резистивно-индуктивную), фазное напряжение U _фаз, фазовый угол φ _фаз, фазный ток I _фаз, линейный ток I _L , активный P , реактивный Q , полный | S | и комплекс S мощность.
Пример 7. Расчет мощности и нагрузки по заданным напряжению и току
Сбалансированная нагрузка подключена звездой к симметричному трехфазному генератору 208 В (линейное напряжение) 60 Гц. Ток в каждой фазе I _ф. = 20 А и на 15 ° отстает от фазного напряжения. Найдите фазное напряжение, полное сопротивление нагрузки в полярной и комплексной форме для каждой фазы, активной и реактивной мощности.
Эту статью написал Анатолий Золотков
Закон Ома и вычислитель мощности
Онлайн-калькулятор для расчета тока, проходящего через резистор, с использованием закона Ома и мощности, рассеиваемой в резисторе, при заданном напряжении на резисторе.Этот калькулятор также вычисляет напряжение и ток через резистор с учетом мощности, рассеиваемой этим резистором.
Закон Ома выражает взаимосвязь между током I, проходящим через резистор, и напряжением V на этом резисторе сопротивления R следующим образом:
V = RI, I = V / R или R = V / I
Скорость, с которой нагревается рассеиваемая на резисторе мощность P и выражается в терминах тока I и напряжения V по формуле:
P = VI
Используя приведенный выше закон Ома, мы можем переписать мощность P как
P = RI ², P = V ² / R
1 — Закон Ома и вычислитель мощности с учетом напряжения и сопротивления
Введите сопротивление в Ом и напряжение в вольтах как положительные действительные числа и нажмите «Рассчитать ток и мощность».
2 — Закон Ома и вычислитель мощности с учетом мощности и сопротивления
Введите мощность в ваттах и сопротивление в омах и нажмите «Рассчитать напряжение и ток».
Дополнительные ссылки и ссылки
Закон Ома с примерами
Бесплатные практические решения по физике SAT II на
Электрические цепи постоянного тока
Закон Ома
Внутреннее сопротивление источника питания, онлайн-калькулятор и формулы

Онлайн-калькулятор и формулы для расчета внутреннего сопротивления источника напряжения
Рассчитать внутреннее сопротивление
Внутреннее сопротивление источника напряжения можно рассчитать путем сравнения двух различных условий нагрузки.Для этого необходимо измерить напряжение холостого хода без нагрузки.
Затем источник напряжения нагружается резистором и измеряется нагруженное напряжение.
По полученным данным вы можете рассчитать внутреннее сопротивление источника напряжения на этой странице.

онлайн-калькулятор внутреннего сопротивления
Формула для расчета внутреннего сопротивления
Внутреннее сопротивление можно рассчитать с использованием двух условий нагрузки.
Ток при загруженном источнике питания можно рассчитать по следующей формуле:
\ (\ Displaystyle I = \ гидроразрыва {U_2} {R_L} \)
Затем внутреннее сопротивление можно рассчитать, используя ток и разницу напряжений.
\ (\ Displaystyle R_i = \ гидроразрыва {U_q-U_2} {I} \)
Легенда
\ (\ Displaystyle U_q \) Напряжение источника
\ (\ Displaystyle U_2 \) Напряжение на клеммах
\ (\ Displaystyle R_ {я} \) Внутреннее сопротивление
\ (\ Displaystyle R_ {L} \) Сопротивление нагрузки
\ (\ Displaystyle I \) Ток с сопротивлением нагрузки
\ (\ Displaystyle I_k \) Ток короткого замыкания
Другие формулы
Напряжение на клеммах \ (\ Displaystyle U = U_q- (R_i · I_L) \)
Обрыв цепи \ (\ Displaystyle U = U_q \)
Короткое замыкание \ (\ Displaystyle I_k = \ frac {U_q} {R_i} \)
Эта страница полезна?
да
Нет
Спасибо за ваш отзыв!
Извините за это
Как мы можем это улучшить?

послать

.No related posts.}

Разное

\ (\ Displaystyle U_q \)	Напряжение источника
\ (\ Displaystyle U_2 \)	Напряжение на клеммах
\ (\ Displaystyle R_ {я} \)	Внутреннее сопротивление
\ (\ Displaystyle R_ {L} \)	Сопротивление нагрузки
\ (\ Displaystyle I \)	Ток с сопротивлением нагрузки
\ (\ Displaystyle I_k \)	Ток короткого замыкания

Напряжение на клеммах	\ (\ Displaystyle U = U_q- (R_i · I_L) \)
Обрыв цепи	\ (\ Displaystyle U = U_q \)
Короткое замыкание	\ (\ Displaystyle I_k = \ frac {U_q} {R_i} \)