Струја, напон, снага: основне карактеристике електричне енергије

Електрицитет је од давнина користио човек да задовољи своје потребе, али је невидљив, не опажа се чулима, па га је тешко разумети. Да би се поједноставило објашњење електричних процеса, они се често упоређују са хидрауличким карактеристикама флуида који се креће.

На пример, она долази у наш стан жицом Електрична енергија из даљинских генератора и воде из чесме из пумпе под притиском. Међутим, прекидач гаси светла, а затворена славина за воду спречава да вода исцури из славине. Да бисте обавили посао, потребно је да укључите прекидач и отворите славину.

Усмерени ток слободних електрона кроз жице ће јурити до жарне нити сијалице (тећи ће електрична струја) која ће емитовати светлост. Вода која излази из славине ће се одвести у судопер.

Ова аналогија такође омогућава разумевање квантитативних карактеристика, повезивање јачине струје са брзином кретања течности и процена других параметара.

Напон мреже се упоређује са енергетским потенцијалом извора течности. На пример, повећање хидрауличког притиска из пумпе у цеви ће створити велику брзину кретања течности, а повећање напона (или разлика између потенцијала фазе - улазне жице и радне нуле - излаза) ће повећати ужареност сијалице, јачину њеног зрачења.

Отпор електричног кола се упоређује са кочионом силом хидрауличког тока. На брзину протока утичу:

• вискозитет течности;

• зачепљења и промене попречног пресека канала. (У случају славине за воду, положај контролног вентила.)

На вредност електричног отпора утиче неколико фактора:

• структуру супстанце која одређује присуство слободних електрона у проводнику и утиче отпор; 

• површина попречног пресека и дужина струјног проводника;

• температура.

Електрична снага се такође пореди са енергетским потенцијалом струјања у хидраулици и процењује се из урађеног рада у јединици времена. Снага електричног уређаја изражава се повученом струјом и примењеним напоном (за наизменична и једносмерна кола).

Све ове карактеристике електрицитета проучавали су познати научници који су дали дефиниције струје, напона, снаге, отпора и математичким методама описали међусобне односе између њих.

Следећа табела приказује опште односе за АЦ и ДЦ кола која се могу користити за анализу перформанси специфичних кола.

Погледајмо неке примере њихове употребе.

Пример #1. Како израчунати отпор и снагу

Претпоставимо да желите да изаберете струјни лимитер за напајање круга осветљења. Познат нам је напон напајања у мрежи «У», једнак 24 волти и потрошња струје «И» од 0,5 ампера, која се не сме прекорачити. Према изразу (9) Омовог закона израчунавамо отпор «Р». Р = 24 / 0,5 = 48 ома.

На први поглед се одређује вредност отпорника. Међутим, ово није довољно. За поуздан рад сема потребно је израчунати снагу према тренутној потрошњи.

Према деловању Јоуле-Ленз закона, активна снага «П» је директно пропорционална струји «И» која пролази кроз жицу и примењеном напону «У».Овај однос је описан формулом (11) у табели. испод.

Рачунамо: П = 24×0,5 = 12 В.

Исту вредност добијамо ако користимо формуле (10) или (12).

Израчунавање снаге отпорника према његовој потрошњи струје показује да је у одабраном колу потребно користити отпор од 48 ома и 12 В. Отпорник мање снаге неће издржати примењена оптерећења, загреваће се и изгорети. са струјом времена.

Овај пример показује зависност како струја оптерећења и напон мреже утичу на снагу корисника.

Пример #2. Како израчунати струју

За групу утичница намењених за напајање кућних електричних апарата у кухињи, потребно је одабрати заштитни прекидач. Снага уређаја према подацима из пасоша је 2,0, 1,5 и 0,6 кВ.

Одговор. Стан користи једнофазну мрежу наизменичне струје од 220 волти. Укупна снага свих уређаја повезаних на рад у исто време биће 2,0 + 1,5 + 0,6 = 4,1 кВ = 4100 В.

Користећи формулу (2) одређујемо укупну струју групе потрошача: 4100/220 = 18,64 А.

Најближи номинални прекидач има брзину окидања од 20 ампера. Ми бирамо. Машина са нижом вредношћу од 16 А ће се трајно искључити од преоптерећења.

Разлике у параметрима електричних кола у наизменичној струји

Једнофазне мреже

Приликом анализе параметара електричних уређаја потребно је узети у обзир посебности њиховог рада у круговима наизменичне струје, када се услед утицаја индустријске фреквенције у кондензаторима појављују капацитивна оптерећења (померају вектор струје за 90). степени испред вектора напона), а у намотајима завојнице — индуктивна (струја је 90 степени иза напона). У електротехници се зову реактивна оптерећења... Заједно стварају губитке реактивне снаге «К» који не обављају никакав користан рад.

Код активних оптерећења нема фазног помака између струје и напона.

На овај начин се активној вредности снаге електричног апарата у колима наизменичне струје додаје реактивна компонента, због чега се повећава укупна снага која се обично назива пуном и означава индексом «С».

Наизменична синусна струја у једнофазној мрежи

Електрична струја и напон фреквенције варирају са временом на синусоидан начин. Сходно томе, долази до промене власти. Одређивање њихових параметара у различитим временским моментима нема много смисла. Дакле, укупне (интегришуће) вредности се бирају за одређени временски период, по правилу, период осциловања Т.

Познавање разлика између параметара кола наизменичне и једносмерне струје омогућава вам да правилно израчунате снагу кроз струју и напон у сваком конкретном случају.

Трофазне мреже

У основи, они се састоје од три идентична једнофазна кола, померена у односу један према другом на комплексној равни за 120 степени. Они се мало разликују у оптерећењима у свакој фази, померајући струју од напона за угао пхи. Због ове неравномерности у неутралном проводнику се ствара струја И0.

Наизменична синусна струја у трофазној мрежи

Напон у овом систему се састоји од фазних напона (220 В) и линијских напона (380 В).

Снага трофазног струјног уређаја прикљученог на коло је збир компоненти у свакој фази. Мери се помоћу посебних уређаја: ватметара (активна компонента) и варметара (реактивна). Могуће је израчунати укупну потрошњу енергије трофазне струје на основу мерења ватметра и варметра користећи формулу троугла.

Постоји и индиректна метода мерења заснована на употреби волтметра и амперметра са накнадним прорачунима добијених вредности.

Такође можете израчунати укупну потрошњу струје, знајући величину привидне снаге С. Да бисте то урадили, довољно је поделити је са вредношћу линијског напона.