Расчет электрической цепи переменного тока онлайн: Закон Ома. Онлайн расчёт для постоянного и переменного тока.

Содержание

Закон Ома. Онлайн расчёт для постоянного и переменного тока.

Онлайн расчёт электрических величин напряжения, тока и мощности для участка цепи,
полной цепи, цепи с резистивными, ёмкостными и индуктивными элементами.
Теория и практика для начинающих.

Начнём с терминологии.
Электрический ток — это направленное движение заряженных частиц, при котором происходит перенос заряда из одной области электрической цепи в другую.
Силой электрического тока (I) является величина, которая численно равна количеству заряда Δq, протекающего через заданное поперечное сечение проводника S за единицу времени Δt: I = Δq/Δt.
Напряжение электрического тока между точками A и B электрической цепи — физическая величина, значение которой равно работе эффективного электрического поля, совершаемой при переносе единичного пробного заряда из точки A в точку B.

Омическое (активное) сопротивление — это сопротивление цепи постоянному току, вызывающее безвозвратные потери энергии постоянного тока.
Теперь можно переходить к закону Ома.

Закон Ома был установлен экспериментальным путём в 1826 году немецким физиком Георгом Омом и назван в его честь. По большому счёту, Закон Ома не является фундаментальным законом природы и может быть применим в ограниченных случаях, определяющих зависимость между электрическими величинами, такими как: напряжение, сопротивление и сила тока исключительно для проводников, обладающих постоянным сопротивлением. При расчёте напряжений и токов в нелинейных цепях, к примеру, таких, которые содержат полупроводниковые или электровакуумные приборы, этот закон в простейшем виде уже использоваться не может.

Тем не менее,

закон Ома был и остаётся основным законом электротехники, устанавливающим связь силы электрического тока с сопротивлением и напряжением.
Формулировка закона Ома для участка цепи может быть представлена так: сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению (разности потенциалов) на его концах и обратно пропорциональна сопротивлению этого проводника и записана в следующем виде:
I=U/R,

где
I – сила тока в проводнике, измеряемая в амперах [А];
U – электрическое напряжение (разность потенциалов), измеря- емая в вольтах [В];
R – электрическое сопротивление проводника, измеряемое в омах [Ом]

.

Производные от этой формулы приобретают такой же незамысловатый вид: R=U/I и U=R×I.

Зная любые два из трёх приведённых параметров можно произвести и расчёт величины мощности, рассеиваемой на резисторе.
Мощность является функцией протекающего тока I(А) и приложенного напряжения U(В) и вычисляется по следующим формулам, также являющимся производными от основной формулы закона Ома:
P(Вт) = U(В)×I(А) = I2(А)×R(Ом) = U2(В)/R(Ом)

Формулы, описывающие закон Ома, настолько просты, что не стоят выеденного яйца и, возможно, вообще не заслуживают отдельной крупной статьи на страницах уважающего себя сайта.

Не заслуживают, так не заслуживают. Деревянные счёты Вам в помощь, уважаемые дамы и рыцари!
Считайте, учитывайте размерность, не стирайте из памяти, что:

Единицы измерения напряжения: 1В=1000мВ=1000000мкВ;
Единицы измерения силы тока:1А=1000мА=1000000мкА;
Единицы измерения сопротивления:1Ом=0.001кОм=0.000001МОм;
Единицы измерения мощности:1Вт=1000мВт=100000мкВт
.

Ну и так, на всякий случай, чисто для проверки полученных результатов, приведём незамысловатую таблицу, позволяющую в онлайн режиме проверить расчёты, связанные со знанием формул закона Ома.

ТАБЛИЦА ДЛЯ ПРОВЕРКИ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЁТОВ ЗАКОНА ОМА.

Вводить в таблицу нужно только два имеющихся у Вас параметра, остальные посчитает таблица.


Все наши расчёты проводились при условии, что значение внешнего сопротивления R значительно превышает внутреннее сопротивление источника напряжения rвнутр.
Если это условие не соблюдается, то под величиной R следует принять сумму внешнего и внутреннего сопротивлений: R = Rвнешн + rвнутр , после чего закон приобретает солидное название — закон Ома для полной цепи:
I=U/(R+r) .

Для многозвенных цепей возникает необходимость преобразования её к эквивалентному виду:

Значения последовательно соединённых резисторов просто суммируются, в то время как значения параллельно соединённых резисторов определяются исходя из формулы: 1/R

ll = 1/R4+1/R5.
А онлайн калькулятор для расчёта величин сопротивлений при параллельном соединении нескольких проводников можно найти на странице ссылка на страницу.

Теперь, что касается закона Ома для переменного тока.
Если внешнее сопротивление у нас чисто активное (не содержит ёмкостей и индуктивностей), то формула, приведённая выше, остаётся в силе.
Единственное, что надо иметь в виду для правильной интерпретации закона Ома для переменного тока — под значением U следует понимать действующее (эффективное) значение амплитуды переменного сигнала.

А что такое действующее значение и как оно связано с амплитудой сигнала переменного тока?

Приведём диаграммы для нескольких различных форм сигнала.

Слева направо нарисованы диаграммы синусоидального сигнала, меандра (прямоугольный сигнал со скважностью, равной 2), сигнала треугольной формы, сигнала пилообразной формы.
Глядя на рисунок можно осмыслить, что амплитудное значение приведённых сигналов — это максимальное значение, которого достигает амплитуда в пределах положительной, или отрицательной (в наших случаях они равны) полуволны.

Рассчитываем действующее значение напряжение интересующей нас формы:

Для синуса U = Uд = Uа/√2;
для треугольника и пилы U = Uд = Uа/√3;
для меандра U = Uд = Uа.

С этим разобрались!

Теперь посмотрим, как будет выглядеть формула закона Ома при наличии индуктивности или ёмкости в цепи переменного тока

.
В общем случае смотреться это будет так:

А формула остаётся прежней, просто в качестве сопротивления R выступает полное сопротивление цепи Z, состоящее из активного, ёмкостного и индуктивного сопротивлений.
Поскольку фазы протекающего через эти элементы тока не одинаковы, то простым арифметическим сложением сопротивлений этих трёх элементов обойтись не удаётся, и формула приобретает вид:
Реактивные сопротивления конденсаторов и индуктивностей мы с Вами уже рассчитывали на странице ссылка на страницу и знаем, что величины эти зависят от частоты, протекающего через них тока и описываются формулами: XC = 1/(2πƒС) ,   XL = 2πƒL .

Нарисуем таблицу для расчёта

полного сопротивления цепи для переменного тока.
Количество вводимых элементов должно быть не менее одного, при наличии индуктивного или емкостного элемента — необходимо указать значение частоты f !

КАЛЬКУЛЯТОР ДЛЯ ОНЛАЙН РАСЧЁТА ПОЛНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ЦЕПИ.

Теперь давайте рассмотрим практический пример применения закона Ома в цепях переменного тока и рассчитаем простенький бестрансформаторный источник питания.

Токозадающими цепями в данной схеме являются элементы R1 и С1.

Допустим, нас интересует выходное напряжение Uвых = 12 вольт при токе нагрузки 100 мА.
Выбираем стабилитрон Д815Д с напряжением стабилизации 12В и максимально допустимым током стабилизации 1,4А.

Зададимся током через стабилитрон с некоторым запасом — 200мА.
С учётом падения напряжения на стабилитроне, напряжение на токозадающей цепи равно 220в — 12в = 208в.
Теперь рассчитаем сопротивление этой цепи Z для получения тока, равного 200мА: Z = 208в/200мА = 1,04кОм.
Резистор R1 является токоограничивающим и выбирается в пределах 10-100 Ом в зависимости от максимального тока нагрузки.
Зададимся номиналами R1 — 30 Ом, С1 — 1 Мкф, частотой сети f — 50 Гц и подставим всё это хозяйство в таблицу.
Получили полное сопротивление цепи, равное 3,183кОм. Многовато будет — надо увеличивать ёмкость С1.
Поигрались туда-сюда, нашли нужное значение ёмкости — 3,18 Мкф, при котором Z = 1,04кОм.

Всё — закон Ома выполнил свою функцию, расчёт закончен, всем спать полчаса!

 

Онлайн калькулятор закона Ома для участка цепи

Рад приветствовать тебя, дорогой читатель, в этой первой статье моего блога! Ее я посвятил самому основному закону, который должен хорошо понимать современный человек, работающий с электричеством.

Мой онлайн калькулятор закона Ома создан для участка цепи. Он значительно облегчает электротехнические расчеты в домашней проводке, подходит для цепей переменного и постоянного тока.

Им просто пользоваться: прочти правила ввода данных и работай!

Содержание статьи

Правила работы на калькуляторе

В быту нас интересуют, как правило, четыре взаимосвязанных характеристики электричества:

  1. напряжение;
  2. ток;
  3. сопротивление;
  4. или мощность.

Если тебе известны две величины, входящие в закон Ома (U, R, I), то вводи их в соответствующие строки, а оставшийся параметр и мощность будут вычислены автоматически.

Будь внимательным, чтобы не допустить ошибки.

Все значения надо заполнять в одной размерности: амперы, вольты, омы, ватты без использования обозначений дольности или кратности.

Осуществить переход к ним тебе поможет наглядная таблица.

Онлайн калькулятор закона Ома

Простые примеры расчета

Бытовая сеть переменного тока

Пример №1. Проверка ТЭНа.

В стиральную машину встроен трубчатый электронагреватель 1,25 кВт на 220 вольт. Требуется проверить его исправность замером сопротивления.
По мощности рассчитываем ток и сопротивление.

I = 1250 / 220 = 5,68 А; R = 220 / 5,68 = 38,7 Ом.

Проверяем расчет сопротивления калькулятором по току и напряжению. Данные совпали. Можно приступать к электрическим замерам.

Пример №2. Проверка сопротивления двигателя

Допустим, что мы купили моющий пылесос на 1,6 киловатта для уборки помещений. Нас интересует ток его потребления и сопротивление электрического двигателя в рабочем состоянии. Считаем ток:

I = 1600 / 220 = 7,3 А.

Вводим в графы калькулятора напряжение 220 вольт и ток 7,3 ампера. Запускаем расчет. Автоматически получим данные:

  • сопротивление двигателя — 30,1 Ома;
  • мощность 1600 ватт.

Цепи постоянного тока

Рассчитаем сопротивление нити накала галогенной лампочки на 55 ватт, установленной в фаре автомобиля на 12 вольт.

Считаем ток:

I = 55 / 12 = 4,6 А.

Вводим в калькулятор 12 вольт и 4,6 ампера. Он вычисляет:

  • сопротивление 2,6 ома.
  • мощность 5 ватт.

Здесь обращаю внимание на то, что если замерить сопротивление в холодном состоянии мультиметром, то оно будет значительно ниже.

Это свойство металлов позволяет создавать простые и относительно дешевые лампы накаливания без сложной пускорегулирующей аппаратуры, необходимой для светодиодных и люминесцентных светильников.

Другими словами: изменение сопротивления вольфрама при нагреве до раскаленного состояния ограничивает возрастание тока через него. Но в холодном состоянии металла происходит бросок тока. От него нить может перегореть.

Для продления ресурса работы подобных лампочек используют схему постепенной, плавной подачи напряжения от нуля до номинальной величины.

В качестве простых, но надежных устройств для автомобиля часто используется релейная схема ограничения тока, работающая ступенчато.

При включении выключателя SA сопротивление резистора R ограничивает бросок тока через холодную нить накала. Когда же она разогреется, то за счет изменения падения напряжения на лампе HL1 электромагнит с обмоткой реле KL1 поставит свой контакт на удержание.

Он зашунтирует резистор, чем выведет его из работы. Через нить накала станет протекать номинальный ток схемы.

Полезная информация для начинающего электрика

Как использовать закон Ома на практике

Почти два столетия назад в далеком 1827 году своими экспериментами Георг Ом выявил закономерность между основными характеристиками электричества.

Он изучил и опубликовал влияние сопротивления участка цепи на величину тока, возникающего под действием напряжения. Ее удобно представлять наглядной картинкой.

Любую работу всегда создает трудяга электрический ток. Он вращает ротор электрического двигателя, вызывает свечение электрической лампочки, сваривает или режет металлы, выполняет другие действия.

Поэтому ему необходимо создать оптимальные условия: величина электрического тока должна поддерживаться на номинальном уровне. Она зависит от:

  1. значения приложенного к цепи напряжения;
  2. сопротивления среды, по которой движется ток.

Здесь напряжение, как разность потенциалов приложенной энергии, является той силой, которая создает электрический ток.

Если напряжения не будет, то никакой полезной работы от подключённой электрической схемы не произойдёт из-за отсутствия тока. Эта ситуация часто встречается при обрыве, обломе или отгорании питающего провода.

Сопротивление же решает обратную для напряжения задачу. При очень большой величине оно так ограничивает ток, что он не способен совершить никакой работы. Этот режим применяется у хороших диэлектриков.

Примеры из жизни

№1: выключатель освещения разрывает цепь электрических проводов, по которым напряжение добирается до лампочки.

Между контактами образуется воздушный зазор. Он отличный изолятор, исключающий движение тока по осветительному прибору.

№2: клеммы розетки, как источника напряжения, замкнули между собой без сопротивления короткой проволокой. В этой ситуации создается короткое замыкание.

Ток КЗ способен сжечь электропроводку, вызвать пожар в квартире. Поэтому от таких ситуаций существует только одно спасение: использование защит, способных максимально быстро отключить питающее напряжение.

Для бытовой сети это функция автоматических выключателей или предохранителей, о работе которых я буду рассказывать в других статьях.

Используя сопротивление, следует понимать, что оно, само по себе, не вечно: обладая резервом противостояния приложенной энергии, оно может его израсходовать, не справиться со своей задачей и сгореть.

Поэтому для сопротивления вводится понятие мощности рассеивания, которая надежно отводится во внешнюю среду. Если тепловая энергия, развиваемая прохождением тока, превышает эту величину, то сопротивление сгорает.

Напряжение и сопротивление в комплексе формируют электрические процессы. Онлайн калькулятор закона Ома позволяет оптимально рассчитать величину тока, необходимую для совершения полезной работы.

Что такое участок цепи

Рассмотрим самую простую электрическую схему, состоящую из батарейки, лампочки и проводов. В ней циркулирует электрический ток.

Представленная схема или полная цепь состоит из двух контуров:

  1. Внутреннего источника напряжения.
  2. Внешнего участка: лампочки с подключенными проводами.

Те процессы, которые происходят внутри батарейки, нас интересуют в основном как познавательные. Их мы можем только ухудшить при неправильной эксплуатации.

Например, приходящая в квартиру электрическая энергия от трансформаторной подстанции нам не подвластна. Мы ей просто пользуемся. От неисправностей и аварийных режимов нас защищают автоматические выключатели, УЗО, реле РКН, ограничители перенапряжения или УЗИП, другие современные модули защит.

Внешний же, подключенный к источнику напряжения контур, является участком цепи, в котором мы, используя закон Ома, совершаем полезную для себя работу.

Как использовать треугольник закона Ома

Простое мнемоническое правило представлено тремя составляющими в виде частей треугольника. Оно позволяет легко запомнить взаимосвязи между током, сопротивлением и напряжением.

Вверху всегда стоит напряжение. Ток и сопротивление снизу. Когда вычисляем какую-то одну величину по двум другим, то ее изымаем из треугольника и выполняем арифметическое действие: деление или умножение.

Шпаргалка электрика для новичков

Треугольник закона Ома легко запоминается, но он не позволяет учитывать мощность потребления электроприбора. Этот четвертый параметр, важный для любого домашнего электрика, всегда надо учитывать. .

На всех бытовых электрических приборах указывают мощность потребления электрической энергии в ваттах или киловаттах. Ее формулы, совместно с предыдущими величинами, можно брать со следующей картинки.

Такая шпаргалка электрика позволяет делать простые вычисления в уме или на бумаге. Формулы из нее заложены в алгоритм, по которому работает мой онлайн калькулятор закона Ома.

Предлагаю провести одинаковые вычисления обоими методами и сравнить полученные результаты. Если вдруг найдете расхождения, то укажите в комментариях. Это будет ваша помощь моему проекту.

Я постарался кратко и просто рассказать о принципах работы закона Ома применительно к задачам, решаемым домашним мастером. Считаю, что это достаточно и не рассматриваю закон Ома для полной цепи в обычной форме, комплексных числах, или ином виде.

Если же вы хотите просмотреть видеоурок по этой теме, то воспользуйтесь материалами владельца Физика-Закон Ома.

Возможно, у вас остались вопросы о работе калькулятора? Задавайте. Я на них отвечу. Воспользуйтесь разделом комментариев.

Напоследок напоминаю, что у вас сейчас самое благоприятное время поделиться этим материалом с друзьями в соц сетях и подписаться на рассылку сайта. Тогда вы сможете своевременно получать информацию о новых публикуемых статьях.

калькулятор электрических цепей онлайн

Вы искали калькулятор электрических цепей онлайн? На нашем сайте вы можете получить ответ на любой математический вопрос здесь. Подробное решение с описанием и пояснениями поможет вам разобраться даже с самой сложной задачей и онлайн калькулятор электрических цепей, не исключение. Мы поможем вам подготовиться к домашним работам, контрольным, олимпиадам, а так же к поступлению в вуз. И какой бы пример, какой бы запрос по математике вы не ввели — у нас уже есть решение. Например, «калькулятор электрических цепей онлайн».

Применение различных математических задач, калькуляторов, уравнений и функций широко распространено в нашей жизни. Они используются во многих расчетах, строительстве сооружений и даже спорте. Математику человек использовал еще в древности и с тех пор их применение только возрастает. Однако сейчас наука не стоит на месте и мы можем наслаждаться плодами ее деятельности, такими, например, как онлайн-калькулятор, который может решить задачи, такие, как калькулятор электрических цепей онлайн,онлайн калькулятор электрических цепей,онлайн расчет цепей,онлайн расчет цепей постоянного тока,онлайн расчет цепи,онлайн расчет цепи переменного тока,онлайн расчет цепи постоянного тока,онлайн расчет электрических схем,онлайн расчет электрических цепей,онлайн расчет электрической цепи,онлайн составление электрических схем,онлайн упрощение электрических цепей,онлайн цепь электрическая,онлайн электрическая цепь,онлайн электрические цепи,построение электрических цепей онлайн,построить электрическую цепь онлайн,рассчитать цепь электрическую,рассчитать электрическую цепь,расчет линейной цепи постоянного тока онлайн,расчет схем электрических онлайн,расчет цепей онлайн,расчет цепей постоянного тока онлайн,расчет цепи онлайн,расчет цепи переменного тока онлайн,расчет цепи постоянного тока онлайн,расчет электрических схем онлайн,расчет электрических цепей онлайн,расчет электрической цепи онлайн,схема онлайн электрическая,упрощение электрических цепей онлайн,электрическая цепь онлайн,электрические цепи онлайн. На этой странице вы найдёте калькулятор, который поможет решить любой вопрос, в том числе и калькулятор электрических цепей онлайн. Просто введите задачу в окошко и нажмите «решить» здесь (например, онлайн расчет цепей).

Где можно решить любую задачу по математике, а так же калькулятор электрических цепей онлайн Онлайн?

Решить задачу калькулятор электрических цепей онлайн вы можете на нашем сайте https://pocketteacher.ru. Бесплатный онлайн решатель позволит решить онлайн задачу любой сложности за считанные секунды. Все, что вам необходимо сделать — это просто ввести свои данные в решателе. Так же вы можете посмотреть видео инструкцию и узнать, как правильно ввести вашу задачу на нашем сайте. А если у вас остались вопросы, то вы можете задать их в чате снизу слева на странице калькулятора.

Расчёт электрических цепей онлайн

Расчёт электрических цепей онлайн ☰

Достаточно вписать значения и кликнуть мышкой в таблице.
При переключении множителей происходит пересчёт результата.

Расчёт реактивного сопротивления конденсатора C и катушки L

Реактивное сопротивление ёмкости
Xc = 1/(2πƒC)


Реактивное сопротивление индуктивности
XL = 2πƒL


Расчёт параллельного соединения резисторов и последовательного конденсаторов

Параллельное соединение двух сопротивлений
R =R1*R2/(R1+R2)


Последовательное соединение двух ёмкостей
C = C1*C2/(C1+C2)


Расчёт резистивного и ёмкостного делителей

Расчёт резистивного делителя напряжения
U1 = U*R1/(R1+R2)


Расчёт ёмкостного делителя напряжения
U1 = U*C2/(C1+C2)


Расчёт частоты колебательного контура и цепочки RC

Частота резонанса колебательного контура LC
F = 1/(2π√(LC))


Пост. времени τ RC и частота среза RC-фильтра
τ = RC ;   Fср = 1/(2πτ)


Компенсация реактивной мощности

Реактивная мощность Q = √((UI)²-P²)
Реактивное сопротивление X = U²/Q
Компенсирующая ёмкость C = 1/(2πƒX)


Закон Ома. Расчёт напряжения, сопротивления, тока, мощности

После сброса ввести два любых известных параметра

I=U/R;   U=IR;   R=U/I;   P=UI   P=U²/R;   P=I²R;   R=U²/P;   R=P/I²   U=√(PR)   I= √(P/R)


Теория, расчёты и справочные материалы

Параметры синусоидального тока,   Справочные данные диодов,   Стабилитроны. Справочник,   Маркировка резисторов,   Отключить защиту инвертора,   Замена BU808DFI,   Замена SMR40200,   Колебательный контур и резонансная частота,   Постоянная времени RC,   Реактивное сопротивление L C,   Реактивная мощность. Расчёт,   ESR конденсатора. Теория,   Измерение ESR конденсатора.


Замечания и предложения принимаются и приветствуются!

Анализ и расчет методом комплексных амплитуд линейных цепей переменного тока

1. С.Н. Охулков ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

Федеральное агентство по образованию
Нижегородский государственный технический университет
им. Р.Е. АЛЕКСЕЕВА
С.Н. Охулков
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
И ЭЛЕКТРОНИКА
Кафедра “Теоретическая и общая
электротехника”
Для студентов электротехнических
специальностей всех форм обучения
Автозаводская высшая школа управления и технологий
Очная и заочная форма обучения
— Автомобили и автомобильное хозяйство
— Автомобиле- и тракторостроение
— Технология машиностроения
г. Нижний Новгород, ул. Лескова, 68, т. (831) 256-02-10

3. Тема 4

АНАЛИЗ И РАСЧЕТ
МЕТОДОМ КОМПЛЕКСНЫХ
АМПЛИТУД ЛИНЕЙНЫХ
ЦЕПЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Метод анализа цепей
с использованием законов Ома и Кирхгофа
в комплексной форме называется
методом комплексных амплитуд
(МКА)
МКА аналогичен методам расчета резистивных цепей
на постоянном токе.
Все формулы, полученные на постоянном токе,
обобщаются для цепей с гармоническими
воздействиями, если вместо сопротивлений резисторов
ввести комплексные сопротивления элементов,
а вместо постоянных токов и напряжений записать
комплексные амплитуды.
Используя МКА, введем понятие
комплексного сопротивления
участка цепи
Пусть задан участок электрической цепи, содержащий пассивные
элементы и имеющий только два контакта а и б для включения в
более сложную цепь
Такие цепи называются двухполюсниками
Величина
U
I
Z
m m
называется
комплексным сопротивлением двухполюсника
Обратное отношение
1 Z
I U
Y
m
m
называется
комплексной проводимостью двухполюсника
Двухполюсник полностью описывается своим
комплексным сопротивлением (проводимостью)
По правилу последовательного соединения:
R 1 j L R j L j R j L 1 R j X X
Z
L
C
j C
C
C
► Рассмотрим численный пример:
L = 0,159 мГн
С = 15,9 нФ
R = 10 Ом
f = 95 кГц
U 1B
U
m
m
.
Угловая частота:
2 f 2 3,14 95 10 3 597 10 3 рад / с
Комплексное (полное) сопротивление:
10 j 597 10 3 0,159 10 3 1 597 10 3 15,9 10 9 10 10 j, Ом
Z
Продолжение примера
Модуль полного сопротивления:
Z R 2 X L X C 2 10 2 10 2 14 Ом
Сдвиг фазы между напряжением и током:
.
10
arctg 45
10
Полное сопротивление в экспоненциальной форме:
Ze j 14e j 45 , Ом
Z
Комплексная амплитуда тока:
I U Z
1 14e j 45 0,0707e j 45 0,05 j 0,05, A
m
Полученные результаты можно прокомментировать с
помощью векторной диаграммы
Векторная диаграмма (а), мгновенные значения
синусоидального тока (б), мгновенная мощность (в)
в сложной электрической цепи
Мгновенная мощность в цепи
s( t ) u ( t ) i( t )
может быть как положительной,
так и отрицательной.
Если s(t) > 0, то энергия поступает в цепь.
Если s(t)
во внешние устройства.
Комплексная мощность:
I UIe j UI cos jUI sin P jQ
S U
Действительная составляющая комплексной мощности Р
называется
активной мощностью
и характеризует интенсивность необратимого преобразования
электрической энергии в другие виды энергии:
P UI cos I 2 R U 2 G
2 и I Im
где U U
m
2 – действующие напряжение и ток.
Для нашего примера
P 1,0
2 0,0707
2 cos 45 0,025 Вт
Мнимая составляющая комплексной мощности Q
называется
реактивной мощностью
и характеризует интенсивность колебательного обмена
электромагнитной энергией между источником питания
и реактивными элементами цепи:
Q UI sin I 2 X L X C U 2 B C B L
Для нашего примера
Q 1,0
2 0,0707
2 sin 45 0,025 В Ар
Полная мощность –
это наибольшее значение активной мощности,
которое может быть получено при заданных значениях
напряжения и тока.
Единица измерения – вольт-ампер (В А).
S UI P 2 Q 2 I 2 Z U 2 Y
В нашем примере
S 1,0
2 0,0707
2 0,03535 B A
Резонанс –
явление в электрической цепи,
содержащей индуктивные и емкостные элементы,
возникающее в случае, когда реактивное
сопротивление или реактивная проводимость этой
цепи равна нулю:
XL XC = 0
или
BC BL = 0
При резонансе цепь имеет чисто активное
сопротивление или проводимость:
R j X X R
Z
L
C
Q j B B G
Y
C
L
Следовательно, напряжение и ток в цепи
совпадают по фазе, а реактивная
мощность равна нулю.
Условие возникновения резонанса:
1
L
0
C
1
LC
0
То есть, резонанс возникает, когда частота внешнего
возмущения равна параметру цепи, называемому
резонансной частотой 0
Цепи, в которых используется эффект резонанса, называются
резонансными контурами
Различают
последовательные и параллельные
резонансные контуры
В последовательном контуре
возникает резонанс напряжений,
то есть, напряжение на емкости на резонансной частоте равно
напряжению на индуктивности и противоположно по знаку:
1
0 LI
I I
0 C
1
L
0 L
0 C
C
где — характеристическое сопротивление контура
Отношение величины электромагнитной энергии, запасенной
на реактивных элементах, к энергии, рассеиваемой на
активном сопротивлении контура, называется
добротностью контура
Для последовательного контура:
Qпосл = /R
Зависимость модуля полного сопротивления
последовательного контура от частоты:
Частотные характеристики
резонансных контуров
В параллельном контуре
возникает резонанс токов, то есть, ток через емкость равен току
через индуктивность и противоположен по знаку (рис. б):
Параллельный резонансный контур (а) и
векторная диаграмма токов через его
элементы (б)
Резонансная частота и характеристическое сопротивление
параллельного контура определяется также по формулам:
0
1
LC
0 L
1
L
0 C
C
Добротность параллельного контура:
Q пар R
Зависимость модуля
полного сопротивления
параллельного
резонансного контура
от частоты
В цепях с реактивными элементами используются
источники с комплексными внутренними
сопротивлениями:
Источник комплексной ЭДС, нагруженный на
комплексное сопротивление
Ток в такой цепи будет наибольшим, если реактивные составляющие
сопротивления нагрузки и внутреннего сопротивления источника
сигнала равны по величине и противоположны по знаку:
Z Z
*
н
вн
где
Z *вн
— комплексно-сопряженное число
То есть, емкостная составляющая нагрузки компенсируется
индуктивной составляющей источника или наоборот:
jX н jX вн
Выполнение условий
Z
*
Z
н
вн
и
jX н jX вн
обеспечивает передачу максимума активной мощности в
нагрузку.
Источник и нагрузка при этом считаются
согласованными.
Полученные условия используются для
согласования модема с телефонной линией,
сетевой платы – с коаксиальной линией
передачи, антенны – с телевизионным
приемником и т.п.

25. Рекомендуемая литература

1. Алтунин Б.Ю., Панкова Н.Г. Теоретические основы электротехники:
Комплекс учебно — методических материалов: Часть 1 / Б.Ю. Алтунин,
Н.Г. Панкова; НГТУ им. Р.Е. Алексеева. Н.Новгород, 2007.-130 с.
2. Алтунин Б.Ю., Кралин А.А. Электротехника и электроника: комплекс
учебно-методических материалов: Ч.1/ Б.Ю. Алтунин, А.А. Кралин;
НГТУ
им. Р.Е. Алексеева. Н.Новгород, 2007.-98 с.
3. Алтунин Б.Ю., Кралин А.А. Электротехника и электроника: комплекс
учебно-методических материалов: Ч.2/ Б.Ю. Алтунин, А.А. Кралин;
НГТУ
им. Р.Е. Алексеева. Н.Новгород, 2008.-98 с
4. Касаткин, А.С. Электротехника /А.С. Касаткин, М.В. Немцов.-М.:
Энергоатомиздат, 2000.
5. Справочное пособие по основам электротехники и электроники
/под. ред. А.В. Нетушила.-М.: Энергоатомиздат, 1995.
6. Манаев Е.И. Основы радиоэлектроники.-3-е изд., перераб. И доп.-М.:
Радио и связь, 1990.-512 с.: ил.
7. Новожилов, О. П. Электротехника и электроника: учебник / О. П.
Новожилов. – М.: Гардарики, 2008. – 653 с.
Электротехника и электроника

26. Тема 4 Закончена

Благодарю за внимание

Расчет цепей переменного тока | Онлайн журнал электрика

Хоть какой ток изменяющийся по величине является переменным. Но на практике под переменным током понимают таковой ток, закон конфигурации которого во времени есть синусоидальная функция.

Математическое выражение для синусоидального тока можно записать в виде:

где, i — секундное значение тока, показывающее величину тока в определенный момент времени, Im — амплитудное (наибольшее) значение тока, выражение в скобках есть фаза, которая определяет значение тока в момент времени t, f — частота переменного тока, это величина, оборотная периоду конфигурации синусоидальной величины Т, ω — угловая частота, ω = 2πf = 2π / T, α — исходная фаза, указывает значение фазы в момент времени t = 0.

Аналогичное выражение можно записать и для синусоидального переменного напряжения:

Секундные значения тока и напряжения договорились обозначать строчными латинскими знаками i, u, а наибольшие (амплитудные) значения – строчными печатными латинскими знаками I, U с индексом m.

Для измерения величины переменного тока в большинстве случаев употребляют действующее (действенное) значение, которое численно равно такому неизменному току, который за период переменного выделяет в нагрузке такое же количество тепла, что и переменный ток.

Действующее значение переменного тока:

Для обозначения действующих значений тока и напряжения употребляют строчные печатные латинские буковкы I, U без индекса.

В цепях синусоидального тока меж амплитудным и действующим значениями существует связь:

В цепях переменного тока изменение во времени питающего напряжения влечёт за собой изменение тока, также магнитного и электронного полей, связанных с цепью. Результатом этих конфигураций является появление ЭДС самоиндукции и взаимоиндукции в цепях с катушками индуктивности, а в цепях с конденсаторами возникают зарядные и разрядные токи, которые делают сдвиг по фазе меж напряжениями и токами в таких цепях.

Отмеченные физические процессы учитывают введением реактивных сопротивлений, в каких, в отличие от активных, не происходит перевоплощение электронной энергии в другие виды энергии. Наличие тока в реактивном элементе разъясняется повторяющимся обменом энергией меж таким элементом и сетью. Все это усложняет расчёт цепей переменного тока, потому что приходится определять не только лишь величину тока, да и его угол сдвига по отношению к напряжению.

Все главные законы цепей неизменного тока справедливы и для цепей переменного тока, но только для моментальных значений либо значений в векторной (всеохватывающей) форме. На базе этих законов можно составить уравнения, дозволяющие выполнить расчёт цепи.

Обычно, целью расчёта цепи переменного тока является определение токов, напряжений, углов сдвига фаз и мощностей на отдельных участках. При составлении уравнений для расчёта таких цепей выбирают условные положительные направления ЭДС, напряжений и токов. Получаемые уравнения для моментальных значений в установившемся режиме и синусоидальном входном напряжении будут содержать синусоидальные функции времени.

Аналитический расчёт тригонометрических уравнений неудобен, просит значимых издержек времени и потому не находит широкого распространения в электротехнике. Упростить анализ цепи переменного тока можно, используя тот факт, что синусоидальную функцию можно условно изобразить вектором, а вектор, в свою очередь, можно записать в виде всеохватывающего числа.

Всеохватывающим числом именуют выражение вида:

где a – вещественная (действительная) часть всеохватывающего числа, j – надуманная единица, b – надуманная часть, A – модуль, α– аргумент, e – основание натурального логарифма.

1-ое выражение представляет собой алгебраическую форму записи всеохватывающего числа, 2-ое – показательную, а третье – тригонометрическую. Для отличия, в всеохватывающей форме записи подчеркивают буковку, обозначающую электронный параметр.

Способ расчёта цепи, основанный на применении всеохватывающих чисел, именуется символическим способом. В символическом способе расчета все реальные характеристики электронной цепи подменяют знаками в всеохватывающей форме записи. После подмены реальных характеристик цепи на их всеохватывающие знаки расчет цепей переменного тока делают способами, которые применяли для расчета цепей неизменного тока. Отличие заключается в том, что все математические операции нужно делать с всеохватывающими числами.

В итоге расчета электронной цепи разыскиваемые токи и напряжения получаются в виде всеохватывающих чисел. Реальные действующие значения тока либо напряжения равны модулю соответственного комплекса, а аргумент всеохватывающего числа указывает угол поворота вектора на всеохватывающей плоскости по отношению к положительному направлению вещественной оси. При положительном аргументе вектор поворачивается против часовой стрелки, а в случае отрицательного аргумента – по часовой.

Завершают расчёт цепи переменного тока, обычно, составлением баланса активных и реактивных мощностей, который позволяет проверить корректность вычислений.

Школа для электрика

Расчет сопротивления цепи

Расчет сопротивления цепи необходим при решении различных задач по электротехнике. Суть заключается в приведении сложной разветвленной электрической цепи к цепи с единственным эквивалентным сопротивлением, которую называют простой электрической цепью. 

Пример 1

 

Цепь в данном примере состоит из двух последовательно соединенных сопротивлений, следовательно, их общее сопротивление будет равно сумме их сопротивлений. Подробнее о видах соединений тут.

Допустим, что R1=10 Ом R2=20 Ом, тогда 

Пример 2

 

Два сопротивления соединены параллельно, значит при сворачивании схемы, общее сопротивление будет равно (значения R1,R2 такие же как и в примере 1) 

Можно заметить, что при параллельном соединении общее сопротивление меньше, чем при последовательном в несколько раз. 

Пример 3

 

В данном примере ситуация аналогична примеру 2, за тем лишь исключением, что сопротивлений три. Тогда общее сопротивление будет равно (R1,R2 прежние, R3=105 Ом) 

 

Пример 4

 

Чтобы рассчитать общее сопротивление смешанного соединения проводников, необходимо для начала найти общее сопротивление резисторов R1 и R2 соединенных параллельно, а затем общее сопротивление, как сумму R12 и R3 соединенных последовательно. 

 Пример 5

Данная электрическая цепь сложнее, чем предыдущие, но как можно увидеть, она также состоит из последовательно или параллельно соединенных сопротивлений, которые можно постепенно сворачивать, приводя цепь к единственному эквивалентному сопротивлению R.

R4=20 Ом, R5=40 Ом, R6=15 Ом 

Путем сворачивания цепи с помощью преобразований последовательно и параллельно соединенных проводников, можно максимально упростить для дальнейшего расчета сколь угодно сложную схему. Исключением служат цепи содержащие сопротивления, соединенные по схеме звезда и треугольник.  

  • Просмотров: 59014
  • Расчет мощности переменного тока — Видео и стенограмма урока

    Power Equations

    Но этот урок называется «Мощность переменного тока», так как же нам рассчитать мощность, используемую цепью переменного тока? Как обсуждалось в другом видеоуроке, мощность — это энергия, используемая в секунду, измеряемая в ваттах (или джоулях в секунду). А в схеме его можно вычислить, умножив ток на напряжение. Мы можем сделать то же самое для цепи переменного тока; мы просто используем среднеквадратичное значение тока и среднеквадратичное напряжение.Итак, ниже представлено наше основное уравнение для мощности в цепи переменного тока: действующее значение напряжения, измеренное в вольтах, умноженное на действующее значение тока, измеренное в амперах.

    Основное уравнение мощности

    Но что делать, если вы не знаете действующее значение напряжения или тока? Что, если вместо этого вы знаете пиковое напряжение V-ноль и пиковое значение тока I-ноль? Что ж, тогда нам нужно будет использовать предыдущие уравнения для среднеквадратичного напряжения и действующего тока. Но чтобы избежать использования более одного уравнения, мы можем подставить эти уравнения в уравнение мощности, например:

    Уравнение мощности

    Это упрощает представление о том, что мощность, используемая в цепи переменного тока, равна пиковому току, умноженному на пиковое напряжение, деленному на два.

    Пример расчета

    Хорошо, давайте попробуем пример! Вы проводите испытания энергосберегающей лампочки. Вы обнаружите, что максимальное напряжение, которое он когда-либо использует, составляет 240 вольт, а максимальный ток, который проходит через него, составляет 0,12 ампер. Для обычной лампочки вы просматриваете некоторые значения и обнаруживаете, что среднеквадратичное напряжение составляет 120 вольт, а среднеквадратичный ток — 0,5 ампер. Какая разница в мощности, используемой двумя лампочками?

    Хорошо, нам нужно выяснить, сколько энергии потребляет каждая лампочка, а затем сравнить их.Для первого нам даны максимальные значения, а для второго — среднеквадратичные значения. Итак, нам нужно использовать разные уравнения для каждого, а затем сравнить два значения мощности.

    Что касается энергосберегающей лампочки, мы знаем, что V-ноль составляет 240 вольт, а I-ноль — 0,12 ампер. Итак, мы можем вычислить мощность, используя это уравнение: (240 * 0,12) / 2 = 14,4 Вт.

    Для обычной лампочки известно, что среднеквадратичное напряжение составляет 120 вольт, а среднеквадратичное значение — 0,5 ампер. Итак, все, что нам нужно сделать здесь, это использовать это уравнение и умножить два вместе: 120 * 0.5 = 60 Вт.

    Наконец, чтобы найти разницу между ними, вычтите меньшее число из большего: 60 — 14,4 = 45,6 Вт. Таким образом, разница в потребляемой мощности между двумя лампочками составляет 45,6 Вт. И все — готово!

    Краткое содержание урока

    Почти все электрические устройства, которые мы используем в повседневной жизни, питаются от переменного тока. Переменный ток (или переменный ток) — это когда ток очень быстро переключает направление, а не течет только в одном направлении по цепи — в одну сторону, а затем в противоположную, снова и снова.Это создает ток, который изменяется синусоидально, что означает, что он изменяется в форме синусоидальной кривой, например, этой:

    Синусоидальная кривая цепи переменного тока

    Поскольку ток переключается, изменяется и напряжение, и мощность. Все они следуют синусоиде. Из-за этого мы склонны выражать ток и напряжение в виде специальных средних величин, называемых среднеквадратичных (или среднеквадратичных ). Цепь переменного тока будет иметь среднеквадратичный ток и среднеквадратичное напряжение, и эти значения определяются следующими уравнениями, где V-ноль — пиковое или максимальное напряжение, а I-ноль — пиковый или максимальный ток.Это вершины и основания синусоиды.

    Уравнения

    Как обсуждалось в другом уроке, мощность — это энергия, используемая в секунду, измеряемая в ваттах (или джоулях в секунду). В цепи переменного тока есть два основных уравнения, которые вы можете использовать для расчета мощности: верхнее уравнение, в котором вы умножаете среднеквадратичное напряжение на среднеквадратичное значение тока; или нижний, где вы умножаете пиковое напряжение на пиковый ток, а затем делите на два.Основываясь на том, что вам задают в вопросе, вы можете выяснить, какое из двух уравнений использовать.

    Результаты обучения

    По завершении этого урока вы должны уметь:

    • Определить переменный ток (AC), среднеквадратичное значение и мощность
    • Определите синусоидальную кривую переменного тока, напряжения и мощности
    • Объясните, как использовать два основных уравнения для расчета мощности в цепи переменного тока.
    Цепь

    переменного тока — напряжение, ток и мощность

    В цепи переменного тока — переменный ток генерируется от источника синусоидального напряжения

    Напряжение

    Токи в цепях с резистивной нагрузкой pure , емкостной или индуктивной нагрузкой .

    Мгновенное напряжение в синусоидальной цепи переменного тока может быть выражено в форме во временной области как

    u (t) = U max cos (ω t + θ) (1)

    где

    u (t) = напряжение в цепи в момент времени t (В)

    U max = максимальное напряжение при амплитуде синусоидальной волны (В)

    t = время (с)

    ω = 2 π f

    = угловая частота синусоидальной волны (рад / с)

    f = частота (Гц, 1 / с)

    θ = фазовый сдвиг синусоидальной волны (рад)

    Мгновенное напряжение альтернативно может быть выражено в частотной области (или векторном) как

    U = U (jω) = U max e (1а)

    где

    U (jω) = U = комплексное напряжение (В)

    Вектор — это комплексное число, выраженное в полярной форме, состоящее из величины, равной пиковой амплитуде синусоидального сигнала, и фазы. угол, равный фазовому сдвигу синусоидального сигнала относительно косинусоидального сигнала.

    Обратите внимание, что конкретная угловая частота — ω — явно не используется в выражении вектора.

    Ток

    Мгновенный ток может быть выражен в форме во временной области как

    i (t) = I m cos (ω t + θ) (2)

    где

    i (t) = ток в момент времени t (A)

    I max = максимальный ток при амплитуде синусоидальной волны (A)

    Токи в цепях с чистые резистивные нагрузки , емкостные индуктивные нагрузки или показаны на рисунке выше.Ток в «реальной» цепи с резистивной, индуктивной и емкостной нагрузкой показан на рисунке ниже.

    Мгновенный ток в цепи переменного тока альтернативно можно выразить в виде частотной области (или вектора) как

    I = I (jω) = I max e (2a)

    , где

    I = I (jω) = комплексный ток (A)

    Частота

    Обратите внимание, что частота большинства систем переменного тока является фиксированной — например, 60 Гц в Северной Америке и 50 Гц в большей части остального мира.

    Угловая частота для Северной Америки

    ω = 2 π 60

    = 377 рад / с

    Угловая частота для большей части остального мира

    ω = 2 π 50

    = 314 рад / с

    Активная нагрузка

    Напряжение на резистивной нагрузке в системе переменного тока можно выразить как

    U = RI (4)

    где

    R = сопротивление (Ом)

    Для резистивной нагрузки в цепи переменного тока напряжение в фазе с током.

    Индуктивная нагрузка

    Напряжение на индуктивной нагрузке в системе переменного тока может быть выражено как

    U = j ω LI (5)

    где

    L = индуктивность (Генри)

    Для индуктивной нагрузки ток в цепи переменного тока равен π / 2 (90 o ) фаза после напряжения (или напряжение перед током).

    Емкостная нагрузка

    Напряжение на индуктивной нагрузке в системе переменного тока можно выразить как

    U = 1 / (j ω C) I (6)

    где

    C = емкость (фарад)

    Для емкостной нагрузки ток в цепи переменного тока опережает напряжение на π / 2 (90 o ) фаза .

    В реальной электрической цепи присутствует смесь резистивных, емкостных и индуктивных нагрузок со сдвигом фазы напряжение / ток в диапазоне — π / 2 <= ​​ φ <= π / 2 , как показано на рисунок ниже.

    Ток в «реальной» цепи со смесью резистивных, индуктивных и емкостных нагрузок. φ — фазовый угол между током и напряжением.

    Импеданс

    Закон Ома для сложного переменного тока может быть выражен как

    U z = I z Z (7)

    , где

    U z = падение напряжения под нагрузкой (вольт, В)

    I z = ток через нагрузку (ампер, А)

    Z = полное сопротивление нагрузки (Ом, Ом)

    Полное сопротивление в цепи переменного тока можно рассматривать как комплексное сопротивление.Импеданс действует как частотно-зависимый резистор, где сопротивление является функцией частоты синусоидального возбуждения.

    Импеданс в серии

    Результирующий импеданс для последовательных сопротивлений может быть выражен как

    Z = Z 1 + Z 2 (7b)

    Сопротивление параллельно

    Результирующее сопротивление для параллельных сопротивлений может быть выражено как

    1 / Z = 1 / Z 1 + 1 / Z 2 (7c)

    Полная проводимость

    Полная проводимость — это инвертированный импеданс

    Y = 1 / Z (8)

    , где

    Y = полная проводимость (1 / Ом)

    RMS или эффективное напряжение

    RMS значение — это эффективное значение синусоидального напряжения или тока.

    RMS — среднеквадратичное значение — или эффективное напряжение может быть выражено как

    U rms = U eff

    = U max / (2) 1/2

    = 0,707 U макс (9)

    где

    U среднеквадратичное значение = U эфф

    = действующее значение напряжения (В)

    21 макс. = максимальное напряжение (амплитуда) источника синусоидального напряжения (В)

    RMS — среднеквадратичное значение — или эффективный ток может быть выражен как

    I rms = I eff

    = I max / (2) 1/2

    = 0.707 I макс (10)

    где

    I действующее значение = I eff

    = действующее значение тока (A)

    24 = максимальный ток (амплитуда) источника синусоидального напряжения (A)

    Вольтметры и амперметры переменного тока показывают среднеквадратичное значение напряжения или тока — или 0,707 максимальных пиковых значений. Максимальные пиковые значения равны 1.В 41 раз больше значений вольтметра.

    Пример

    • для системы 230 В U среднеквадратичное значение = 230 В и U макс. U макс. = 169 В

    Трехфазное напряжение переменного тока — линия к линии и линия к нейтрали

    В трехфазной системе переменного тока напряжение может подаваться между линиями и нейтралью (фазный потенциал), или между линиями (линейный потенциал).Результирующие напряжения для двух общих систем — европейской системы 400/230 В и североамериканской системы 208/120 В указаны для одного периода на рисунках ниже.

    400/230 В перем. Тока

    print 400/230 В Трехфазная диаграмма

    • L1, L2 и L3 — три фазы, соединяющие потенциалы — фазные потенциалы
    • L1 — L2, L1 — L3 и L2 — L3 — это трехфазные линейные потенциалы — линейные потенциалы
    • L2, L2 и L3 — результирующий потенциал трех фаз в сбалансированной цепи — результирующий потенциал = 0

    Величина линейных потенциалов равна 3 1/2 (1.73) величина фазового потенциала.

    U действующее значение, линия = 1,73 U действующее значение, фаза (11)

    208 В / 120 В переменного тока

    распечатайте трехфазную диаграмму 208/120 В

    Мощность

    Активный — или действительный, или истинный — мощность, которая выполняет фактическую работу в цепи — может быть рассчитана как

    P = U действующее значение I действующее значение cos φ (12)

    где

    P = активная активная мощность (Вт)

    φ = фазовый угол между током и напряжением (рад, градусы)

    Cos φ также называется коэффициентом мощности.

    Реактивную мощность в цепи можно рассчитать как

    Q = U действующее значение I среднеквадратичное значение sin φ (13)

    Q = реактивная мощность (ВАр)

    Зависимость переменного тока (AC) от Постоянный ток (DC)

    Пораженный громом!

    Откуда австралийская рок-группа AC / DC получила свое название? Да ведь переменный ток и постоянный ток, конечно же! И переменный, и постоянный ток описывают типы протекания тока в цепи.В постоянного тока (DC) электрический заряд (ток) течет только в одном направлении. Электрический заряд в переменного тока (AC), с другой стороны, периодически меняет направление. Напряжение в цепях переменного тока также периодически меняется на противоположное, потому что ток меняет направление.

    Большая часть создаваемой вами цифровой электроники будет использовать постоянный ток. Однако важно понимать некоторые концепции переменного тока. Большинство домов подключены к сети переменного тока, поэтому, если вы планируете подключить свой проект музыкальной шкатулки Tardis к розетке, вам нужно будет преобразовать переменный ток в постоянный ток.Переменный ток также обладает некоторыми полезными свойствами, такими как способность преобразовывать уровни напряжения с помощью одного компонента (трансформатора), поэтому переменный ток был выбран в качестве основного средства для передачи электроэнергии на большие расстояния.

    Что вы узнаете

    • История создания переменного и постоянного тока
    • Различные способы генерации переменного и постоянного тока
    • Некоторые примеры приложений переменного и постоянного тока

    Рекомендуемая литература

    и nbsp

    и nbsp

    Переменный ток (AC)

    Переменный ток описывает поток заряда, который периодически меняет направление.В результате уровень напряжения также меняется на противоположный вместе с током. AC используется для подачи электроэнергии в дома, офисные здания и т. Д.

    Генерация переменного тока

    переменного тока может производиться с использованием устройства, называемого генератором переменного тока. Это устройство представляет собой особый тип электрического генератора, предназначенного для выработки переменного тока.

    Проволочная петля скручена внутри магнитного поля, которое индуцирует ток по проводу. Вращение провода может происходить с помощью любого количества средств: ветряной турбины, паровой турбины, проточной воды и так далее.Поскольку провод вращается и периодически меняет магнитную полярность, напряжение и ток на проводе чередуются. Вот короткая анимация, демонстрирующая этот принцип:


    (Видео предоставлено: Хуррам Танвир)

    Генератор переменного тока можно сравнить с нашей предыдущей аналогией с водой:

    Чтобы генерировать переменный ток в наборе водопроводных труб, мы соединяем механический кривошип с поршнем, который перемещает воду в трубах вперед и назад (наш «переменный» ток).Обратите внимание, что защемленный участок трубы по-прежнему оказывает сопротивление потоку воды независимо от направления потока.

    Осциллограммы

    AC может быть разных форм, если напряжение и ток чередуются. Если мы подключим осциллограф к цепи переменного тока и построим график ее напряжения с течением времени, мы можем увидеть несколько различных форм сигналов. Наиболее распространенным типом переменного тока является синусоида. Переменный ток в большинстве домов и офисов имеет колеблющееся напряжение, которое создает синусоидальную волну.

    Другие распространенные формы переменного тока включают прямоугольную волну и треугольную волну:

    Прямоугольные волны часто используются в цифровой и переключающей электронике для проверки их работы.

    Треугольные волны используются при синтезе звука и используются для тестирования линейной электроники, такой как усилители.

    Описание синусоидальной волны

    Мы часто хотим описать форму волны переменного тока в математических терминах. В этом примере мы будем использовать обычную синусоиду. Синусоидальная волна состоит из трех частей: амплитуда, частота и фаза .

    Рассматривая только напряжение, мы можем описать синусоидальную волну как математическую функцию:

    V (t) — это наше напряжение как функция времени, что означает, что наше напряжение изменяется с изменением времени. Уравнение справа от знака равенства описывает, как напряжение изменяется во времени.

    V P — амплитуда . Это описывает максимальное напряжение, которое наша синусоида может достигать в любом направлении, что означает, что наше напряжение может быть + V P вольт, -V P вольт или где-то посередине.

    Функция sin () указывает, что наше напряжение будет в форме периодической синусоидальной волны, которая представляет собой плавные колебания около 0 В.

    — это константа, которая преобразует частоту из циклов (в герцах) в угловую частоту (радиан в секунду).

    f описывает частоту синусоидальной волны. Это дается в виде герц или единиц в секунду . Частота показывает, сколько раз конкретная форма волны (в данном случае один цикл нашей синусоидальной волны — подъем и спад) происходит в течение одной секунды.

    t — наша независимая переменная: время (измеряется в секундах). Со временем меняется и форма нашего сигнала.

    φ описывает фазу синусоидальной волны. Фаза — это мера того, насколько сдвинута форма сигнала во времени. Часто это число от 0 до 360, которое измеряется в градусах. Из-за периодической природы синусоидальной волны, если форма волны сдвинута на 360 °, она снова становится такой же, как если бы она была сдвинута на 0 °.Для простоты мы предполагаем, что в остальной части этого руководства фаза равна 0 °.

    Мы можем обратиться к нашей надежной розетке за хорошим примером того, как работает форма сигнала переменного тока. В Соединенных Штатах в наши дома подается питание переменного тока с размахом 170 В (амплитуда) и 60 Гц (частота). Мы можем подставить эти числа в нашу формулу, чтобы получить уравнение (помните, что мы предполагаем, что наша фаза равна 0):

    Мы можем использовать наш удобный графический калькулятор, чтобы построить график этого уравнения. Если графического калькулятора нет, мы можем использовать бесплатную онлайн-программу для построения графиков, такую ​​как Desmos (обратите внимание, что вам может потребоваться использовать «y» вместо «v» в уравнении, чтобы увидеть график).

    Обратите внимание, что, как мы и предсказывали, напряжение периодически повышается до 170 В и понижается до -170 В. Кроме того, каждую секунду происходит 60 циклов синусоидальной волны. Если бы мы измеряли напряжение в розетках с помощью осциллографа, мы бы увидели именно это ( ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: не пытайтесь измерять напряжение в розетке с помощью осциллографа! Это может привести к повреждению оборудования).

    ПРИМЕЧАНИЕ: Возможно, вы слышали, что напряжение переменного тока в США составляет 120 В. Это тоже правильно.Как? Говоря об переменном токе (поскольку напряжение постоянно меняется), часто проще использовать среднее или среднее значение. Для этого мы используем метод под названием «Среднеквадратичный корень». (RMS). Часто бывает полезно использовать среднеквадратичное значение для переменного тока, когда вы хотите рассчитать электрическую мощность. Несмотря на то, что в нашем примере у нас было напряжение от -170 В до 170 В, среднеквадратичное значение составляет 120 В RMS.

    Приложения

    В розетках дома и в офисе почти всегда есть кондиционер. Это связано с тем, что генерировать и транспортировать переменный ток на большие расстояния относительно просто.При высоких напряжениях (более 110 кВ) при передаче электроэнергии теряется меньше энергии. Более высокие напряжения означают более низкие токи, а более низкие токи означают меньшее тепловыделение в линии электропередачи из-за сопротивления. Переменный ток можно легко преобразовывать в высокое напряжение и обратно с помощью трансформаторов.

    AC также может приводить в действие электродвигатели. Двигатели и генераторы — это одно и то же устройство, но двигатели преобразуют электрическую энергию в механическую (если вал двигателя вращается, на выводах генерируется напряжение!).Это полезно для многих крупных бытовых приборов, таких как посудомоечные машины, холодильники и т. Д., Которые работают от сети переменного тока.

    Постоянный ток (DC)

    Постоянный ток немного легче понять, чем переменный. Вместо того, чтобы колебаться вперед и назад, постоянный ток обеспечивает постоянное напряжение или ток.

    Создание постоянного тока

    DC можно создать несколькими способами:

    • Генератор переменного тока, оснащенный устройством, называемым «коммутатор», может производить постоянный ток.
    • Использование устройства, называемого «выпрямитель», которое преобразует переменный ток в постоянный ток
    • Батареи обеспечивают постоянный ток, который образуется в результате химической реакции внутри батареи

    Используя нашу аналогию с водой снова, DC подобен резервуару с водой со шлангом на конце.

    Бак может выталкивать воду только в одном направлении: из шланга. Как и в случае с нашей батареей постоянного тока, когда резервуар опустеет, вода больше не течет по трубам.

    Описание DC

    DC определяется как «однонаправленный» ток; ток течет только в одном направлении. Напряжение и ток могут изменяться с течением времени до тех пор, пока направление потока не меняется. Для упрощения предположим, что напряжение является постоянным. Например, мы предполагаем, что батарея AA обеспечивает 1.5 В, что математически можно описать как:

    Если мы построим график с течением времени, мы увидим постоянное напряжение:

    Что это значит? Это означает, что мы можем рассчитывать на то, что большинство источников постоянного тока обеспечат постоянное напряжение во времени. В действительности батарея будет медленно терять заряд, а это означает, что напряжение будет падать по мере использования батареи. В большинстве случаев мы можем предположить, что напряжение постоянно.

    Приложения

    Практически все проекты электроники и запчасти для продажи на SparkFun работают на DC.Все, что работает от батареи, подключается к стене с помощью адаптера переменного тока или использует USB-кабель для питания, зависит от постоянного тока. Примеры электроники постоянного тока включают:

    • Сотовые телефоны
    • D&D Dice Gauntlet на основе LilyPad
    • Телевизоры с плоским экраном (переменный ток переходит в телевизор, который конвертируется в постоянный ток)
    • Фонари
    • Гибридные и электромобили

    Битва течений

    Почти каждый дом или офис подключен к сети переменного тока.Однако это решение не было мгновенным. В конце 1880-х годов различные изобретения в Соединенных Штатах и ​​Европе привели к полномасштабной битве между распределением переменного и постоянного тока.

    В 1886 году электрическая компания Ganz Works, расположенная в Будапеште, электрифицировала весь Рим с помощью переменного тока. Томас Эдисон, с другой стороны, построил 121 электростанцию ​​постоянного тока в Соединенных Штатах к 1887 году. Поворотный момент в битве наступил, когда Джордж Вестингауз, известный промышленник из Питтсбурга, приобрел патенты Николы Теслы на двигатели переменного тока и трансмиссию в следующем году. .

    AC против DC

    Томас Эдисон (Изображение любезно предоставлено biography.com)

    В конце 1800-х годов постоянный ток было нелегко преобразовать в высокое напряжение. В результате Эдисон предложил систему небольших местных электростанций, которые питали бы отдельные кварталы или участки города. Электроэнергия распределялась по трем проводам от электростанции: +110 вольт, 0 вольт и -110 вольт. Освещение и двигатели могут быть подключены между розеткой + 110 В или 110 В и 0 В (нейтраль). 110 В допускает некоторое падение напряжения между установкой и нагрузкой (дома, в офисе и т. Д.).).

    Несмотря на то, что падение напряжения на линиях электропередачи было учтено, электростанции необходимо было располагать в пределах 1 мили от конечного пользователя. Это ограничение сделало распределение электроэнергии в сельской местности чрезвычайно трудным, если не невозможным.

    Используя патенты Tesla, компания Westinghouse работала над усовершенствованием системы распределения переменного тока. Трансформаторы предоставили недорогой метод повышения напряжения переменного тока до нескольких тысяч вольт и его снижения до приемлемого уровня. При более высоких напряжениях та же мощность могла передаваться при гораздо меньшем токе, что означало меньшие потери мощности из-за сопротивления проводов.В результате крупные электростанции могут быть расположены за много миль от них и обслуживать большее количество людей и зданий.

    Кампания по выявлению мазков Эдисона

    В течение следующих нескольких лет Эдисон провел кампанию по категорическому противодействию использованию AC в Соединенных Штатах, которая включала лоббирование законодательных собраний штатов и распространение дезинформации о AC. Эдисон также приказал нескольким техникам публично казнить животных переменным током, пытаясь показать, что переменный ток более опасен, чем постоянный ток. Пытаясь показать эти опасности, Гарольд П.Браун и Артур Кеннелли, сотрудники Edison, разработали первый электрический стул для штата Нью-Йорк с использованием переменного тока.

    Возвышение AC

    В 1891 году Международная электротехническая выставка проходила во Франкфурте, Германия, и показала первую передачу трехфазного переменного тока на большие расстояния, которая питала фары и двигатели на выставке. Присутствовали несколько представителей того, что впоследствии станет General Electric, и впоследствии они были впечатлены дисплеем. В следующем году была создана компания General Electric, которая начала инвестировать в технологии переменного тока.

    Электростанция Эдварда Дина Адамса в Ниагарском водопаде, 1896 г. (Изображение предоставлено teslasociety.com)

    Westinghouse выиграл контракт в 1893 году на строительство плотины гидроэлектростанции, чтобы использовать энергию Ниагарского водопада и передавать переменный ток в Буффало, штат Нью-Йорк. Проект был завершен 16 ноября 1896 года, и электроэнергия переменного тока начала снабжать электроэнергией промышленные предприятия в Буффало. Эта веха ознаменовала упадок DC в США. В то время как Европа примет стандарт переменного тока 220–240 В при 50 Гц, стандартом в Северной Америке станет 120 В при 60 Гц.

    Высоковольтный постоянный ток (HVDC)

    Швейцарский инженер Рене Тюри в 1880-х годах использовал серию двигателей-генераторов для создания высоковольтной системы постоянного тока, которую можно было использовать для передачи постоянного тока на большие расстояния. Однако из-за высокой стоимости и высокой стоимости обслуживания систем Thury HVDC никогда не применялся в течение почти столетия.

    С изобретением полупроводниковой электроники в 1970-х годах стало возможным экономичное преобразование между переменным и постоянным током. Для генерации постоянного тока высокого напряжения (иногда до 800 кВ) можно использовать специальное оборудование.Некоторые страны Европы начали использовать линии HVDC для электрического соединения различных стран.

    В линиях

    HVDC потери меньше, чем в аналогичных линиях переменного тока на очень больших расстояниях. Кроме того, HVDC позволяет подключать различные системы переменного тока (например, 50 Гц и 60 Гц). Несмотря на свои преимущества, системы HVDC более дороги и менее надежны, чем обычные системы переменного тока.

    В конце концов, Эдисон, Тесла и Вестингауз могут осуществить свои желания. Переменный ток и постоянный ток могут сосуществовать, и каждый из них служит определенной цели.

    Ресурсы и дальнейшее развитие

    Теперь вы должны хорошо понимать разницу между переменным и постоянным током. Переменный ток легче преобразовывать между уровнями напряжения, что делает передачу высокого напряжения более возможной. Напротив, постоянный ток присутствует почти во всей электронике. Вы должны знать, что они не очень хорошо сочетаются, и вам нужно будет преобразовать переменный ток в постоянный, если вы хотите подключить большую часть электроники к розетке. С этим пониманием вы должны быть готовы заняться некоторыми более сложными схемами и концепциями, даже если они содержат переменный ток.

    Взгляните на следующие учебные пособия, когда будете готовы глубже погрузиться в мир электроники:

    и nbsp

    Страница не найдена | MIT

    Перейти к содержанию ↓
    • Образование
    • Исследовательская работа
    • Инновации
    • Прием + помощь
    • Студенческая жизнь
    • Новости
    • Выпускников
    • О MIT
    • Подробнее ↓
      • Прием + помощь
      • Студенческая жизнь
      • Новости
      • Выпускников
      • О MIT
    Меню ↓ Поиск Меню Ой, похоже, мы не смогли найти то, что вы искали!
    Попробуйте поискать что-нибудь еще! Что вы ищете? Увидеть больше результатов

    Предложения или отзывы?

    Что такое напряжение? | Fluke

    Напряжение — это давление от источника питания электрической цепи, которое проталкивает заряженные электроны (ток) через проводящую петлю, позволяя им выполнять такую ​​работу, как включение света.

    Короче говоря, напряжение = давление , и оно измеряется в вольтах (В). Этим термином признан итальянский физик Алессандро Вольта (1745-1827), изобретатель гальванической батареи — предшественника современной бытовой батареи.

    В первые дни развития электричества напряжение было известно как электродвижущая сила (ЭДС). Вот почему в уравнениях, таких как закон Ома, напряжение представлено символом E .

    Пример напряжения в простой цепи постоянного тока:

    1. В этой цепи постоянного тока переключатель замкнут (включен).
    2. Напряжение в источнике питания — «разность потенциалов» между двумя полюсами батареи — активируется, создавая давление, которое заставляет электроны течь в виде тока через отрицательную клемму батареи.
    3. Ток достигает света, заставляя его светиться.
    4. Ток возвращается к источнику питания.

    Напряжение — это либо напряжение переменного тока (ac) , либо напряжение постоянного тока (dc) . Способы, которыми они различаются:

    Напряжение переменного тока (представленное на цифровом мультиметре цифрой):

    • Течение равномерно волнообразными волнами, как показано ниже:
    • Меняет направление на регулярные интервалы.
    • Обычно производятся коммунальными предприятиями через генераторы , в которых механическая энергия — вращательное движение, приводимое в движение проточной водой, паром, ветром или теплом — преобразуется в электрическую энергию.
    • Чаще, чем постоянное напряжение. Коммунальные предприятия поставляют переменное напряжение в дома и на предприятия, где большинство устройств используют переменное напряжение.
    • Источники первичного напряжения зависят от страны. В США, например, 120 вольт.
    • Некоторые бытовые устройства, такие как телевизоры и компьютеры, используют питание постоянного тока.Они используют выпрямители (например, этот толстый блок в шнуре портативного компьютера) для преобразования переменного напряжения и тока в постоянный.
    Генераторы преобразуют вращательное движение в электричество. Вращательное движение обычно вызывается текущей водой (гидроэлектростанция) или паром из воды, нагретой газом, нефтью, углем или ядерной энергией.

    Напряжение постоянного тока (обозначено на цифровом мультиметре значком и):

    • Перемещается по прямой линии и только в одном направлении.
    • Обычно производится из источников накопленной энергии, таких как батареи .
    • Источники постоянного напряжения имеют положительную и отрицательную клеммы. Клеммы устанавливают полярность в цепи, и полярность может использоваться, чтобы определить, является ли цепь постоянным или переменным током.
    • Обычно используется в портативном оборудовании с батарейным питанием (автомобили, фонарики, фотоаппараты).

    Какая разница потенциалов?

    Термин «напряжение» и термин «разность потенциалов» часто используются как синонимы. Разницу потенциалов можно было бы лучше определить как разность потенциальной энергии между двумя точками в цепи.Величина разницы (выраженная в вольтах) определяет, сколько существует потенциальной энергии для перемещения электронов из одной конкретной точки в другую. Количество определяет, сколько работы потенциально может быть выполнено через схему.

    Бытовая щелочная батарея AA, например, имеет напряжение 1,5 В. Обычные бытовые электрические розетки имеют напряжение 120 В. Чем больше напряжение в цепи, тем выше ее способность «выталкивать» больше электронов и выполнять работу.

    Напряжение / разность потенциалов можно сравнить с водой, хранящейся в резервуаре.Чем больше резервуар и чем больше его высота (и, следовательно, его потенциальная скорость), тем больше способность воды создавать удар, когда клапан открывается и вода (как электроны) может течь.

    Почему полезно измерение напряжения

    Техники подходят к большинству ситуаций устранения неисправностей, зная, как обычно должна работать схема.

    Цепи используются для передачи энергии нагрузке — от небольшого устройства до бытовой техники и промышленного двигателя. Нагрузки часто имеют паспортную табличку, на которой указаны их стандартные электрические эталонные значения, включая напряжение и ток.Вместо паспортной таблички некоторые производители предоставляют подробную схему (техническую схему) схемы нагрузки. Руководства могут включать стандартные значения.

    Эти числа говорят технику, какие показания следует ожидать при нормальной работе нагрузки. Показания цифрового мультиметра позволяют объективно определить отклонения от нормы. Даже в этом случае технический специалист должен использовать знания и опыт, чтобы определить факторы, вызывающие такие отклонения.

    Ссылка: Принципы цифрового мультиметра от Glen A.Мазур, американское техническое издательство.

    Резисторы в цепях переменного тока | Мощность, напряжение и ток переменного тока

    Введение

    При постоянном токе (DC) поток электрического заряда является однонаправленным. В постоянном токе напряжение и ток поддерживают постоянную полярность и направление. Источником постоянного тока является аккумулятор. С другой стороны, при переменном токе (AC) поток электрического заряда периодически меняет направление на противоположное. В переменном токе напряжение меняет полярность с положительной на отрицательную и наоборот с течением времени.Это изменение полярности напряжения происходит из-за изменения направления тока. AC — это источник питания, используемый для питания домашних хозяйств, офисов, промышленных предприятий и т. Д. Несмотря на то, что синусоидальная волна является наиболее распространенной формой питания переменного тока, некоторые приложения используют различные формы волны, такие как треугольная волна, прямоугольная волна и пилообразная волна.

    Наиболее распространенной формой питания переменного тока является синусоидальная волна. Математическая функция, описывающая типичное переменное напряжение:

    В (t) = VMax sin ωt.

    В (t) — напряжение в зависимости от времени.Напряжение меняется со временем.

    t — переменное время в секундах.

    VMax — пиковое значение, которого синусоидальная волна может достигать как в положительном, так и в отрицательном направлениях. Для положительного цикла это VMax, а для отрицательного — -VMax.

    ω — угловая частота. ω = 2πf.

    f — частота синусоидальной волны.

    В цепях постоянного тока расчет тока, напряжения и мощности выполняется по закону Ома. Здесь предполагается, что полярности напряжения и тока постоянны.

    В случае чисто резистивных цепей переменного тока значениями индуктивности и емкости можно пренебречь. Следовательно, расчет тока, напряжения и мощности будет следовать тем же принципам закона Ома и законов цепи Кирхгофа. Разница заключается в использовании мгновенного значения от пика до пика или среднеквадратичного значения.

    Резистор с питанием постоянного и переменного тока

    Резистор является пассивным устройством. Он не потребляет и не производит энергии. Энергия здесь — это электрическая энергия. Но резистор рассеивает электрическую энергию в виде тепла.

    Резистор с источником питания постоянного тока указан ниже

    В резистивных цепях постоянного тока сопротивление, которое представляет собой отношение напряжения к току, является линейным.

    Резистор с источником питания переменного тока указан ниже

    В цепях переменного тока отношение напряжения к току в основном зависит от частоты питания f и сдвига фаз φ. Следовательно, термин импеданс используется в цепях переменного тока для обозначения сопротивления, поскольку оно обладает как величиной, так и фазой, в отличие от сопротивления в цепях постоянного тока, где оно имеет только величину.Символ сопротивления — Z.

    Фазовое соотношение V-I в чисто резистивной цепи переменного тока

    Значение сопротивления резистора в цепях переменного и постоянного тока одинаково независимо от частоты напряжения питания переменного тока. Изменение направления тока в сети переменного тока не влияет на поведение резисторов. Таким образом, ток в резисторе будет расти и падать в зависимости от напряжения, когда он растет и падает.

    Напряжение и ток в резистивной цепи переменного тока достигают максимума, затем падают до нуля и одновременно достигают минимума.Говорят, что они находятся «в фазе», поскольку они поднимаются и опускаются в одно и то же время.

    Рассмотрим следующую цепь переменного тока.

    Здесь ток I (t) = IMax sin ωt.

    Напряжение V (t) = VMax sin ωt. => V (t) = IMax R sin ωt.

    Поскольку схема является чисто резистивной, влияние индуктивности и емкости незначительно, а разность фаз равна 0.

    Следовательно, соотношение между напряжением и током в резисторе, который является частью резистивной цепи переменного тока, составляет

    Мгновенные значения токов и напряжений «синфазны» по оси x кривой.Они поднимаются и опускаются одновременно и достигают своих максимальных и минимальных значений точно в одно и то же время. Это означает, что их фазовый угол равен θ = 00. Векторная диаграмма, представляющая этот фазовый угол, вместе со сравнением максимальных и минимальных значений напряжения и тока, показана ниже.

    Расчет мощности, напряжения и тока переменного тока

    Мгновенные значения тока и напряжения в резистивной цепи переменного тока можно использовать для определения сопротивления в его омической форме с помощью закона Ома.

    Рассмотрим следующую резистивную схему с питанием переменного тока.

    Пусть напряжение питания V (t) = VMax sin ωt, подключенное к резистору R.

    Пусть мгновенное напряжение на резисторе будет V R .

    Пусть I R будет мгновенным током, протекающим через резистор.

    Поскольку приведенная выше схема является чисто резистивной по своей природе, можно применить принцип Ома.

    Согласно закону Ома, напряжение на резисторе в момент t равно

    В R = В Макс. sin ωt.

    Точно так же ток, протекающий через резистор в момент t, может быть определен с использованием закона Ома как

    I R = V R / R

    Но V R = V Max sin ωt.

    Следовательно, I R = (V Max * sin ωt) / R

    Но значение V Max / R не что иное, как максимальный ток в цепи, обозначенный I Max ..

    Следовательно I R = I Макс sin ωt.

    В чисто резистивной последовательной цепи переменного тока общее напряжение цепи равно сумме напряжений отдельных резисторов, потому что все отдельные напряжения синфазны в чисто резистивной цепи. Цепь переменного тока — это сумма токов отдельных ветвей всех параллельных резистивных ветвей.
    Для расчета мощности в цепи переменного тока важную роль играет коэффициент мощности. Коэффициент мощности определяется как косинус фазового угла между током и напряжением.Фазовый угол обозначается символом φ.

    Если P — активная мощность в цепи, измеренная в ваттах, а S — полная мощность цепи, измеренная в вольтах-амперах, соотношение между реальной мощностью и полной мощностью определяется выражением

    P = S Cos φ.

    В случае чисто резистивных цепей переменного тока фазовый угол между током и напряжением составляет 0 0 . Следовательно, φ = 0 0 . Следовательно, коэффициент мощности Cos φ равен Cos 0 0 = 1.

    Следовательно, активная мощность равна полной мощности, которая является произведением напряжения и тока.
    В чисто резистивных цепях переменного тока мощность в любой момент в цепи может быть определена путем вычисления произведения напряжения и тока в этот момент.

    Мощность, потребляемая вышеупомянутой схемой, может быть рассчитана с использованием

    P = V RMS * I RMS * Cos φ.

    Поскольку φ = 0 0 в этом случае мощность составляет

    P = V RMS * I RMS

    Мощность в чистом сопротивлении

    В случае чисто резистивных цепей переменного тока мощность, потребляемая схемой, является просто произведением напряжения и тока, поскольку между током и напряжением нет фазового угла.

    Форма сигнала мощности для чисто резистивной цепи переменного тока показана ниже.

    Форма сигнала мощности состоит из серии положительных импульсов. Это потому, что, когда и напряжение, и ток положительны в первом полупериоде, их произведение, которое является мощностью, также положительно. А когда и напряжение, и ток отрицательны во втором полупериоде, их производительная мощность снова становится положительной (-V x -I = + P). Следовательно, значение мощности всегда больше или равно нулю.

    Из приведенного выше сигнала видно, что мощность возрастает по мере увеличения напряжения и тока и достигает своего максимума, когда напряжение и ток достигают своего максимума. Затем он падает до нуля, когда напряжение и ток падают до нуля. При изменении полярности напряжения и тока значение мощности снова возрастает и достигает максимума, когда напряжение и ток достигают своего отрицательного пика. Когда напряжение и ток падают до нуля, значение мощности падает до нуля.

    В случае чисто резистивной цепи с источником питания переменного тока RMS рассеиваемая мощность такая же, как и в случае резистора, подключенного к источнику питания постоянного тока.

    P = VRMS * IRMS = I2RMS * R = V2RMS / R.

    VRMS и IRMS — это действующие значения напряжения и тока соответственно.

    P — мощность в ваттах.

    R — сопротивление в Ом (Ом)

    Для сравнения эффектов нагрева, вызванных переменным и постоянным током, постоянный ток следует сравнивать со среднеквадратичным значением переменного тока, но не с максимальным или пиковым током IMAX¬.

    Резисторы в цепях переменного тока Примеры

    Пример 1

    Рассмотрим следующую схему.

    Нагревательный элемент резистивного типа подключен к источнику переменного тока напряжением 240 В. Мощность, потребляемая нагревательным элементом, составляет 1,2 КВт. Значение его сопротивления можно рассчитать как

    Ток, протекающий через нагревательный элемент, равен

    I = P / V

    P = 1,2 КВт = 1200 Вт.

    В = 240 В.

    Следовательно, I = 1200/240 = 5 А.

    Значение сопротивления нагревательного элемента можно рассчитать по закону Ома как

    R = V / I

    R = 240/5 = 48 Ом.

    Пример 2

    Рассмотрим следующую схему.

    Резистор сопротивлением 47 Ом подключен к источнику питания 120 В.

    Значения тока, протекающего через резистор, и мощность, потребляемая резистором, могут быть рассчитаны как

    Можно рассчитать ток, протекающий через резистор используя закон Ома

    I = V / R

    I = 120/47 = 2,55 ампер.

    Мощность, потребляемая резистором, составляет

    P = I2 * R = V2 / R

    P = 1202/47 = 306 Вт.

    Электроэнергия, работа и мощность

    Чтобы понять, как работают устойчивые технологии, важно усвоить определенные основные принципы. Знать, как фотоэлектрические элементы преобразуют солнечную энергию в электричество, означает понимать основы электричества и света. Понимание того, как ветряные турбины производят электричество, означает понимание кое-чего о власти, работе и электромагнетизме. В этом модуле будут представлены основные концепции, необходимые для понимания технологий, обсуждаемых в этом курсе.Хотя формулы иногда используются для объяснения основных принципов, суть не в том, чтобы уметь решать количественные задачи. Формулы помогут вам увидеть взаимосвязь.

    Цели обучения: Учащиеся смогут:

    1. Выделите разницу между энергией, работой и мощностью и приведите примеры каждого из них с использованием соответствующих единиц.
    2. Дайте соответствующие определения следующим электрическим терминам: электрон, электрический заряд, электрический потенциал, сопротивление, ток, мощность, проводник, полупроводник и изолятор.

      Студент сможет сопоставить электрические величины / свойства с различными единицами измерения, используемыми в электротехнике (например, вольты, амперы, ватты, омы, ампер-часы, киловатт-часы и т. Д.).

    3. Обозначить элементы электрической цепи.
    4. Укажите различия между параллельными и последовательными цепями и отметьте влияние на электрический потенциал (измеренный в вольтах) и ток (измеренный в амперах).
    5. Объясните взаимосвязь между потоком тока и магнетизмом и покажите, как это лежит в основе электродвигателей и генераторов.
    6. Различайте электричество постоянного и переменного тока, определите полезные качества каждого из них, отметьте, какие устройства связаны с каждым из них, и опишите роль силовых инверторов.

    Энергия, работа и мощность

    Перейти к: Force | Работа | Мощность

    Проще говоря, Вселенная состоит из четырех вещей: пространства, времени, массы и энергии. Первый закон термодинамики гласит, что энергия не может быть ни создана, ни разрушена. Но Эйнштейн показал нам, что энергию можно превратить в массу и наоборот.Второй закон термодинамики гласит, что каждый раз, когда энергия меняет форму, часть ее превращается в тепло. Энергия бывает разных форм. Самая полезная энергия или энергия высочайшего качества — это то, что мы можем использовать для работы. Например, энергия движения (кинетическая энергия) воды, падающей через плотину, может быть использована для вращения водяного колеса для измельчения зерна или выработки электричества.

    Потенциальная и кинетическая энергия

    Происхождение: Первоисточник: Environment Canada (https: // www.ec.gc.ca/eau-water/default.asp?lang=en&n=00EEE0E6-1), доступ через USGS: https://water.usgs.gov/edu/wuhy.html Это воспроизведение является копией официального работа, опубликованная Правительством Канады, а воспроизведение не было произведено при поддержке или с одобрения Правительства Канады.
    Повторное использование: Информация на этом веб-сайте была размещена с намерением сделать ее доступной для личного или общественного некоммерческого использования и может быть воспроизведена частично или полностью и любыми средствами без взимания платы или дополнительного разрешения, если не указано иное.Пользователи должны: проявлять должную осмотрительность для обеспечения точности воспроизводимых материалов; Укажите как полное название воспроизводимых материалов, так и организацию автора; и Укажите, что воспроизведение является копией официального произведения, опубликованного Правительством Канады, и что воспроизведение не было произведено при участии или с одобрения Правительства Канады.

    Самая низкая форма энергии с точки зрения полезности — тепло.Да, тепло можно использовать для производства пара и привода электрических турбин. Но для этого требуется много тепла, и это тепло должно исходить от какого-то другого источника энергии, например, горящего угля или солнечного света. Физики используют термин энтропия, чтобы описать изменение полезной энергии на менее полезное тепло.

    Проще говоря, вселенная состоит из четырех вещей; пространство, время, масса и энергия. Первый закон термодинамики гласит, что энергия не может быть ни создана, ни разрушена. (Хотя позже Эйнштейн показал, что для ядерных реакций энергию можно превратить в массу и наоборот).Энергия бывает разных форм. Когда энергия передается от одного объекта к другому или когда она трансформируется из одного типа в другой, ее можно использовать для выполнения работы. Например, энергия движения (кинетическая энергия) воды, падающей через плотину, может быть использована для вращения водяного колеса для измельчения зерна или выработки электричества.

    Энтропия — это мера распределения энергии. Концентрированные формы энергии, такие как энергия, хранящаяся в ядре атома, в химических связях или в высоковольтных электрических устройствах, очень полезны для выполнения работы.С другой стороны, менее концентрированные формы энергии, такие как низкотемпературное тепло, вибрации или звуковые волны, гораздо менее полезны. Второй закон термодинамики гласит, что всякий раз, когда энергия используется для выполнения работы, часть энергии превращается из концентрированной формы в менее полезную. Физики говорят, что по мере того, как энергия распространяется или рассеивается, энтропия увеличивается. Одним из результатов второго закона термодинамики является то, что ни один процесс не может преобразовать 100% энергии в полезную работу.

    Что такое энергия? Полезно разделить энергию на два списка. Кинетическая энергия — это энергия движущегося объекта. Падающая вода (реагирующая на силу тяжести), солнечный свет, электроны, протекающие по проводу (электричество), велосипед в движении, использование мышц для движения глаз во время чтения — все это примеры кинетической энергии. Потенциальная энергия — это то, что сохраняется и готово к преобразованию в кинетическую энергию. Это включает воду, удерживаемую плотиной, электрический заряд, хранящийся в батарее, химическую энергию, хранящуюся в жирах и сахарах, и химическую энергию, хранящуюся в бензине и угле.

    На схеме гидроэлектростанции вода, стекающая по напорному штоку, имеет кинетическую энергию. Эта кинетическая энергия используется для вращения турбины, соединенной с электрическим генератором. Вода, хранящаяся за плотиной, имеет потенциальную энергию или запасенную энергию. Обратите внимание, что сила тяжести, действующая на воду, в каждом случае обеспечивает энергию.

    Сила

    Когда к объекту прикладывается энергия, мы думаем об этом как о силе .Некоторые силы требуют контакта между двумя объектами, а другие действуют на расстоянии. Силы, которые требуют контакта , включают толкание, тянущее усилие (натяжение) и трение. Силы, которые действуют без прямого контакта между объектами, включают гравитацию, магнетизм и электрическую силу. Стандартная единица силы названа в честь сэра Исаака Ньютона, отца физики. Один Ньютон (1 Н) = количество силы для ускорения 1 кг массы на один метр в секунду 2 . Или 1 Н = (1 кг х 1 м) / с 2 .

    Аппарат Джоуля для демонстрации эквивалентности работы и тепла

    Provenance: Изображение из нового ежемесячного журнала Harper’s, № 231, август 1869 г. Доступно по: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Joule%27s_Apparatus_(Harper%27s_Scan).png
    Повторное использование: Этот элемент является общественным достоянием и может быть использован повторно без ограничений.

    Работа

    Мы используем энергию для работы. Самый простой способ думать о работе — это перемещать объект.Когда к объекту прикладывается сила (масса, умноженная на ускорение), которая заставляет этот объект перемещаться, пройденное расстояние — это уже выполненная работа. Но мы используем энергию для выполнения большего количества работ, чем перемещение мебели или автомобилей. Работа также выполняется, когда мы используем солнечный свет или природный газ для обогрева наших домов, когда мы используем электричество для освещения наших комнат или когда мы используем бутерброд с арахисовым маслом и желе для питания клеток нашего мозга.

    Поскольку энергия бывает разных форм, неудивительно, что существуют разные способы ее измерения.Трудно отслеживать все различные единицы энергии. Посмотрите на таблицу ниже, чтобы увидеть некоторые единицы и отношение к джоулям, который является золотым стандартом измерения энергии. Он назван в честь Джеймса Джоуля, пивовара 19-го века, который показал эквивалентность механической работы и тепла. Один джоуль примерно равен количеству энергии, необходимому для поднятия 100-граммового яблока на 1 метр (3,3 фута).

    Изображенный аппарат был использован Джеймсом Джоулем для демонстрации эквивалентности механической работы и тепла.Он рассчитал работу, выполняемую силой тяжести на гирю. Эта тяга повернула лопаточные колеса, которые смешали воду в изолированном контейнере. Вода нагревается при перемешивании, показывая, что тепло = работа.

    Паровая машина Ватта

    Происхождение: Викикоммоны: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:SteamEngine_Boulton%26Watt_1784.png
    Повторное использование: Этот элемент находится в общественном достоянии и может использоваться повторно без ограничений.

    Мощность

    Мощность — это мера того, сколько энергии используется за определенный период времени. Для этого мы можем использовать ватт. Джеймс Ватт был пионером в понимании физики энергии и разработал один из первых успешных паровых двигателей. Он одолжил нам свою фамилию для этого подразделения.

    Это изображение паровой машины, разработанной совместно Джеймсом Ваттом для откачки воды из затопленных угольных шахт в Англии.

    Ватт — это один джоуль энергии, затрачиваемый за секунду. Таким образом, ватт включает в себя как затраченную энергию, так и время, в течение которого она была затрачена.По аналогии, вы можете получить один галлон воды из капающего крана за час или из открытого крана за 15 секунд. В конце концов, вы все равно получите галлон воды, но во втором случае вода течет в ведро намного быстрее. Так что аспект времени важен. Мы используем термин мощность для обозначения количества энергии и скорости ее доставки. Джоуль — это показатель энергии, а ватт — показатель мощности.

    Насколько велик ватт мощности? Подбрасывание 100 г яблока вверх на 1 м (3.3 фута) потребляет 1 ватт мощности. Ноутбук, который вы, возможно, используете для чтения, потребляет около 5 & acirc; & # 128; & # 147; 50 ватт, в зависимости от того, работает ли у вас в фоновом режиме музыка или работают другие приложения. Старомодная лампа накаливания мощностью 100 Вт потребляет 1 киловатт-час электроэнергии, если оставить ее включенной на 10 часов. Киловатт — это 1000 ватт, сокращенно кВт. 10 часов x 100 Вт = 1000 кВтч. Обратите внимание на разницу между кВт и кВтч. КВт — это мера мощности, а кВтч — мера того, сколько энергии было использовано в целом.

    Яблоко, падающее на метр, делает это с мощностью 1 ватт.

    Происхождение: Эван-Амос, автор изображения
    Повторное использование: Лицо, связавшее произведение с этим документом, посвятило произведение общественному достоянию, отказавшись от всех своих прав на произведение во всем мире в соответствии с законом об авторском праве, включая все смежные и смежные права в пределах, разрешенных законом. Вы можете копировать, изменять, распространять и выполнять работу даже в коммерческих целях, не спрашивая разрешения

    Вы не уверены в киловатт-часах и киловатт-часах? Это уловка.Помните, что ватт — это джоуль / сек. Значит, в ватт или киловатт уже заложено время. Это энергия / время. Это мощность, скорость использования энергии. Но мощность не сообщает вам, сколько энергии было использовано за определенный период времени. Чтобы получить это, вам нужно умножить мощность на время. Затем единицы времени должны быть зачеркнуты. Увы, принято оставлять час на месте — глупо, но так это делается. 1 кВтч = 1 кВт x 1 час.

    Вот пример. В моем доме есть фотоэлектрическая система (солнечная электроэнергия), которая в идеальных условиях приятного солнечного прохладного дня рассчитана на выработку 4 кВт.За 4 часа это составит:

    4 кВт x 4 часа = 16 кВт · ч электроэнергии. В частично пасмурный день система может работать на половинной мощности или на 2 кВт выходной мощности. При такой скорости мне потребуется 8 часов, чтобы выработать те же 16 кВт · ч, что я сделал в солнечный день; 2кВт x 8 часов = 16 кВтч.

    В состоянии покоя типичный человек использует энергию 80 Вт для обеспечения жизненных функций организма (так называемый метаболизм в состоянии покоя). Взрослый мужчина может съедать около 2000 килокалорий в день. Одна ккал = 1,163 Втч. Таким образом, диета на 2000 ккал обеспечит 2326 Втч или 2 Втч.326 кВтч. Если бы человек просто пролежал в постели 24 часа, он бы сжег 80 Вт x 24 часа = 1920 Вт · ч или 1 920 кВт · ч. Если этот парень останется в постели и продолжит так есть, он в конечном итоге потребляет 2,326 кВтч & acirc; & # 128; & # 147; 1,920 кВтч = 0,406 кВтч больше, чем он использует, и это будет храниться в виде жира. Фунт жира равен примерно 3500 ккал (4 070,5 кВтч). Так что через десять дней он может прибавить еще фунт. Активная поездка на велосипеде использует энергию в размере 200 Вт. Поэтому ему следует подумать о двухчасовой поездке на велосипеде, чтобы оставаться в форме (0.2 кВт для езды на велосипеде x 2 часа = 4,0 кВтч).

    Сводка силы, работы и мощности

    Сила = Энергия, приложенная к объекту (измеряется в ньютонах).

    Работа = Сила X Расстояние или количество переданного тепла (Измеряется в Джоулях или калориях) .

    Мощность = работа / время (измеряется в ваттах, с)

    Различные блоки энергии

    1 калория (термохимическая) = 4.184 Дж

    1 британская тепловая единица = 251,9958 калорий

    1 БТЕ (термохимический) = 1054,35 Дж

    1 киловатт-час (кВтч) = 3,6 x 106 Дж

    1 киловатт-час (кВтч) = 3412 британских тепловых единиц (IT)

    1 терм = 100 000 британских тепловых единиц

    1 электрон-вольт = 1,6022 x 10-19 Дж

    Электричество и магнетизм

    Изолированные провода

    Происхождение: Chatama размещено на Викискладе https://commons.wikimedia.org/wiki/File:600V_CV_5.5sqmm.jpg
    Повторное использование: Этот файл находится под лицензией Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Непортированная лицензия. Вы можете: делиться — копировать, распространять и передавать произведение для ремикса — адаптировать произведение При следующих условиях: приписывание — вы должны указывать произведение способом, указанным автором или лицензиаром (но ни в коем случае, чтобы предполагает, что они одобряют вас или ваше использование произведения). совместно использовать — если вы изменяете, трансформируете или расширяете эту работу, вы можете распространять полученную работу только по той же или аналогичной лицензии, что и эта.

    Теперь, когда у вас есть хорошее представление об энергии, работе и мощности, пора зарядиться и изучить электричество! Древние имели смутное представление об электричестве из-за своего жизненного опыта.Рыбаки, ловившие разного рода «электрическую рыбу», при обращении с ней подвергались шоку. Другие чувствовали воздействие статического электричества от своей шерстяной одежды. Египтяне видели связь между электрической рыбой и молнией. Но только около 1600 года начались серьезные научные исследования электричества. Усилиями многих исследователей к концу 19 века было разработано хорошее представление об электричестве и о том, как его использовать.

    Напомним, что вся материя состоит из атомов.А атомы состоят из нескольких основных частиц: электронов с отрицательным зарядом, протонов с положительным зарядом и нейтронов без заряда. Электричество можно представить как поток электронов через проводник, подобный медному проводу. На самом деле это не поток электронов, а импульс, который проходит по проводу.

    Хорошие проводники, как и металлы, легко пропускают электричество. У них есть электроны на внешних орбиталях, с которыми легко вступить в контакт. Плохие проводники называются изоляторами, и они не пропускают беспрепятственный ток электричества.Даже самые лучшие проводники оказывают некоторое сопротивление току электричества. Такое сопротивление измеряется в единицах, называемых Ом. Стекло — хороший изолятор и, следовательно, плохой проводник.

    Третий класс соединений — полупроводники. Они реагируют на изменение условий, чтобы включить или выключить подачу электричества. Полупроводники часто содержат смесь кремния и металлов. Пластины из этих полупроводников лежат в основе «микросхем» компьютера, а также являются основой для светодиодных ламп и фотоэлектрических (солнечных) элементов.

    Фотоэлектрические панели изготовлены из полупроводников.

    Происхождение: Фото Б. Кукера
    Повторное использование: бесплатно для повторного использования

    Панели фотоэлементов, используемых для производства электричества из солнечного света, сделаны из полупроводников.

    Для подачи электричества должна быть замкнутая цепь. Электроны должны начинать с состояния с высокой энергией и заканчиваться в состоянии с низкой энергией. Ниже представлена ​​схема простой схемы. Обратите внимание, что электричество проходит от высокоэнергетического конца батареи через лампу, а затем обратно к низкоэнергетическому концу батареи.Когда выключатель разомкнут, подача электричества прекращается.

    Об электричестве просто думать как об электроне (или импульсе размером с электрон), протекающем по проводнику. Но на практике один электрон слишком мал и несет слишком мало энергии, чтобы выполнять какую-либо реальную работу. Тем не менее, стекающие вместе группы электронов могут вызвать большой толчок! Кулон равен 6,24 × 10 18 электронов. А усилитель — это поток в один кулон в секунду через проводник. Таким образом, усилители измеряют скорость потока электричества.Мы называем поток электричества током.

    Не все электричество течет с одинаковой силой. Чтобы понять это, подумайте о давлении или силе воды, выходящей из трубы. Если труба прикреплена к резервуару наверху высокого здания, вода будет иметь гораздо большее давление, чем если бы резервуар был на 30 см выше трубы. То же самое и с электричеством. «Давление» электричества — это электрический потенциал. Электрический потенциал — это количество энергии, доступное для проталкивания каждой единицы заряда через электрическую цепь.Единицей измерения электрического потенциала является вольт. Вольт равен джоуля на кулон. Таким образом, если автомобильный аккумулятор имеет электрический потенциал 12 вольт, он может обеспечить 12 джоулей энергии на каждый кулон заряда, который он подает на стартер. Точно так же, если розетка в вашем доме имеет электрический потенциал 120 вольт, то она может обеспечить 120 джоулей энергии на каждый кулон заряда, который доставляется к устройству, подключенному к стене. (Примечание: величина «электрический потенциал» иногда называется несколькими разными именами, включая напряжение, разность потенциалов и электродвижущую силу.Для ясности мы всегда будем ссылаться на электрический потенциал, который измеряется в вольтах). Электроны высокого напряжения возвращаются в «основное состояние» с большей энергией, чем электроны низкого напряжения.

    A вольт — это сила, необходимая для перемещения одного ампер через проводник с сопротивлением 1 Ом .

    Вы думаете: «Кажется, существует связь между усилителями, вольтами и омами» & acirc; & # 128; & # 148; и ты прав! Электрический потенциал = ток x сопротивление.Это закон Ома, который обычно записывается как: E = I x R . E — электрический потенциал, измеренный в вольтах, I — ток, измеренный в амперах, а R — сопротивление, измеренное в омах.

    Электроны, проходящие через сопротивление проволоки, совершают работу. Действительно полезны два вида работы, выполняемой током. Если в проводе имеется большое сопротивление, большая часть работы будет выполняться в виде тепла. Подумайте об электрическом тостере, феном или обогревателе.

    Второй действительно важный вид работы, выполняемой током, протекающим через провод, — это создание магнитного поля.Надеюсь, в детстве вы играли с постоянными магнитами. Вы знаете, что у магнитов два полюса: один называется северным, а другой — южным. Это название связано с использованием магнитов в компасах для определения направления. Вы знаете, что одинаковые концы магнитов отталкиваются друг от друга, а противоположные концы притягиваются. Теперь, когда электрический ток течет через провод, он становится похож на магнит в том смысле, что у него есть магнитное поле. Однако, в отличие от постоянных магнитов, магнитное поле можно отключить, остановив ток.Это свойство лежит в основе работы электродвигателей. Ток, проходящий через обмотки проводов в электродвигателе, вызывает включение магнетизма. Затем это заставляет двигатели вращаться, притягиваясь и толкаясь притяжением и отталкиванием электромагнитов.

    Работа, совершаемая током с течением времени, называется мощностью. Мощность измеряется в ваттах. Но вы это уже знаете! Напомним, что выше вы узнали, что обычный человек в состоянии покоя сжигает 80 Вт.

    На электричество;

    1 Ватт = 1 А x 1 Вольт.

    Уравнение можно изменить для расчета производимого тока;

    1 ампер = 1 Вт / 1 объем т.

    Подведем итоги.

    Ампер измеряет количество электричества, протекающего с течением времени (ток).

    Ом измерьте сопротивление потоку.

    Вольт измеряет количество энергии, доступной для проталкивания каждого заряда блока.

    Ватт — это мера мощности или работы, которая выполняется с течением времени.

    Вы знаете, что закон Ома устанавливает связь между E, I и R. Но сколько работы уже сделано? Это выражается как Сила. Мощность = Электрический потенциал x Ток, или P = E x I. Эта формула указывает на то, что мощность зависит как от количества поставляемой электроэнергии, так и от силы, стоящей за ней. Например, небольшая солнечная панель может выдавать 18 вольт и 2 ампера. Его мощность составит 18 вольт x 2 ампера = 36 ватт. Теперь можно построить еще одну солнечную панель для выработки 9 вольт и 4 ампер.Его мощность составит 9 вольт x 4 ампера = 36 ватт. Так же, как и другой!

    Цепи

    Простая схема

    Происхождение: Бенджамин Кукер, Университет Хэмптона
    Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете использовать это повторно элемент для некоммерческих целей, если вы указываете авторство и предлагаете производные работы по аналогичной лицензии.

    Пересмотр простой схемы

    Происхождение: Бенджамин Кукер, Университет Хэмптона
    Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете использовать это повторно элемент для некоммерческих целей, если вы указываете авторство и предлагаете производные работы по аналогичной лицензии.

    Оборудование, производящее и использующее электричество, подключено в электрическую цепь.Оборудование может быть установлено как последовательно, так и параллельно. Посмотрите на схемы ниже, чтобы увидеть последствия использования последовательной и параллельной схем. Для фотоэлементов (PV) каждая ячейка может производить только около 0,6 вольт. Поскольку для большинства приложений требуется более высокое напряжение, фотоэлементы должны быть подключены последовательно для получения желаемых результатов.

    Последовательная схема

    Происхождение: Бенджамин Кукер, Университет Хэмптона
    Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http: // creativecommons.org / licenses / by-nc-sa / 3.0 / Вы можете повторно использовать этот элемент в некоммерческих целях при условии указания авторства и предложения любых производных работ по аналогичной лицензии.

    Параллельная схема

    Происхождение: Бенджамин Кукер, Университет Хэмптона
    Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете использовать это повторно элемент для некоммерческих целей, если вы указываете авторство и предлагаете производные работы по аналогичной лицензии.

    Электродвигатели и генераторы

    Магнитное поле вокруг провода, по которому течет ток

    Происхождение: Бенджамин Кукер, Университет Хэмптона
    Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете использовать это повторно элемент для некоммерческих целей, если вы указываете авторство и предлагаете производные работы по аналогичной лицензии.

    Напомним, что часть работы, совершаемой электричеством, происходит, когда оно проходит через провод для создания магнитного поля.Ганс Кристиан Эрстед обнаружил это в 1820 году. Годом позже Майкл Фарадей показал, что магнитное поле вокруг провода можно использовать для создания электромагнитов, которые могут быть хитроумно скомпонованы для создания электродвигателя.
    Электромагнит

    Происхождение: Оригинальное фото Джины Клиффорд: https://www.flickr.com/photos/cobalt_grrl/2256696466
    Повторное использование: Attribution-ShareAlike 2.0 Generic (CC BY-SA 2.0) Бесплатно: Совместное использование — копирование и распространение материал на любом носителе или в любом формате. Адаптировать — ремикшировать, преобразовывать и дополнять материал для любых целей, даже для коммерческих целей.

    Обратите внимание на изображение электромагнита, полученное путем наматывания изолированного провода на железный гвоздь. Железный гвоздь концентрирует магнитное поле, создаваемое током в изолированном проводе. Изоляция предотвращает короткое замыкание цепи железным гвоздем.

    На схемах ниже показано, как работает электродвигатель. Обратите внимание, что при каждом половинном обороте контакты в коммутаторе меняют направление тока, чтобы двигатель вращался в том же направлении.

    Простой электродвигатель

    Происхождение: Изображения созданы или предоставлены для объяснения этого материала.com защищены авторским правом © Chris Woodford (Объясните, что stuff.com) и опубликованы под этой лицензией Creative Commons. http://www.explainthatstuff.com/electricmotors.html
    Повторное использование: Per Creative Commons License: Share — копирование и распространение материала на любом носителе или формате. Адаптация — ремикс, преобразование и создание материала

    . Простой электродвигатель

    Происхождение: Создано Авинашем Синха как оригинальный DIY-файл по лицензии Creative Commons на следующем веб-сайте: http: // www.Instructables.com/file/FW079IPGGC2UDG3/
    Повторное использование: В соответствии с лицензией CC разрешено следующее: Совместное использование — копирование и распространение материала на любом носителе или любом формате. Адаптация — ремикс, преобразование и создание материала

    .
    Генератор постоянного тока

    Происхождение: Изображение с www.alternative-energy-tutorials.com, используется с разрешения
    Повторное использование: Все учебные пособия и материалы, опубликованные и представленные на веб-сайте учебных пособий по альтернативным источникам энергии, включая текст, графику и изображения, являются собственностью авторских прав или аналогичных права Учебников по альтернативной энергии, представляющих www.Alternative-energy-tutorials.com, если прямо не указано иное. Согласно веб-мастеру AET: Как вы любезно спросили, я не возражаю против того, чтобы вы использовали это изображение как часть своего веб-курса по энергетике бесплатно. Однако я должен попросить вас правильно ссылаться на мои учебные пособия, изображения и сайт: www.alternative-energy-tutorials.com соответственно в своих презентациях.

    Майкл Фарадей не усовершенствовал электродвигатель, но он обнаружил важное свойство электромагнетизма, которое привело к другому великому изобретению — электрическому генератору.Фарадей открыл в 1831 году принцип магнитной индукции. Он обнаружил, что, проводя магнит по проводу, он вызывает электрический ток в замкнутой цепи. Это привело к разработке электрических генераторов. Первые успешные коммерческие разработки появились примерно в 1860 году. Электрогенератор — это, по сути, электродвигатель, который вращается под действием некоторой внешней силы и в ответ производит индуцированный ток. Гибридные электромобили, такие как Toyota Prius, делают именно это. Электродвигатель питается от аккумулятора при нажатии педали акселератора.Когда педаль отпускается, инерция автомобиля действует через вращающиеся колеса, вращая двигатель, заставляя двигатель работать в качестве генератора, создавая электричество для подзарядки аккумулятора.

    Электричество переменного и постоянного тока

    Генератор переменного тока

    Происхождение: Автор: Федеральное управление гражданской авиации http://www.faa.gov/regulations_policies/handbooks_manuals/aircraft/amt_handbook/media/FAA-8083-30_Ch20.pdf
    Повторное использование: Это изображение или файл является произведением Сотрудник Федерального управления гражданской авиации, взятый на работу или взятый на работу в рамках служебных обязанностей этого человека.Это произведение федерального правительства США, изображение находится в общественном достоянии Соединенных Штатов.

    До сих пор мы рассматривали только один вид электричества — постоянный ток (DC). Это то, что производят батареи, солнечные панели и генераторы постоянного тока. Для электричества постоянного тока ток всегда течет в одном и том же направлении. Другой вид электричества — это переменный ток (AC). Как видно из названия, ток переключает направление в проводе с регулярным циклом. Электроэнергия переменного тока — это то, что приходит в наши дома через электросеть.Производится генераторами переменного тока. Генератор переменного тока устроен иначе, чем генератор постоянного тока. Помните, что в генераторе постоянного тока или двигателе есть коммутатор или выпрямитель, который переключает направление тока в катушках якоря (той части, которая вращается). В генераторе переменного тока вместо реверсивного коммутатора используются контактные кольца. Таким образом, с каждой половиной оборота генератора индуцированный ток меняет направление.

    Выходной сигнал генератора переменного тока генерирует синусоидальную волну при скачках напряжения в цепи взад и вперед.Реверсирование тока происходит быстро. В Соединенных Штатах стандарт для электросети составляет 60 Гц (переключение вперед и назад 60 раз в секунду).

    Синусоидальная волна от генератора переменного тока

    Provenance: Booyabazooka в английской Википедии
    Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете использовать этот элемент повторно в некоммерческих целях при условии указания авторства и предложения любых производных работ по аналогичной лицензии.

    На диаграмме справа показана синусоида, создаваемая генератором переменного тока. При напряжении выше 0 вольт электричество течет в одном направлении, а при напряжении ниже 0 вольт — в другом. Ось Y — напряжение, а ось X — время.

    Короткое видео о разнице между генераторами и двигателями постоянного и переменного тока

    Преимущество использования переменного тока состоит в том, что можно легко повышать или понижать напряжение в различных частях сети системы доставки. Это делают трансформаторы. Трансформатор состоит из двух расположенных бок о бок катушек, большой и малой.Обе катушки имеют общий железный сердечник. Переменный ток, проходящий через небольшую первичную катушку, за счет магнитной индукции создает ток более высокого напряжения в большей вторичной катушке. И обратное также верно: если первичная обмотка больше, вторичная обмотка меньшего размера будет иметь более низкое выходное напряжение.

    Трансформатор, используемый для увеличения переменного напряжения

    Происхождение: BillC в англоязычной Википедии
    Повторное использование: Выпущено под лицензией GNU Free Documentation License.

    Зачем вообще увеличивать и уменьшать напряжение? Помните, что V = I x R. Передача электричества на большие расстояния приводит к потере энергии на тепло из-за сопротивления проводов. Чтобы предотвратить это, напряжение увеличивается, что требует меньшего тока и меньших тепловых потерь. Когда вы подойдете к вашему дому, напряжение снова упадет. По высоковольтным линиям электропередачи может подаваться электроэнергия 765 кВ (то есть 765 000 вольт!). То, что получается от розетки, составляет 120 вольт.

    Переключение между переменным и постоянным током

    Инвертор для переключения с постоянного на переменный ток

    Происхождение: Фотография сделана Б.Cuker
    Повторное использование: Без копирования, можно использовать для любых целей.

    Поскольку мы используем электричество как переменного, так и постоянного тока, важно уметь преобразовывать одно в другое. Эту работу выполняет устройство, называемое инвертором мощности. Многие бытовые приборы работают от сети переменного тока. Холодильники, кондиционеры, лампы накаливания и люминесцентные лампы, пылесосы, фены и стиральные машины — все напрямую используют кондиционер. Электроника, такая как компьютеры, телевизоры и сотовые телефоны, требует постоянного тока.В устройствах обычно инвертор встроен в шнур питания переменного тока. По проводу, идущему от инвертора, проходит постоянный ток, необходимый устройству. Инверторы

    также могут использоваться для преобразования постоянного тока в переменный. Такие устройства позволяют использовать 12 В постоянного тока автомобиля для питания портативного компьютера. Дома, которые используют фотоэлектрические панели для использования солнечной энергии для производства электроэнергии, также должны преобразовывать свою выработку в соответствии с переменным током, если системы подключены к электросети.

    Оба типа инверторов используют электронные схемы для перехода на электричество.Теория их действия выходит за рамки этого основного устройства. Но вы должны знать, что силовые инверторы подчиняются второму закону термодинамики. Таким образом, в процессе преобразования энергия теряется на тепло. Но современные инверторы могут достигать КПД 95%.

    Показан силовой инвертор, который преобразует постоянный ток солнечных панелей в переменный ток для фотоэлектрической системы, подключенной к сети.

    Хранение и производство электроэнергии с помощью батарей

    Схема свинцово-кислотной батареи

    Provenance: Ohiostandard в английской Википедии — перенесено с en.wikipedia в Commons от Burpelson AFB с использованием CommonsHelper.
    Повторное использование: Разрешено копировать, распространять и / или изменять этот документ в соответствии с условиями лицензии GNU Free Documentation License версии 1.2 или любой более поздней версии, опубликованной Free Software Foundation; без неизменяемых разделов, без текстов на лицевой обложке и без текстов на задней обложке. Копия лицензии включена в раздел под названием GNU Free Documentation License.

    Батареи преобразуют потенциальную энергию химических веществ в кинетическую энергию электричества.Бенджамин Франклин ввел термин «батарея» для описания стопки стеклянных пластин с металлическим покрытием, которые он использовал для хранения энергии. Но то, что у него было, сегодня мы назвали бы конденсаторами. Батареи работают за счет соединения двух химических материалов, которые имеют разное сродство к электронам. Материалы анода предпочитают терять электроны, а материалы катода — получать их. Электроды батареи погружены в раствор, содержащий положительно и отрицательно заряженные ионы, называемый электролитом. При включении в цепь электроны текут от анода к катоду.В то же время отрицательно заряженные ионы в электролите перемещаются от катода к аноду для поддержания нейтральности заряда и, таким образом, замыкают электрическую цепь.

    В перезаряжаемой батарее реакции на аноде и катоде можно обратить вспять, используя электрическую энергию для подачи тока, который толкает электроны в противоположном направлении — от катода к аноду. Это восстанавливает исходное состояние двух электродов. Ваш портативный компьютер, мобильный телефон и автомобильный аккумулятор — все это примеры аккумуляторных батарей.В современных батареях используются комбинации различных типов металлов и соединений оксидов металлов, образованные из таких элементов, как углерод, кадмий, кобальт, литий, марганец, никель, свинец и цинк для повышения производительности.

    Батарея из лимона

    Происхождение: Тереза ​​Нотт из Викимедиа: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lemon_battery.png
    Повторное использование: Этот файл находится под лицензией Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.Вы можете: делиться — копировать, распространять и передавать произведение для ремикса — адаптировать произведение При следующих условиях: приписывание — вы должны указывать произведение способом, указанным автором или лицензиаром (но ни в коем случае, чтобы предполагает, что они одобряют вас или ваше использование произведения). совместно использовать — если вы изменяете, трансформируете или расширяете эту работу, вы можете распространять полученную работу только по той же или аналогичной лицензии, что и эта.

    Простая батарея, использующая кислотные фрукты и два разных металла (бронза и стальные сплавы).

    Exercises Exercises для модуля 1 (Microsoft Word 2007 (.docx) 17kB Jul12 17)

    1. Создайте цепь, используя две последовательно соединенные батареи и лампочку. Используйте цифровой мультиметр (DMM) для измерения электрического потенциала в вольтах между положительной и отрицательной клеммами в цепи. Теперь добавьте в цепь вторую лампочку последовательно с первой. Какова яркость каждой лампочки по сравнению с яркостью, когда в цепи была только одна лампочка? С помощью вольтметра измерьте напряжение между положительной клеммой аккумулятора и проводом сразу после первой лампочки, а затем сразу после второй лампочки.Запишите результаты. Теперь создайте цепь с двумя параллельными лампочками. Запишите яркость и напряжение на каждой лампочке.

    Объясните свои результаты.

    Простая схема с одной лампочкой

    Цепь с двумя последовательно включенными лампочками

    Цепь с двумя параллельно включенными лампами

    2.Создайте пять магнитов для выборщиков, каждый с проволокой разной длины, обернутой вокруг железных гвоздей: 10 см, 20 см, 30 см, 40 см и 50 см. В каждом случае на каждом конце провода должно быть по 10 см, чтобы его можно было подключить к батарее. Таким образом, катушка «10 см» будет фактически сделана из проволоки длиной 30 см и так далее. Подключите каждый магнит к батарее и прикрепите как можно больше канцелярских скрепок к магнитной цепочке с кончика ногтя. Запишите максимальное количество скрепок в каждом случае. Затем нарисуйте график зависимости максимального количества удерживаемых скрепок от длины провода, из которого сделаны обмотки.Объясните, почему график выглядит именно так.

    3. Соберите простой двигатель из предоставленного комплекта. Обязательно обратите внимание на инструкции по удалению изоляции на противоположных сторонах провода, который контактирует с зажимами аккумулятора.Как только вы заставите свой мотор вращаться, проведите следующие эксперименты.

    а. Обратите внимание на направление вращения двигателя. Можете ли вы заставить его пойти в обратном направлении? Объяснять.

    г. Теперь снимите магнит и переверните. Затем перезапустите мотор. Поворачивает ли он в том же направлении, что и раньше? Почему?

    г. Теперь переверните аккумулятор и перезапустите двигатель. Направление вращения осталось прежним? Объяснить, почему.

    г. Подумайте об электродвигателе как о системе.Определите источник энергии и судьбу этой энергии во вращающейся двигательной системе. В своем ответе используйте следующие термины: электрохимическая энергия, кинетическая энергия (энергия движения) и тепло. Нарисуйте созданную вами схему для запуска электродвигателя. Наденьте шляпу системного мышления.

    • Определите каждый компонент системы.
    • Отследите поток энергии через систему. Обязательно покажите, где он переходит от электрического тока к магнитной энергии, кинетической энергии и теплу.
    • Сделайте снимок вашей диаграммы и включите его в свой отчет.

    Является ли электродвигатель закрытой системой (вся энергия остается в системе) или это открытая система (некоторый обмен энергией с окружающей средой)?

    4. Из кусочка цитрусовых сделайте батарею. Положите медный пенни с одной стороны фрукта и стальную скрепку с другой стороны. Измерьте напряжение с помощью цифрового мультиметра. Запишите результат: ______.

    Теперь попробуйте использовать фруктовый аккумулятор, чтобы зажечь светодиодную лампочку.Это работает? Объясните, что создает электричество.

    Список литературы

    Электромагниты и закон Фарадея

    Электродвигатель и генератор

    Асинхронный двигатель переменного тока

    Трансформаторы

    Преобразователи переменного / постоянного тока

    Как работают батареи

    Яркость лампы

    Падение напряжения (В)

    Первая лампочка

    Вторая лампа

    Яркость лампы

    Падение напряжения (В)

    Первая лампочка

    Вторая лампа

    Яркость лампы

    Падение напряжения (В)

    Длина провода в бухте (см)

    10

    20

    30

    40

    50

    Макс. нет. скрепок

    .

    Вам может понравится

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *