Верно высчитать силу тока нужно для многих работ, связанных с проводкой и проектированием схемотехнических и бытовых устройств. Ошибки либо пренебрежение такими расчётами могут иметь суровые последствия, так как от силы и мощности тока зависит тип прокладываемого кабеля, верный выбор которого определяет пожарную безопасность и экономическую необходимость.
Принципы расчета тока
Знать в амперах силу тока, протекающего в цепи, принципиально для расчета сечения провода, которым прокладывается проводка, и выбора автомата, предохраняющего сеть от перегрузок. Большее, чем необходимо, значение сечения вызывает дополнительные издержки, наименьшее — вызовет перегрев проводки, что чревато расплавлением изоляции кабеля и пожаром.
Верный выбор автомата также важен, так как большой припас по току окажется бесполезен, если выключатель сработает поздно, и оборудование успеет выйти из строя, а очень небольшой припас вызовет очень нередкое срабатывание аварийного отключения при повышении потребляемой мощности в допустимых границах.
По закону Ома можно высчитать ток как отношение напряжения между 2-мя точками к сопротивлению этого участка цепи (сопротивление самого провода). Этот параметр у провода находится в зависимости от его материала, длины и сечения. При использовании стандартных материалов (алюминий либо медь) единственным параметром, на который можно оказывать влияние остается сечение проводника. А он находится в зависимости от предполагаемого протекающего тока.
Сила тока в розетке на 220 В обычно не превосходит 6 ампер. Это означает, что суммарная мощность присоединенных к розетке электроприборов не должна превосходить 1300 Вт. В неприятном случае нужна укладка особенных проводов с увеличенным сечением.
Вычисление мощности
Формула мощности электрического тока и принцип расчета будут отличаться при рассмотрении цепей неизменного и переменного токов. Неизменный ток применяется в бортовой сети автомобилей, портативных устройствах, питающем напряжении троллейбусов. Переменный — применяется в электрической проводке построек, массивных электродвигателях и генераторах.
При неизменном напряжении
Дабы представить значение тока, необходимо знать мощность применяемых потребителей электроэнергии. Расчет тока по мощности делается из этой величины по формуле:
где I — сила тока, U — напряжение в сети, P — суммарная мощность, которую будут потреблять присоединенные устройства.
Для примера можно посчитать ток питания электродвигателя троллейбуса 150 кВт. В троллейбусной сети применяется неизменное напряжение 600 В. Соответственно, при вычислении тока через обозначенную формулу, выходит значение, равное 250 ампер. Для таких огромных значений в троллейбусной сети применяются особые провода.
Существует особые таблицы, дозволяющие по известному току сходу отыскать сечение медного либо дюралевого проводника. Это значение можно вычислить в калькуляторе онлайн. Нужно ввести применяемый материал, ток либо мощность потребителя — и сервис высчитает среднее сечение. В стандартных проводках построек применяются сечения 1,5 квадратных мм для сетей освещения и 2,5 кв. мм. для розеток.
При переменном напряжении
Для питания электрических сетей домашних и офисных построек применяется переменное напряжение. Его использование обусловлено несколькими причинами:
- Наименьшие издержки при передаче по ЛЭП;
- Обычное создание повышающих и понижающих напряжение устройств;
- Отсутствие полярности.
А для питания устройств неизменного тока используются различного рода выпрямители.
Мощность переменного тока сильно находится в зависимости от характеристик питаемой нагрузки. Потому формула электрической мощности в переменных сетях приобретает вид:
где cosφ определяет нрав нагрузки.
В таких цепях это активная мощность, другими словами перевоплащающаяся при работе в другие виды энергии: электромагнитную и термическую.
Для активного сопротивления, другими словами обыденных резисторов, cosφ = 1. Чем больше реактивная составляющая в цепи, другими словами больше частей имеют емкостное либо индуктивное сопротивление, тем меньше будет cosφ. Коэффициент cosφ для большинства электроприборов имеет значение 0,95, исключение составляют только сварочные аппараты и электродвигатели, имеющие высшую индуктивную нагрузку.
Существует и реактивная мощность. Она определяет энергию, подаваемую с источника питания в реактивные элементы, а потом возвращаемая этими элементами назад. Формула мощности тока для реактивных цепей имеет вид:
Тут sinφ охарактеризовывает вклад в полную мощность индуктивных и конденсаторных частей. Измеряется реактивная мощность в таких единицах, как вар (вольт-ампер реактивный).
В промышленных электросетях распространены трехфазные системы. Их достоинства важны для промышленности:
- Более экономичная передача электричества на далекие расстояния;
- Уменьшение издержек при разработке электродвигателей 3-х фазной системы;
- Равномерность механической нагрузки на электрогенератор.
Особенностью трехфазных систем электрического тока будет то, что напряжение в этих системах применяется завышенное, равное 380 В. При распределенной по трем веткам нагрузке это приводит к уменьшению рабочего тока по отношению к однофазовой системе, в какой рабочим напряжением принято 220 В. Формула для расчета мощности в трехфазной цепи будет иметь следующий вид:
P = 1,73 ⋅ I ⋅ U ⋅ cosφ.
Повышающий коэффициент 1,73 тут связан с распределённой нагрузкой и наименьшим воздействием реактивной составляющей в таких системах.
Высчитать значение переменного тока, зная потребляемую мощность, просто по обозначенным формулам. К примеру, для однофазовой сети:
Выбор электроприборов
Дабы выяснить, какой бытовой устройство подойдет для проводки дома, а для какого лучше применять промышленную, необходимо направить внимание на его мощность. Этот параметр всегда написан в руководстве по эксплуатации либо технических свойствах устройства.
Стоит насторожиться, если мощность указана больше 1,5 кВт, так как для таких устройств необходимо применять увеличенное сечение проводов питающей сети. Обычно домашние электроприборы имеют наименьшую мощность.
Исключение могут составить стиральные машины, электрической плиты, некоторые виды пылесосов. Дома с электрическими плитами всегда имеют для них отдельную проводку, а для питания стиральной машины лучше протянуть отдельный провод увеличенного сечения.
Дальше следует обусловиться с выбором автоматического выключателя для групп потребителей электротока. Его следует выбирать конкретно на группу, с целью экономии места в распределительном щитке, и дабы быть более свободным в подключении устройств к различным розеткам. Какие группы лучше избрать:
- Электрическая плита;
- Стиральная машина и водонагреватель;
- Другие розетки и освещение.
В домах с электрическими плитами более высочайшим потреблением будет владеть конкретно плита. Ее мощность оценивается в 10 кВт, что при стандартном напряжении 220 В значит ток употребления 45 А, cosφ тут равен 1. На электрическую плиту нужен отдельный автомат, потому тут он выбирается его на 50 ампер.
Огромным токопотреблением отличается также и стиральная машина. Стандартная стиралка потребляет 2,5 кВт, что соответствует 12,5 А. Невзирая на cosφ = 0,8 у электродвигателя стиральной машины, в ней огромное количество электроники, потому для расчета берем cosφ = 1. Еще большая мощность у водонагревателя — до 8 кВт. Если подразумевается применять их сразу со стиралкой — стоит брать автомат завышенного ампеража, так как суммарная мощность 2-ух этих устройств составит 10,5 кВт, другими словами нужен очередной автомат на 50 А. А лучше выполнить два отдельных автомата: 40 А — на водонагреватель, и 15 А — на стиральную машину.
Другие розетки и освещение можно найти в отдельную группу. Их общее энергопотребление оценивается в 1,5 кВт, другими словами автомата на 10 А будет довольно для третьей группы.
Приборы для измерения величин
Измерения электротехнических величин выполняются особыми устройствами. Ток измеряется амперметром, напряжение — вольтметром, а мощность можно померить ваттметром, или вычислить ее по формуле из значений первых 2-ух значений.
При помощи онлайн-калькулятора можно вычислить не только лишь ток при известной мощности потребителей, но и сечение подходящих для проводки проводов.
Вычисление силы тока и характеристик проводки по мощности потребителей электроэнергии — очень принципиальная часть проектирования строения либо квартиры, потому необходимо подойти к этому взвешенно и трепетно.
Формула расчёта тока по мощности трехфазной сети.
Америка, Европа, Азия, Африка: где бы вы не находились, в 99% случаев увидите, что электроэнергия передается по 3-ем высоковольтным лебам (проводкам), проходящими через вышки. Почему конкретно по 3-ем проводам? Зачем физики ввели эти понятия, как выполнить расчет мощности по току и напряжению для трехфазной сети?
Разъяснить конкретно такое количество проводов на станции — просто: эта цифра делает магнитное поле. Это невидимая материя для электронных частиц. Когда они попадают вовнутрь поля — преобразуются в ионы (заряженные частички), в конечном итоге образуются электрические разряды!
Но можно прийти к выводу: почему не сделать многофазную цепь, дабы заряда выделялось еще более? Чем больше добавлять дополнительных проводков — тем паче нерентабельна будет такая система!
Особенности трехфазной системы
В 2-х фазной системе передача шла по четырем проводам. В 20 веке инженеры-физики попробовали сдвинуть обмотки на 120 градусов, в итоге чего вышла 3-х фазная система. Была сотворена линия электропередач! Сначала полосы шел генератор. Он создавал напряжение. В конце стоял потребитель. Эта цепь является превалирующей до сего времени.
Мощность трехфазного тока — малое количество электронов, необходимое для образования устойчивого вращающегося поля, дабы можно было накрепко и тихо запускать мотор.
При всем этом применяется малое количество линий — всего 3.
Эти проводки можно соединить в 1 точку, равную 0. 3 вектора, сдвинутые на 120 градусов, в сумме дали ноль. Рассчитывать ток по мощности не нужно — он нулевой. Если нагрузка симметрична — 0 не пригодится.
Мощность трехфазной сети намного прибыльнее двухфазной. Она затрачивает меньше энергии, протягиваясь на далекие расстояния.
Как узнать свою схему
Юные спецы (электрики) должны осознавать, какая перед ними схема. Примеры для осознания подвергнутся рассмотрению на самом простом асинхронном движке.
Стоит сходу отметить, что у каждой цепи есть свое начало и конец. Старт всегда обозначается большой точкой. Мотор с 3-мя проводами применяют во всех промышленных зданиях. Мощности для него нужна минимум.
У ассиметричного устройства имеются 3 различные катушки, применяемые для сотворения вращающегося магнитного поля, когда I пропускается через катушку.
Все обмотки распределяют по кругу, смещая на 120 градусов. Дальше подключается клеммная коробка в распределительную, где находится 6 клеммников. Любой из них подключается к концам 3-х обмоток.
Дальше заводится система в клеммную коробку и подключается к подходящим клеммникам. Остается замкнуть цепь. Делают это 2-мя методами.
Схема “Треугольник”
Дабы вышла схема-треугольник, необходимо подключить конец 1-ой катушки к началу другой. Когда ток пропускается через фазы — становится приметно, что электричество перебегает из одной фазы в другую.
Как соединить между собой фазы, ведь будет куцее замыкание? Замыкание не произойдет, т.к. ток проходит через обмотку, а она делает сопротивление.
Это то же самое, если поместить между 2-мя фазами лампу — она просто зажжется, и замыкания не произойдет!
Схема “Звезда”
2-ой метод, как силу тока в трехфазной цепи распределить по катушке — это подсоединить их друг к другу в виде звезды. Для этого необходимо концы 3-х обмоток соединить совместно.
Точка соединения всех концов является нейтральной. Для полного подключения будет нужно контактор (устройство, способное проводить и отключать токи).
Через него проводятся провода и соединяются на выходе.
Начало обмоток подключают к потребителю энергии. Линейные провода можно именовать А, В, С.
Точка N именуется нейтральной, но если она соединена с землей, то нулевой. Напряжение между линейным проводом и нулевой точкой именуется фазным. Обозначается оно Y с индексом А.
Между проводом В и нулевой линией — напряжение Y с индексом В и т.д.
Схемы соединения электродвигателя в звезду и треугольник:
Свойства
Данная система так построена, что даже если одна из сетей оборвется — не произойдет недлинного замыкания, цепочка продолжит свое функционирование. Все благодаря симметричному размещению.
Если поглядеть на набросок сети-треугольника — можно увидеть ординарную математическую зависимость!
Вся схема построена в виде равностороннего треугольника.
Он разбит снутри на 3 малеханьких треугольника. Все их катеты равны 220 В, а соединение 2-х обратных сторон = 380 В. При этом градус между В 120 градусов — тот сдвиг.
Трёхфазное либо однофазовое подключение
В сети обмотки сдвинуты на 120 градусов. Если представить этот сдвиг в виде 2-х крутящихся векторов — они тоже расположены под таким же градусом наклона.
И линейное напряжение не будет приравниваться сумме векторов. Другими словами, представьте прямой угол (равный 90 градусам), полосы которого по 220 В. Если их соединить, дабы образовать настоящий треугольник — расстояние для соединения будет равно 380 В, как показано на рисунке понизу.
Подключение сети было уже разобрано вверху. Про подключение однофазового устройства ничего не было сказано. Но вы уже понимаете, что однофазовый имеет целых 4 провода подключения, в отличие от устройства с 3-мя фазами.
- На первую клемму подается питание-фаза.
- 2-ая клемма является выходом нагрузки электропотребителя.
- Ноль приходится на третью клемму.
- Выход нулевой подается на четвертую.
Т.е. 1-ый и 2-ой провода проходят через автомат и входят в саму квартиру. А другие 2 приходятся на нулевое заземление. Примерами однофазовых потребителей являются розетки.
Как вычислить?
Расчет мощности трехфазной сети считается так: I=P/U. Это самая примитивная формула, которой пользуются в школах.
Общее высчитывание строится на таковой записи: Pобщ=Uа∙Iа∙cosа+ Ub∙Ib∙cosb+ Uc∙Ic∙cosc. Тут cos обозначает перемены в P, а буковкы вблизи с ним — те же фазы, идущие вблизи с линиями.
Формулы для расчётов цепи неизменного тока
Расчет и формула мощности в трехфазной сети: P=U*I
Расчет силы тока по мощности и напряжению: I=P/U
Существует формула расчета мощности по току (полной нагрузке). Тут необходимо теоретическое осознание того, что есть 3 полосы и у каждой есть свое P и U: Р=А1+В1+С1. Необходимо просто сложить все значения.
Формула расчета тока нагрузки:
Высчитать ток по мощности можно самому, но это тяжело. 1 из методов — устроить куцее замыкание (электросеть очень сильно перегревается) либо с устройством амперметром. Выполнить это, в отличие, от расчета напряжения труднее.
Осознать, что у вас неувязка с подачей напряжения можно по мерклому свету лампочек, повторяющемуся «мерцанию». I — непостоянная черта, меняющаяся и зависящая от различных причин. Но делать замеры Ампер необходимо, так вы можете оценить способность автоматических выключателей включить защиту от КЗ, проверить контур заземления.
Активная, реактивная и полная (кажущаяся) мощности
Другими словами активную мощность можно именовать: фактическая, реальная, нужная, настоящая мощность. В цепи неизменного тока мощность, питающая нагрузку неизменного тока, определяется как обычное произведение напряжения на нагрузке и протекающего тока, другими словами
так как в цепи неизменного тока нет понятия фазового угла между током и напряжением. Другими словами, в цепи неизменного тока нет никакого коэффициента мощности.
Но при синусоидальных сигналах, другими словами в цепях переменного тока, ситуация труднее из-за наличия разности фаз между током и напряжением. Потому среднее значение мощности (активная мощность), которая в реальности питает нагрузку, определяется как:
В цепи переменного тока, если она чисто активная (резистивная), формула для мощности та же самая, что и для неизменного тока: P = U I.
Формулы для активной мощности
P = U I — в цепях неизменного тока
P = U I cosθ — в однофазовых цепях переменного тока
P = √3 UL IL cosθ — в трёхфазных цепях переменного тока
P = √ (S 2 – Q 2 ) либо
P =√ (ВА 2 – вар 2 ) либо
Активная мощность = √ (Полная мощность 2 – Реактивная мощность 2 ) либо
кВт = √ (кВА 2 – квар 2 )
Реактивная мощность (Q)
Также её массивно было бы именовать никчемной либо безваттной мощностью.
Мощность, которая повсевременно перетекает туда и назад между источником и нагрузкой, известна как реактивная (Q).
Реактивной именуется мощность, которая потребляется и потом ворачивается нагрузкой из-за её реактивных параметров. Единицей измерения активной мощности является ватт, 1 Вт = 1 В х 1 А. Энергия реактивной мощности поначалу скапливается, а потом высвобождается в виде магнитного поля либо электрического поля в случае, соответственно, индуктивности либо конденсатора.
Реактивная мощность определяется, как
и может быть положительной (+Ue) для индуктивной нагрузки и отрицательной (-Ue) для емкостной нагрузки.
Единицей измерения реактивной мощности является вольт-ампер реактивный (вар): 1 вар = 1 В х 1 А. Проще говоря, единица реактивной мощности определяет величину магнитного либо электрического поля, произведённого 1 В х 1 А.
Формулы для реактивной мощности
Реактивная мощность = √ (Полная мощность 2 – Активная мощность 2 )
квар = √ (кВА 2 – кВт 2 )
Полная мощность (S)
Полная мощность – это произведение напряжения и тока при игнорировании фазового угла между ними. Вся мощность в сети переменного тока (рассеиваемая и поглощаемая/возвращаемая) является полной.
Композиция реактивной и активной мощностей именуется полной мощностью. Произведение действующего значения напряжения на действующее значение тока в цепи переменного тока именуется полной мощностью.
Она является произведением значений напряжения и тока без учёта фазового угла. Единицей измерения полной мощности (S) является ВА, 1 ВА = 1 В х 1 А. Если цепь чисто активная, полная мощность равна активной мощности, а в индуктивной либо ёмкостной схеме (при наличии реактивного сопротивления) полная мощность больше активной мощности.
Формула для полной мощности
Полная мощность = √ (Активная мощность 2 + Реактивная мощность 2 )
kUA = √(kW 2 + kUAR 2 )
Следует увидеть, что:
- резистор потребляет активную мощность и отдаёт её в форме тепла и света.
- индуктивность потребляет реактивную мощность и отдаёт её в форме магнитного поля.
- конденсатор потребляет реактивную мощность и отдаёт её в форме электрического поля.
Все эти величины тригонометрически соотносятся вместе, как показано на рисунке:
