กระแส แรงดัน กำลังไฟฟ้า ลักษณะพื้นฐานของไฟฟ้า

มนุษย์ใช้ไฟฟ้ามานานแล้วเพื่อตอบสนองความต้องการของเขา แต่มองไม่เห็นไม่รับรู้ด้วยประสาทสัมผัสดังนั้นจึงเป็นการยากที่จะเข้าใจ เพื่อทำให้คำอธิบายของกระบวนการทางไฟฟ้าง่ายขึ้น มักจะนำไปเปรียบเทียบกับลักษณะเฉพาะทางไฮดรอลิกของของไหลที่เคลื่อนที่

ตัวอย่างเช่น เธอมาที่อพาร์ทเมนต์ของเราด้วยสาย พลังงานไฟฟ้า จากเครื่องปั่นไฟระยะไกลและน้ำประปาจากปั๊มแรงดัน อย่างไรก็ตามสวิตช์ปิดไฟและก๊อกน้ำที่ปิดอยู่จะป้องกันไม่ให้น้ำไหลออกจากก๊อกน้ำ ในการทำงาน คุณต้องเปิดสวิตช์และเปิดก๊อกน้ำ

การไหลของอิเล็กตรอนอิสระโดยตรงผ่านสายไฟจะพุ่งไปยังไส้หลอด (กระแสไฟฟ้าจะไหล) ซึ่งจะเปล่งแสง น้ำที่ออกจากก๊อกจะระบายลงอ่าง

การเปรียบเทียบนี้ยังทำให้สามารถเข้าใจลักษณะเชิงปริมาณ เชื่อมโยงความแรงของกระแสกับความเร็วของการเคลื่อนที่ของของเหลว และประมาณค่าพารามิเตอร์อื่นๆ

แรงดันไฟฟ้าหลักถูกเปรียบเทียบกับศักยภาพพลังงานของแหล่งของเหลว ตัวอย่างเช่น แรงดันไฮดรอลิกที่เพิ่มขึ้นจากปั๊มในท่อจะสร้างการเคลื่อนที่ของของไหลด้วยความเร็วสูง และแรงดันที่เพิ่มขึ้น (หรือความแตกต่างระหว่างศักย์ของเฟส - สายอินพุตและศูนย์ทำงาน - เอาต์พุต) จะเพิ่มการเรืองแสงของหลอดไฟ ความแรงของการแผ่รังสี

ความต้านทานของวงจรไฟฟ้าเทียบกับแรงเบรกของการไหลของไฮดรอลิก อัตราการไหลได้รับผลกระทบจาก:

• ความหนืดของของเหลว

• การอุดตันและการเปลี่ยนแปลงในส่วนตัดขวางของช่อง (กรณีเป็นก๊อกน้ำให้ระบุตำแหน่งของวาล์วควบคุม)

ค่าความต้านทานไฟฟ้าได้รับผลกระทบจากหลายปัจจัย:

• โครงสร้างของสารที่กำหนดว่ามีอิเล็กตรอนอิสระในตัวนำและส่งผลกระทบ ความต้านทาน; 

• พื้นที่หน้าตัดและความยาวของตัวนำปัจจุบัน

• อุณหภูมิ.

พลังงานไฟฟ้ายังถูกนำไปเปรียบเทียบกับศักยภาพพลังงานของการไหลในระบบไฮดรอลิกส์ และประเมินจากงานที่ทำต่อหน่วยเวลา กำลังไฟฟ้าของเครื่องใช้ไฟฟ้าแสดงด้วยกระแสไฟฟ้าที่ดึงออกมาและแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ (สำหรับวงจรไฟฟ้ากระแสสลับและกระแสตรง)

ลักษณะเฉพาะของไฟฟ้าเหล่านี้ได้รับการศึกษาโดยนักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงซึ่งให้คำจำกัดความของกระแส แรงดัน กำลังไฟฟ้า ความต้านทาน และอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างกันด้วยวิธีทางคณิตศาสตร์

ตารางต่อไปนี้แสดงความสัมพันธ์ทั่วไปสำหรับวงจร AC และ DC ที่สามารถใช้เพื่อวิเคราะห์ประสิทธิภาพของวงจรเฉพาะ

ลองดูตัวอย่างการใช้งานของพวกเขา

ตัวอย่าง #1 วิธีคำนวณความต้านทานและกำลัง

สมมติว่าคุณต้องการเลือกตัวจำกัดกระแสเพื่อจ่ายไฟให้กับวงจรไฟส่องสว่าง เราทราบแรงดันไฟฟ้าของเครือข่ายออนบอร์ด «U» เท่ากับ 24 โวลต์และการใช้กระแสไฟฟ้า «I» 0.5 แอมป์ซึ่งจะต้องไม่เกิน ตามนิพจน์ (9) ของกฎของโอห์ม เราคำนวณค่าความต้านทาน «R» R = 24 / 0.5 = 48 โอห์ม

เมื่อมองแวบแรก ค่าของตัวต้านทานจะถูกกำหนด อย่างไรก็ตาม นี่ยังไม่เพียงพอ สำหรับการทำงานที่เชื่อถือได้ของ sema จำเป็นต้องคำนวณพลังงานตามปริมาณการใช้ปัจจุบัน

ตามการทำงานของกฎหมาย Joule-Lenz พลังงานที่ใช้งาน «P» เป็นสัดส่วนโดยตรงกับกระแสไฟฟ้า «I» ที่ไหลผ่านสายไฟและแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ «U» ความสัมพันธ์นี้อธิบายโดยสูตร (11) ในตาราง ด้านล่าง.

เราคำนวณ: P = 24×0.5 = 12 W.

เราจะได้ค่าเท่ากันถ้าเราใช้สูตร (10) หรือ (12)

การคำนวณกำลังของตัวต้านทานตามปริมาณการใช้ปัจจุบันแสดงให้เห็นว่าในวงจรที่เลือกจำเป็นต้องใช้ความต้านทาน 48 โอห์มและ 12 วัตต์ ตัวต้านทานที่มีกำลังไฟต่ำกว่าจะไม่ทนต่อโหลดที่ใช้ แต่จะร้อนขึ้นและไหม้ ด้วยกระแสแห่งกาลเวลา

ตัวอย่างนี้แสดงการขึ้นต่อกันของกระแสโหลดและแรงดันเครือข่ายที่ส่งผลต่อกำลังไฟของผู้ใช้

ตัวอย่าง #2 วิธีคำนวณกระแส

สำหรับกลุ่มของซ็อกเก็ตที่มีไว้สำหรับจ่ายไฟให้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าในครัวเรือนในครัว จำเป็นต้องเลือกเบรกเกอร์ป้องกัน กำลังของอุปกรณ์ตามข้อมูลหนังสือเดินทางคือ 2.0, 1.5 และ 0.6 กิโลวัตต์

คำตอบ. อพาร์ตเมนต์ใช้เครือข่ายไฟฟ้ากระแสสลับเฟสเดียว 220 โวลต์ พลังงานรวมของอุปกรณ์ทั้งหมดที่เชื่อมต่อกับงานในเวลาเดียวกันจะเท่ากับ 2.0 + 1.5 + 0.6 = 4.1 kW = 4100 W

ใช้สูตร (2) กำหนดกระแสรวมของกลุ่มผู้บริโภค: 4100/220 = 18.64 A.

เบรกเกอร์พิกัดที่ใกล้เคียงที่สุดมีอัตราการสะดุด 20 แอมป์ เราเลือกมัน เครื่องที่มีค่าต่ำกว่า 16 A จะปิดอย่างถาวรจากการโอเวอร์โหลด

ความแตกต่างในพารามิเตอร์ของวงจรไฟฟ้าในกระแสสลับ

เครือข่ายเฟสเดียว

เมื่อวิเคราะห์พารามิเตอร์ของเครื่องใช้ไฟฟ้าจำเป็นต้องคำนึงถึงลักษณะเฉพาะของการทำงานในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับเมื่อโหลด capacitive ปรากฏในตัวเก็บประจุเนื่องจากอิทธิพลของความถี่อุตสาหกรรม (พวกมันเปลี่ยนเวกเตอร์ปัจจุบัน 90 องศาก่อนเวกเตอร์แรงดันไฟฟ้า) และในขดลวดของขดลวด - อุปนัย (กระแสอยู่หลังแรงดันไฟฟ้า 90 องศา) ในทางวิศวกรรมไฟฟ้าเรียกว่า โหลดปฏิกิริยา... เมื่อรวมกันแล้วจะสร้างการสูญเสียพลังงานปฏิกิริยา «Q» ที่ไม่มีประโยชน์

ด้วยโหลดที่ใช้งานอยู่ จะไม่มีการเลื่อนเฟสระหว่างกระแสและแรงดัน

ด้วยวิธีนี้ ส่วนประกอบปฏิกิริยาจะถูกเพิ่มเข้าไปในค่าที่ใช้งานของพลังงานของเครื่องใช้ไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ เนื่องจากพลังงานทั้งหมดเพิ่มขึ้นซึ่งโดยปกติจะเรียกว่าเต็มและระบุด้วยดัชนี «S»

กระแสสลับไซน์ในเครือข่ายเฟสเดียว

กระแสไฟฟ้าและแรงดันความถี่แปรผันตามเวลาในลักษณะไซน์ ดังนั้นจึงมีการเปลี่ยนแปลงในอำนาจ การกำหนดพารามิเตอร์ ณ เวลาต่าง ๆ นั้นไม่สมเหตุสมผล ดังนั้นค่าทั้งหมด (การรวม) จึงถูกเลือกในช่วงเวลาหนึ่งตามกฎคือช่วงเวลาการสั่น T

การรู้ความแตกต่างระหว่างพารามิเตอร์ของวงจรกระแสสลับและกระแสตรงช่วยให้คุณสามารถคำนวณกำลังผ่านกระแสและแรงดันได้อย่างถูกต้องในแต่ละกรณี

เครือข่ายสามเฟส

โดยพื้นฐานแล้ว พวกมันประกอบด้วยวงจรเฟสเดียวที่เหมือนกันสามวงจร หักล้างสัมพันธ์กันบนระนาบเชิงซ้อน 120 องศา พวกมันต่างกันเล็กน้อยในการโหลดในแต่ละเฟส โดยเปลี่ยนกระแสจากแรงดันเป็นมุมพี เนื่องจากความไม่สม่ำเสมอนี้ I0 ปัจจุบันจึงถูกสร้างขึ้นในตัวนำที่เป็นกลาง

กระแสสลับไซน์ในเครือข่ายสามเฟส

แรงดันไฟฟ้าในระบบนี้ประกอบด้วยแรงดันเฟส (220 V) และแรงดันสาย (380 V)

กำลังของอุปกรณ์กระแสสามเฟสที่เชื่อมต่อกับวงจรคือผลรวมของส่วนประกอบในแต่ละเฟส วัดโดยใช้อุปกรณ์พิเศษ: วัตต์มิเตอร์ (ส่วนประกอบแบบแอกทีฟ) และวาร์มิเตอร์ (แบบรีแอกทีฟ) เป็นไปได้ที่จะคำนวณการใช้พลังงานทั้งหมดของอุปกรณ์กระแสไฟสามเฟสตามการวัดวัตต์และวาร์มิเตอร์โดยใช้สูตรสามเหลี่ยม

นอกจากนี้ยังมีวิธีการวัดทางอ้อมโดยใช้โวลต์มิเตอร์และแอมมิเตอร์พร้อมการคำนวณค่าที่ได้รับในภายหลัง

นอกจากนี้คุณยังสามารถคำนวณปริมาณการใช้กระแสไฟฟ้าทั้งหมดโดยทราบขนาดของกำลังไฟฟ้าที่ปรากฏ ในการทำเช่นนี้ก็เพียงพอที่จะหารด้วยค่าของแรงดันไฟฟ้าของสาย