แหล่งจ่ายไฟกระแสตรง

คำจำกัดความและสูตร

พลังงาน คืองานที่ทำต่อหน่วยเวลา กำลังไฟฟ้าเท่ากับผลคูณของกระแสและแรงดัน: P = U ∙ I สูตรกำลังอื่นๆ สามารถหาได้จากที่นี่:

P = r ∙ I ∙ I = r ∙ I ^ 2;

P = U ∙ U / r = U ^ 2 / r

เราได้หน่วยการวัดพลังงานโดยการแทนที่หน่วยการวัดแรงดันและกระแสในสูตร:

[P] = 1 B ∙ 1 A = 1 BA

หน่วยวัดกำลังไฟฟ้าเท่ากับ 1 VA เรียกว่า วัตต์ (W) ชื่อ volt-ampere (VA) ใช้ในวิศวกรรมไฟฟ้ากระแสสลับ แต่ใช้เพื่อวัดพลังงานปรากฏและพลังงานปฏิกิริยาเท่านั้น

หน่วยวัดกำลังทางไฟฟ้าและทางกลเชื่อมต่อกันด้วยการเชื่อมต่อต่อไปนี้:

1 W = 1 / 9.81 กก. • ม./วินาที ≈1/10 กก. • ม./วินาที;

1 กก. • m / s = 9.81 W ≈10 W;

1 แรงม้า = 75 กก. • m/s = 736 W;

1 กิโลวัตต์ = 102 กก. • ม./วินาที = 1.36 แรงม้า

หากคุณไม่คำนึงถึงการสูญเสียพลังงานที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ มอเตอร์ขนาด 1 กิโลวัตต์สามารถสูบน้ำได้ 102 ลิตรต่อวินาทีไปที่ความสูง 1 ม. หรือน้ำ 10.2 ลิตรไปที่ความสูง 10 ม.

พลังงานไฟฟ้า วัดด้วยวัตต์มิเตอร์.

ตัวอย่างของ

1. องค์ประกอบความร้อนของเตาไฟฟ้าที่มีกำลังไฟ 500 W และแรงดันไฟฟ้า 220 V ทำจากลวดความต้านทานสูงคำนวณความต้านทานขององค์ประกอบและกระแสที่ไหลผ่าน (รูปที่ 1)

เราพบกระแสตามสูตรของพลังงานไฟฟ้า P = U ∙ I

ดังนั้น I = P / U = (500 Bm) / (220 V) = 2.27 A.

ความต้านทานคำนวณโดยสูตรพลังงานอื่น: P = U ^ 2 / r,

โดยที่ r = U ^ 2 / P = (220 ^ 2) / 500 = 48400/500 = 96.8 โอห์ม

ข้าว. 1.

2. เกลียว (รูปที่ 2) ควรมีความต้านทานเท่าใดบนจานที่กระแส 3 A และกำลังไฟ 500 W

ข้าว. 2.

สำหรับกรณีนี้ ให้ใช้สูตรยกกำลังอื่น: P = U ∙ I = r ∙ I ∙ I = r ∙ I ^ 2;

ดังนั้น r = P/I ^ 2 = 500/3 ^ 2 = 500/9 = 55.5 โอห์ม

3. พลังงานใดที่แปลงเป็นความร้อนโดยมีความต้านทาน r = 100 Ohm ซึ่งเชื่อมต่อกับเครือข่ายที่มีแรงดันไฟฟ้า U = 220 V (รูปที่ 3)

P = U ^ 2/r = 220 ^ 2/100 = 48400/100 = 484 W.

ข้าว. 3.

4. ในแผนภาพในรูปที่ 4 แอมมิเตอร์แสดงกระแส I = 2 A. คำนวณความต้านทานของผู้ใช้และพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ไปในความต้านทาน r = 100 โอห์มเมื่อเชื่อมต่อกับเครือข่ายที่มีแรงดันไฟฟ้า U = 220 V.

ข้าว. 4.

r = U / I = 220/2 = 110 โอห์ม;

P = U ∙ I = 220 ∙ 2 = 440 W หรือ P = U ^ 2/r = 220 ^ 2/110 = 48400/110 = 440 W.

5. หลอดไฟแสดงเฉพาะแรงดันไฟฟ้า 24 V เพื่อกำหนดข้อมูลที่เหลือของหลอดไฟ เรารวบรวมวงจรที่แสดงในรูปที่ 5. ปรับกระแสด้วยรีโอสแตตเพื่อให้โวลต์มิเตอร์ที่ต่อกับขั้วหลอดแสดงแรงดัน Ul = 24 V แอมมิเตอร์แสดงกระแส I = 1.46 A หลอดไฟมีกำลังและความต้านทานเท่าใด และเกิดการสูญเสียแรงดันและกำลังไฟฟ้าเท่าใด ที่รีโอสแตท?

ข้าว. 5.

กำลังไฟ P = Ul ∙ I = 24 ∙ 1.46 = 35 W.

ความต้านทานของมันคือ rl = Ul / I = 24 / 1.46 = 16.4 โอห์ม

แรงดันรีโอสแตตตก Uр = U-Ul = 30-24 = 6 V.

การสูญเสียพลังงานในรีโอสแตท Pр = Uр ∙ I = 6 ∙ 1.46 = 8.76 W.

6. บนจานของเตาไฟฟ้าจะมีการระบุข้อมูลเล็กน้อย (P = 10 kW; U = 220 V)

กำหนดความต้านทานของเตาและกระแสที่ไหลผ่านระหว่างการทำงาน P = U ∙ I = U ^ 2 / r;

r = U ^ 2/P = 220 ^ 2/10000 = 48400/10000 = 4.84 โอห์ม; ฉัน = P / U = 10,000/220 = 45.45 ก.

ข้าว. 6.

7. แรงดันไฟฟ้า U ที่ขั้วของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าคือเท่าใดหากกระแส 110 A กำลังไฟ 12 กิโลวัตต์ (รูปที่ 7)

เนื่องจาก P = U ∙ I ดังนั้น U = P / I = 12000/110 = 109 V.

ข้าว. 7.

8. ในแผนภาพในรูปที่ 8 แสดงการทำงานของการป้องกันกระแสไฟฟ้า ที่ EM กระแสหนึ่ง แม่เหล็กไฟฟ้าที่จับโดยสปริง P จะดึงดูดกระดอง เปิดหน้าสัมผัส K และตัดวงจรกระแสไฟฟ้า ในตัวอย่างของเรา การป้องกันกระแสจะขัดจังหวะวงจรปัจจุบันที่กระแส I≥2 A หลอดไฟ 25 W กี่ดวงที่สามารถเปิดพร้อมกันที่แรงดันไฟหลัก U = 220 V เพื่อให้ลิมิตเตอร์ไม่ทำงาน

ข้าว. แปด.

การป้องกันจะทำงานที่ I = 2 A เช่น ที่กำลัง P = U ∙ I = 220 ∙ 2 = 440 W.

หารพลังงานทั้งหมดของหลอดไฟหนึ่งหลอด เราได้รับ: 440/25 = 17.6

สามารถจุดไฟได้พร้อมกัน 17 ดวง

9. เตาอบไฟฟ้ามีองค์ประกอบความร้อนสามตัวที่มีกำลังไฟ 500 W และแรงดันไฟฟ้า 220 V เชื่อมต่อแบบขนาน

ความต้านทานรวม กระแสไฟฟ้า และพลังงานเมื่อเตาอบทำงานคืออะไร (รูปที่ 91)

กำลังไฟทั้งหมดของเตาคือ P = 3 ∙ 500 W = 1.5 kW

กระแสผลลัพธ์คือ I = P / U = 1500/220 = 6.82 A.

ความต้านทานผลลัพธ์ r = U / I = 220 / 6.82 = 32.2 โอห์ม

กระแสของหนึ่งเซลล์คือ I1 = 500/220 = 2.27 A

ความต้านทานขององค์ประกอบเดียว: r1 = 220 / 2.27 = 96.9 โอห์ม

ข้าว. เก้า.

10. คำนวณความต้านทานและกระแสของผู้ใช้หากวัตต์มิเตอร์แสดงกำลัง 75 W ที่แรงดันไฟหลัก U = 220 V (รูปที่ 10)

ข้าว. สิบ.

เนื่องจาก P = U ^ 2 / r ดังนั้น r = U ^ 2 / P = 48400/75 = 645.3 โอห์ม

ปัจจุบัน I = P / U = 75/220 = 0.34 A.

11. เขื่อนมีระดับน้ำลดลง h = 4 m ทุก ๆ วินาที น้ำ 51 ลิตรเข้าสู่กังหันผ่านทางท่อ พลังงานเชิงกลใดที่ถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหากไม่คำนึงถึงการสูญเสีย (รูปที่ 11)

ข้าว. สิบเอ็ด

กำลังกล Pm = Q ∙ h = 51 kg/s ∙ 4 m = 204 kg • m/s

ดังนั้น กำลังไฟฟ้า Pe = Pm: 102 = 204: 102 = 2 kW.

12. มอเตอร์ปั๊มต้องมีความจุเท่าไรในการสูบน้ำ 25.5 ลิตรต่อวินาทีจากความลึก 5 เมตรเข้าสู่ถังที่มีความสูง 3 เมตร ไม่คำนึงถึงความสูญเสีย (รูปที่ 12)

ข้าว. 12.

ความสูงของน้ำที่เพิ่มขึ้นทั้งหมด h = 5 + 3 = 8 m.

กำลังเครื่องยนต์กลไก Pm = Q ∙ h = 25.5 ∙ 8 = 204 kg • m/sec.

กำลังไฟฟ้า Pe = Pm: 102 = 204: 102 = 2 กิโลวัตต์

13. สถานีไฟฟ้าพลังน้ำ ได้รับจากถังสำหรับหนึ่งกังหันทุก ๆ วินาที 4 ลบ.ม. ของน้ำ ความแตกต่างระหว่างระดับน้ำในอ่างเก็บน้ำและกังหันคือ h = 20 m กำหนดความจุของกังหันหนึ่งตัวโดยไม่คำนึงถึงการสูญเสีย (รูปที่ 13)

ข้าว. 13.

กำลังทางกลของน้ำที่ไหล Pm = Q ∙ h = 4 ∙ 20 = 80 t/s • m; Pm = 80,000 กก. • m/s.

กำลังไฟฟ้าของกังหันหนึ่งตัว Pe = Pm: 102 = 80,000: 102 = 784 kW.

14. ในมอเตอร์กระแสตรงแบบขนาน ขดลวดกระดองและขดลวดสนามเชื่อมต่อแบบขนาน ขดลวดกระดองมีความต้านทาน r = 0.1 โอห์ม และกระแสกระดอง I = 20 A ขดลวดสนามมีความต้านทาน rv = 25 โอห์ม และกระแสสนามคือ Iw = 1.2 A พลังงานใดที่สูญเสียไปในขดลวดทั้งสองของ เครื่องยนต์ ( รูปที่ 14)?

ข้าว. สิบสี่

การสูญเสียพลังงานในกระดองที่คดเคี้ยว P = r ∙ I ^ 2 = 0.1 ∙ 20 ^ 2 = 40 W.

การสูญเสียกำลังของคอยล์กระตุ้น

Pv = rv ∙ Iv ^ 2 = 25 ∙ 1.2 ^ 2 = 36 W.

การสูญเสียทั้งหมดในขดลวดมอเตอร์ P + Pv = 40 + 36 = 76 W.

15. แผ่นความร้อน 220 V มีขั้นตอนการให้ความร้อนแบบสลับได้สี่ระดับ ซึ่งทำได้โดยการเปิดสวิตช์องค์ประกอบความร้อนสองตัวที่มีความต้านทาน r1 และ r2 ต่างกัน ดังแสดงในรูป 15.

ข้าว. 15.

กำหนดความต้านทาน r1 และ r2 หากองค์ประกอบความร้อนตัวแรกมีกำลังไฟ 500 W และตัวที่สอง 300 W

เนื่องจากพลังงานที่ปล่อยออกมาในตัวต้านทานแสดงโดยสูตร P = U ∙ I = U ^ 2 / r ความต้านทานขององค์ประกอบความร้อนตัวแรก

r1 = U ^ 2/P1 = 220 ^ 2/500 = 48400/500 = 96.8 โอห์ม

และองค์ประกอบความร้อนที่สอง r2 = U ^ 2/P2 = 220 ^ 2/300 = 48400/300 = 161.3 โอห์ม

ในตำแหน่งสเตจ IV ความต้านทานจะเชื่อมต่อเป็นอนุกรม พลังของเตาไฟฟ้าในตำแหน่งนี้เท่ากับ:

P3 = U ^ 2 / (r1 + r2) = 220 ^ 2 / (96.8 + 161.3) = 48400 / 258.1 = 187.5 W.

ในตำแหน่งสเตจ I องค์ประกอบความร้อนจะเชื่อมต่อแบบขนานและค่าความต้านทานที่ได้คือ: r = (r1 ∙ r2) / (r1 + r2) = (96.8 ∙ 161.3) / (96.8 + 161.3) = 60.4 โอห์ม

กำลังกระเบื้องในตำแหน่ง I step: P1 = U ^ 2 / r = 48400 / 60.4 = 800 W.

เราได้รับพลังงานเท่ากันโดยการเพิ่มพลังขององค์ประกอบความร้อนแต่ละตัว

16. หลอดไฟที่มีไส้หลอดทังสเตนได้รับการออกแบบสำหรับกำลังไฟ 40 W และแรงดันไฟฟ้า 220 V หลอดไฟมีความต้านทานและกระแสเท่าใดในสภาวะเย็นและที่อุณหภูมิการทำงาน 2,500 ° C

กำลังไฟ P = U ∙ I = U ^ 2 / r

ดังนั้นความต้านทานของไส้หลอดในสภาวะร้อนคือ rt = U ^ 2 / P = 220 ^ 2/40 = 1210 โอห์ม

ความต้านทานของด้ายเย็น (ที่ 20 ° C) ถูกกำหนดโดยสูตร rt = r ∙ (1 + α ∙ ∆t)

โดยที่ r = rt / (1 + α ∙ ∆t) = 1210 / (1 + 0.004 ∙ (2500-20)) = 1210 / 10.92 = 118 โอห์ม

ปัจจุบัน I = P / U = 40/220 = 0.18 A ผ่านเธรดของหลอดไฟในสถานะร้อน

กระแสที่ไหลเข้าคือ: I = U / r = 220/118 = 1.86 A.

เมื่อเปิดใช้กระแสไฟประมาณ 10 เท่าของหลอดไฟร้อน

17. แรงดันและการสูญเสียพลังงานในตัวนำทองแดงของรางไฟฟ้า (รูปที่ 16) คืออะไร?

ข้าว. 16.

ตัวนำมีหน้าตัด 95 mm2 เครื่องยนต์ของรถไฟฟ้าใช้กระแสไฟฟ้า 300 A ที่ระยะทาง 1.5 กม. จากแหล่งพลังงาน

การสูญเสีย (ตก) ของแรงดันไฟฟ้าในเส้นระหว่างจุด 1 และ 2 ขึ้น = I ∙ rπ

ความต้านทานของสายสัมผัส rp = (ρ ∙ l) / S = 0.0178 ∙ 1500/95 = 0.281 โอห์ม

แรงดันตกในสายสัมผัส ขึ้น = 300 ∙ 0.281 = 84.3 V.

แรงดัน Ud ที่ขั้วมอเตอร์ D จะน้อยกว่าแรงดัน U ที่ขั้ว G 84.3 V

แรงดันไฟฟ้าตกในสายสัมผัสระหว่างการเคลื่อนที่ของรถไฟฟ้าเปลี่ยนไป ยิ่งรถไฟฟ้าเคลื่อนห่างจากแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้ามากเท่าไหร่ เส้นก็ยิ่งยาว ซึ่งหมายถึงความต้านทานและแรงดันตกคร่อมก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น กระแสบนราง จะกลับสู่แหล่งกำเนิดที่ต่อลงดิน G ความต้านทานของรางและกราวด์คือ เกือบเป็นศูนย์