Электроника как искусство: электрический ток / Хабр

Не влезай. Убьет! (с)

Среднестатистическая грамотность населения в области электроники и электротехники оставляет желать лучшего. Максимум, спаять схемку, а как она работает — темный лес. К сожалению, все русскоязычные учебники пестрят формулами и интегралами, от них любого человека потянет в сон. В англоязычной литературе дела обстоят несколько лучше. Попадаются довольно интересные издания, но камнем преткновения здесь уже выступает английский язык. Постараюсь изложить основные понятия по электротехнике максимально доступно, в вольном стиле, не от инженера инженеру, а от человека человеку. Сведущий читатель, возможно, тоже найдет для себя несколько интересных моментов.

Электрический ток

Пути электрического тока неисповедимы. (с) мысли из интернета

На самом деле, нет. Все так или иначе можно описать с помощью математической модели, моделирования, да даже прикинув по-быстренькому на бумажке, а некоторые уникумы делают это в голове. Кому как удобнее. На самом деле, эпиграф этой главы родился от незнания, что же такое электрический ток.

Электрический ток характеризуется несколькими параметрами. Напряжением U и током I. Конечно, все мы помним определения по физике, но мало кто понимает их значения. Начну с напряжения. Разность потенциалов или работа по перемещению заряда, как сухо и неинтересно пишут в учебниках. На самом деле, напряжение всегда измеряется между двумя точками. Оно характеризует способность создавать электрический ток между этими двумя точками. Назовем эти точки источником напряжения. Чем больше напряжение, тем больше ток. Меньше напряжения – меньше ток. Но об этом чуть позже.

Что же такое ток? Представьте аналогию русло реки – это провода, электрический ток – это скорость потока воды в реке. Тогда напряжение здесь – перепад высоты между начальной точкой реки и конечной точкой. Или напряжение – это насос гоняющий воду, если река течет в одной плоскости. Такие аналогии на начальных этапах очень помогают понять, что же происходит в электрической схеме. Но, в конечном итоге, лучше от них отказаться. Лучше представить ток как некий поток электронов. Количество заряда, перемещаемое в единицу времени. Конечно, в учебниках говорится, что де электроны движутся со скоростью несколько сантиметров в минуту и значение имеет лишь электромагнитное поле, но пока забудем про это. Итак, под током можно понимать движение электрического тока, т.е. заряда. Носители заряда, электроны, отрицательно заряжены и двигаются от отрицательного потенциала к положительному, электрический ток же имеет направление от положительного потенциала к отрицательному, от плюса к минусу, так принято для удобства и так мы будем пользоваться в дальнейшем, забыв про заряд электрона.

Конечно, сам по себе ток не появится, нужно создать напряжение между двумя точками и нужна какая-либо нагрузка для протекания тока через нее, подключенная к этим двум точками. Очень полезно знать свойство, что для протекания тока нужно два проводника: прямой, до нагрузки, и обратный, от нагрузки до источника. Например, если не замкнуты проводники источника напряжения, то тока не будет.

Что же такое источник напряжения? Представим его в виде черного ящика, имеющего как минимум два вывода для подключения. Самые простые примеры из реальной жизни: электрическая розетка, батарейка, аккумулятор и т.п.

Идеальный источник напряжения обладает неизменным напряжением при протекании через него любого значения тока. Что же будет, если замкнуть зажимы идеального источника напряжения? Потечет бесконечно большой ток. В реальности источники напряжения не могут отдать бесконечно большой ток, потому что обладают некоторым сопротивлением. Например, провода в сетевой розетке 220в от самой розетки до подстанции имеют сопротивление, пусть и малое, но довольно ощутимое. Провода от подстанций до электростанций тоже имеют сопротивление. Нельзя забывать про полное сопротивление трансформаторов и генераторов. Батарейки имеют внутреннее сопротивление, обусловленное внутренней химической реакцией, которая имеет конечную скорость протекания.

Что же такое сопротивление? Вообще, это тема довольно обширная. Возможно, опишу в одной из следующих глав. Если кратко – это параметр, связывающий ток и напряжение. Оно характеризует, какой ток потечет при приложенном напряжении к этому сопротивлению. Если говорить «водной» аналогией, то сопротивление – это дамба на пути реки. Чем меньше отверстие в дамбе – тем больше сопротивление. Эту связь описывает закон Ома: . Как говорится: «Не знаешь закон Ома, сиди дома!».

Зная закон Ома, не сидя дома, имея какой-либо источник тока с заданным напряжением и сопротивление в виде нагрузки, мы очень точно можем предсказать какой потечет ток.
Реальные источники напряжения имеют какое-то свое внутреннее напряжение и отдают некий конечный ток, называемый током короткого замыкания. При этом батареи и аккумуляторы еще и разряжаются со временем и имеют нелинейное внутреннее сопротивление. Но пока тоже забудем об этом, и вот почему. В реальных схемах удобнее проводить анализ с использованием сиюминутных мгновенных значений напряжения и тока, поэтому будем считать источники напряжения идеальными. За исключением того факта, когда потребуется посчитать максимальны ток, который способен отдать источник.

Насчет «водной» аналогии электрического тока. Как я уже писал, она не очень правдива, поскольку скорость движения реки до дамбы и после дамбы будет разным, также разным будет кол-во воды до и после дамбы. В реальных схемах электрический ток втекающий в резистор и вытекающий из него будет равен между собой. Ток по прямому проводу, к нагрузке, и по обратному проводу, от нагрузки до источника, тоже равен между собой. Ток ни откуда не берется и никуда не девается, сколько «втекло» в узел схемы, столько и «вытечет», даже если путей несколько. Например, если есть два пути протекания тока от источника, то он потечет по этим путям, при этом полный ток источника будет равен сумме двух токов. И так далее. Это и есть иллюстрация закона Кирхгофа. Это очень просто.

Также есть еще два важных правила. При параллельном соединении элементов, напряжение в каждом из элементов одинаково. Например, напряжение на резисторе R2 и R3, на рисунке выше, одинаковы, но токи могут быть разными, если резисторы имеют разные сопротивления, по закону Ома. Ток через батарейку равен току на резисторе R1 и равен сумме токов на резисторах R2 и R3. При последовательном соединении напряжения элементов складываются. Например, напряжение которое выдает батарея, т.е. ее ЭДС, равно напряжению на резисторе R1 + напряжение на резисторе R2 или R3.

Как я уже писал, напряжение измеряется всегда между двумя точками. Иногда, в литературе можно встретить: «Напряжение в точке такой-то». Это означает напряжение между этой точкой и точкой нулевого потенциала. Создать точку нулевого потенциала можно, например, заземлив схему. Обычно «землят» схему в месте самого отрицательно потенциала около источника питания, например, как на рисунке выше. Правда это бывает не всегда, да и применение нуля довольно условно, например, если нам нужно двухполярное питание +15 и -15 вольт, то «землить» надо уже не -15в, а потенциал посредине. Если же заземлить -15в, то мы получим 0, +15, +30в. См. рисунки ниже.

Заземление также применяется в качестве защитного или рабочего. Защитное заземление называют зануление. Если нарушится изоляция схемы в каком-нибудь другом участке, отличном от земли, то по нулевому проводу потечет большой ток и сработает защита, которая отключит часть схемы. Защиту мы должны предусмотреть заранее, поставив автоматический выключатель или иное устройство на пути протекания тока.

Иногда «землить» схему нельзя или невозможно. Вместо земли применяют термин общая точка или ноль. Напряжения в таких схемах указываются относительно общей точки. При этом вся схема относительно земли, т.е. нулевого потенциала может располагаться где угодно. См. рисунок.

Обычно, Xv близко к 0 вольт. Такие незаземленные схемы с одной стороны более безопасны, поскольку если человек прикоснется одновременно к схеме и земле ток не потечет, т.к. нет обратного пути протекания тока. Т.е. схема станет «заземлена» через человека. Но с другой стороны такие схемы каверзны. Если вдруг нарушится изоляция схемы от земли в какой-либо ее точке, то мы этого не узнаем. Что может быть опасно, при больших напряжениях Xv.

Вообще земля — это термин довольно обширный и расплывчатый. Есть очень много терминов и названий земли, смотря где «землить» схему. Под землей может пониматься как защитная земля, так и рабочая земля (по протеканию тока через нее при нормальной работе), как сигнальная земля, так и силовая земля (по роду тока), как аналоговая земля, так и цифровая земля (по роду сигнала). Под землей может пониматься общая точка или наоборот, под общей точкой пониматься земля или и быть ей. Также в схеме могут присутствовать все земли одновременно. Так что надо смотреть по контексту. Есть даже такая забавная картиночка в иностранной литературе, см. ниже. Но обычно земля – это схемные 0 вольт и это точка от которой измеряют потенциал схемы.

До сих пор, упоминая источник напряжения, я не касался рода этого самого напряжения. Напряжение есть меняющееся со временем и есть не меняющееся. Т.е. переменное и постоянное. Например, напряжение, меняющееся по синусоидальному закону всем хорошо знакомо, это напряжение сети 220в в бытовых розетках. С постоянным напряжением работать очень просто, мы это уже делали выше, когда рассматривали закон Кирхгофа. А что же делать с переменным напряжением и как его рассматривать?

На рисунке приведены несколько периодов переменного напряжения 220в 50Гц (синяя линия). Красная линия – постоянное напряжение 220в, для сравнения.

Определимся, сначала что такое напряжение 220в, кстати, по новому стандарту положено считать 230в. Это действующее значение напряжения. Амплитудное значение будет в корень из 2х раз выше и составит примерно 308в. Действующее значение – это такое значение напряжения, при котором за период переменного тока в проводнике выделяется столько же теплоты, сколько и при постоянном токе такого же напряжения. Выражаясь математическим языком – это среднеквадратичное значение напряжения. В английской литературе используется термин RMS, а приборы, которые измеряют истинное действующее значение имеют знак «true RMS».

На первый взгляд это может показаться неудобным, какое-то действующее значение, но это удобно для расчетов мощности без необходимости конвертации напряжения.

Переменное напряжение еще удобно рассматривать как постоянное напряжение, взятое в какой-либо точке времени. После чего проводить анализ схемы несколько раз, изменяя знак постоянного напряжение на обратный. Сначала рассмотреть работу схемы с постоянным положительным напряжением, потом, изменить знак, с положительного на отрицательный.
Для переменного напряжения также необходимо два провода. Они называются фаза и ноль. Иногда ноль заземляют. Такая система называется однофазной. Напряжение фазы измеряется относительно нуля и меняется со временем, как показано на рисунке выше. При положительной полуволне напряжения ток протекает от фазы к активной нагрузке и от нагрузки возвращается обратно по нулевому проводу. При отрицательной полуволне ток течет по нулевому проводу и возвращается по фазному.

В промышленности широко применяют трехфазную сеть. Это частный случай многофазных систем. По сути все тоже самое, что и однофазная система, только умноженная на 3, т.е. применение одновременно трех фаз и трех земель. Впервые изобретено Н. Тесла, впоследствии усовершенствовано М. О. Доливо-Добровольским. Усовершенствование состояло в том, что для передачи трехфазного электрического тока можно было выкинуть лишние провода, достаточно четырех: три фазы ABC и нулевой провод или же вовсе три фазы, отказавшись от нуля. Нулевой провод очень часто заземляют. На рисунке ниже ноль общий.

Почему же 3 фазы, и не больше, не меньше? С одной стороны, 3 фазы гарантированно создают вращающееся магнитное поле, так необходимое электрическим двигателям для вращения или получаемое от генераторов электростанций, с другой стороны это экономически выгодно с материальной точки зрения. Меньше нельзя, а больше и не нужно.

Чтобы гарантировано создавать вращающееся поле в трехфазной сети нужно чтобы фазы напряжения были сдвинуты друг относительно друга. Если принять полный период напряжения за 360 градусов, то 360/3 = 120 градусов. Т.е. напряжение каждой фазы сдвинуто относительно друг друга на 120 градусов. См. рисунок ниже.

Здесь показан график напряжения 3-х фазной сети 380в по времени. Как видно из рисунка, все тоже самое, что и с однофазной сетью, только напряжений стало больше. 380в – это так называемое линейное напряжение сети Uл, т.е. напряжение, измеряемое между двумя фазами. На рисунке показан пример нахождения мгновенного значения Uл. Оно также изменяется по синусоидальному закону. Также наряду с линейным напряжением различают фазное Uф. Оно измеряется между фазой и нулем. Фазное напряжение в данной трехфазной сети равно 220в. Под фазным и линейным напряжение, конечно же подразумевается действующее напряжение. Соотносятся линейное к фазному напряжению, как корень из трех.

Нагрузку к трехфазной сети можно подключать как угодно – к фазному напряжению: между какой-либо фазой и нулем, либо к линейному напряжению: между двумя фазами. Если нагрузка подключена к фазному напряжению, то такая схема соединения называется звездой. Она и показана выше. Если к линейному напряжения – то соединение треугольником. Если одинаковая нагрузка подключается к линейным напряжениям между всеми тремя фазами, то такие сети симметричные. Ток через нулевой провод в симметричных сетях не течет. См рис. ниже. Промышленные сети также считаются условно симметричными. Как правило ноль в таких сетях присутствует, но лишь в защитных целях. Иногда может и отсутствовать вообще. Веселая картиночка из вики наглядно иллюстрирует как протекает ток в таких сетях.

На этом кратенький обзор по электросетям и электричеству завершен. Возможно в будущем объясню на пальцах как работает диод и транзистор, что такое стабилитрон, тиристор и другие элементы. Пишите, про что вам интересно почитать.

Библиографический список

1. Искусство схемотехники, П. Хоровиц. 2003.
2. GROUNDS FOR GROUNDING. A Circuit-to-System Handbook, Elya B. Joffe, Kai-Sang Lock.
3. Wiki и интернет ресурсы.

Калькулятор зависимости силы тока от напряжения и сопротивления. Ом

Все источники питания рассчитаны на предельную нагрузку (на определенную мощность).

По сути любой источник энергии имеет определенное напряжение на выходе, а так же определенную допустимую силу тока. При превышении максимальной силы тока (мощности) источник питания может сгореть.

Давайте представим, что у нас есть источник питания  с напряжением 12 Вольт и с допустимой силой тока в 1 Ампер.
Если подключим к такому источнику нагрузку в виде сопротивления 24 Ома, через чем будет протекать ток равный ½ максимально допустимого тока — тоесть 0,5 Ампера.
Если параллельно мы подключим еще одно сопротивление 24  Ома сила тока достигнет максимально допустимой в 1 Ампер.

Схема зависимости силы тока от сопротивления нагрузки

Подключив еще одно сопротивление параллельно к источнику питания через цепь будет протекать ток в 1,5 раза больше допустимого.  При такой нагрузке в источнике питания скорее всего сгорит предохранитель, возможно такой источник питания даже сгорит сам в условиях перегрузки.

По сути тоже самое происходит когда вы подключаете низкоомную нагрузку к усилителю. Если вы подключите к усилителю нагрузку (скажем динамик) с сопротивлением меньше, чем заявленная в характеристиках усилителя, он может сгореть. Тоже самое произойдет, если вы подключите несколько динамиков параллельно, тем самым увеличив силу тока а значит и мощность.

Сопротивление нагрузки может служить инструментом регулировки выходной мощности усилителя. Чем меньше сопротивление нагрузки тем больший будет протекать через него, а значит и мощность будет больше. Не забываейте, что нельзя допускать понижения сопротивления ниже заявленных параметров усилителя . Помните что короткое замыкание это 0 Ом! Наверно вы уже догадываетесь почему.

Пример расчета зависимости силы тока от сопротивления проводника или потребителя (нагрузки)

Так как основные примеры электроники мы рассматриваем на примерах автозвука…. Давайте предположим, что у нас есть усилитель мощностью 100 Ватт  (мощность мы разберем более подробно чуть позже) и он рассчитан на минимальное сопротивление 4 Ома.
Это означает, что усилитель может генерировать мощность до 100 Ватт на нагрузку в 4 Ома, и если сопротивление нагрузки будет меньше, вполне вероятно он сгорит.

Для того что бы достичь мощности в 100 Ватт на 5 Ома через цепь нагрузки должен протекать ток в 5 Ампер.

Для того что бы такой ток протекал через нагрузку 4 Ома, необходимо создать разность потенциалов (напряжение) на контактах динамика в 20 Вольт. (то есть при максимальной мощности, напряжение на контактах динамика будет равно 20 Вольт).

Пусть множество этих цифр не сбивает вас с толку, мы ниже более подробно рассмотрим все определения.

Ниже приведен калькулятор который рассчитывает силу тока в зависимости от напряжения и сопротивления.

Калькулятор зависимости силы тока от напряжения и сопротивления.

 

Если вы введете наши исходные данные 20 Вольт и 4 Ома в исходные параметры, вы увидите в результатах калькулятора что через нагрузку будет протекать ток в 5 Ампер. Если вы уменьшите сопротивление до 2 Ом, сила тока увеличится вдвое. Но как мы помним максимальная допустимая сила тока для нашего усилителя 5 Ампер и более низкое сопротивление нагрузки приведет к повышению силы тока, а это может повредить ваш усилитель.

Используйте этот калькулятор для расчета силы тока протекающего через нагрузку.

— Калькулятор наглядно продемонстрирует вам как напряжение приложенное к нагрузке, а так же сопротивление нагрузки, влияет на ток протекающий в цепи
— вы можете отдельно менять  Вольтаж и сопротивление
— обратите внимание, что увеличение силы тока обычно связано с увеличением приложенного напряжения и УМЕНЬШЕНИЕМ сопротивления.

Понижение силы тока связано обычно с понижением напряжения и УВЕЛИЧЕНИЕМ сопротивления.

п.с. Когда вы покупаете динамики для вашей аудиосистемы вы должны знать минимальное сопротивление на которое рассчитан ваш усилитель, что бы получить от него максимальную мощность. Зная параметры усилителя вы можете точно выбрать правильный динамик (как с одной катушкой так и с двумя — помните о параллельном и последовательном соединении).

!!! Помните что Ом это единица выражающая сопротивление нагрузки  протеканию электрического тока.
 

ток или напряжение, и почему это происходит?

Опасность электричества не миф, хуже того, несмотря на всеобщую осведомленность об этом факте, практически каждый человек может сказать, что ему доводилось при каких-то обстоятельствах ощутить на собственной шкуре электрический удар. Исход подобного воздействия не обязательно плачевен, однако, опасность летального исхода – это неотъемлемый спутник халатного обращения с электричеством.

Именно поэтому на электроустановках устанавливают предупреждающие плакаты, например, «Высокое напряжение! Опасно для жизни!» или «Не влезай! Убьет!». В связи с чем у многих возникает путаница, что убивает ток или напряжение, чего же им стоит опасаться.

В чем отличие между током и напряжением?

Если рассмотреть физический процесс, то электрическая энергия имеет множество различных характеристик, среди которых наиболее часто рассматриваются напряжение и ток. Сразу заметим, что это не одно и то же, но обе они взаимосвязаны.

В каждом веществе присутствует несчетное количество мельчайших атомов, в которых происходит электромагнитное взаимодействие между положительно заряженным ядром и отрицательно заряженными электронами, вращающимися вокруг ядра. В нормальном состоянии элементарные частицы находятся в балансе – заряд ядра полностью скомпенсирован зарядами электронов. Но, воздействие электромагнитного поля на атомы приводит наиболее удаленные электроны в движение, и атомы выходят из равновесия – получают определенный заряд.

Рис. 1. Строение атома

Под напряжением следует понимать разницу между двумя зарядами – в одной точке энергии больше, а в другой меньше. Можно провести аналогию с сообщающимися сосудами, если воды в одной трубке больше, а во второй меньше, то при их соединении вода из первой будет перетекать во вторую. Так же и с напряжением – потенциально в каждой точке имеется определенный заряд энергии, созданный электромагнитным полем, но до тех пор, пока эти точки не соединятся электрической цепью, заряженные частицы не начнут направленного движения.

Рис. 2. Что такое напряжение

Но, с появлением связующей цепи, напряжение между двумя точками приведет к направленному движению заряженных частиц. Это явление получило название электрического тока.

В зависимости от особенностей источника электрической энергии напряжение и ток могут носить:

• постоянный характер – не зависимо от наличия или отсутствия нагрузки, величина напряжения не меняется, относится к источникам неограниченной мощности;
• изменяться в зависимости от величины нагрузки – относятся к источника с ограниченной мощностью, где величина питающего напряжения снижается при замыкании цепи;
• временный – при подключении нагрузки к источнику питания заряд полностью рассеивается через короткий промежуток времени, это конденсаторы, в некоторых ситуациях наведенное напряжение.

Поэтому ток не может протекать без наличия напряжения на участке цепи, но именно ток определяет интенсивность воздействия электрической энергии на человека.

Воздействие тока и напряжения на организм

Чтобы определить степень воздействия на человека, следует отметить, что тело представляет собой проводник электрической энергии, через который может свободно протекать электрический ток. Однако, согласно закону Ома, сила тока на любом участке электрической цепи  прямо пропорциональна напряжению, приложенному к этому участку и обратно пропорциональна сопротивлению:

I = U/R;

где

• I – сила тока;  
• U – величина приложенного напряжения;
• R – сопротивление тела человека.

Рис. 3: от чего зависит сила тока

Как можно судить из вышеприведенного выражения, чем больше омическое сопротивление, тем меньше ток, протекающий через человека. Напряжение электрической сети – величина постоянная и мало зависящая от того, что к ней подключено.

А вот на сопротивление человека влияют многие факторы:

• состояние кожных покровов в местах прикосновения к токоведущим частям;
• увлажненность кожи;
• общее физиологическое состояние организма;
• состав крови.

Помимо этого прохождение тока будет зависеть и от состава напольного покрытия, если цепь замкнется через ноги. В среднем, сопротивление человека принимается равным 1000 Ом, сухая кожа может иметь сопротивление в 100 000 Ом, но рассчитывать на такой показатель не стоит. Если рассмотреть ситуацию, когда 220 вольт приложено к человеку с сопротивлением 1000 Ом, то удар током достигнет 0,22А  или 220 мА, а это опасная величина.

Чтобы представлять себе всю картину, нужно знать следующее:

• при 1 – 10 мА удар электрическим током не ощущается, человек свободно отпустит токоведущий элемент без угрозы для собственной жизни;
• от 15 – 50 мА воздействие электричества вызывает сокращения мышц и болезненные ощущения, самостоятельное освобождение человека может оказаться затруднительным;
• от 50 – 100 мА воздействие электрического тока затрагивает сердце, поэтому становится опасным для жизни;
• от 100 – 200 мА поражение электрической энергией может нанести летальный урон организму.

Вышеприведенные данные справедливы для переменного тока частотой 50 Гц, это обуславливается наличием амплитудных составляющих и пикового значения, как в положительную, так и в отрицательную сторону.  При постоянном токе опасное для жизни значение считается от 300 мА и выше.

Более детально о воздействии электрического тока на организм человека было изложено в нашей статье: https://www.asutpp.ru/dejstvie-elektricheskogo-toka-na-organizm-cheloveka.html

Подводя итоги

Как видите, токовая составляющая, воздействующая на человека, и определяет, какие ситуации считаются опасными, а какие нет. Но, в то же время, без разности потенциалов электрический ток вообще протекать через человека не будет. Прямой тому пример – выполнение работ под напряжением, когда человек свободно касается проводов, а смертельно опасное электричество его не бьет. Проблема решается изолирующей вставкой между землей и ногами человека, которая разрывает электрическую цепь.

Рис. 4. Работа под напряжением с изолированной вышки

Помимо этого существует целый разряд электроустановок, которые относятся к безопасным за счет питания низким напряжением. Так, потенциально безопасными можно назвать уровни не более 42 В переменного и 100 В постоянного, а все остальные относятся к опасному или высокому напряжению.  Но не испытывайте судьбу, лучше перестраховаться и воспользоваться средствами индивидуальной защиты, а в любой непонятной ситуации воздержаться от взаимодействия с электроустановкой, оборванными проводами или корпусом поломанного бытового прибора, включенного в сеть.

Видео пояснение

Как повысить силу тока, не изменяя напряжения

Из статьи вы узнаете как повысить силу тока в цепи зарядного устройства, в блоке питания, трансформатора, в генераторе, в USB портах компьютера не изменяя напряжения.

Что такое сила тока?

Электрический ток представляет собой упорядоченное перемещение заряженных частиц внутри проводника при обязательном наличии замкнутого контура.

Появление тока обусловлено движением электронов и свободных ионов, имеющих положительный заряд.

В процессе перемещения заряженные частицы могут нагревать проводник и оказывать химическое действие на его состав. Кроме того, ток может оказывать влияние на соседние токи и намагниченные тела.

Сила тока — электрический параметр, представляющий собой скалярную величину. Формула:

I=q/t, где I — сила тока, t — время, а q — заряд.

Стоит знать и закон Ома, по которому ток прямо пропорционален U (напряжению) и обратно пропорционален R (сопротивлению).

I=U/R.

Сила тока бывает двух видов — положительной и отрицательной.

Ниже рассмотрим, от чего зависит этот параметр, как повысить силу тока в цепи, в генераторе, в блоке питания и в трансформаторе.

Приведем проверенные рекомендации, которые позволят решить поставленные задачи.

От чего зависит сила тока?

Чтобы повысить I в цепи, важно понимать, какие факторы могут влиять на этот параметр. Здесь можно выделить зависимость от:

• Сопротивления. Чем меньше параметр R (Ом), тем выше сила тока в цепи.
• Напряжения. По тому же закону Ома можно сделать вывод, что при росте U сила тока также растет.
• Напряженности магнитного поля. Чем она больше, тем выше напряжение.
• Числа витков катушки. Чем больше этот показатель, тем больше U и, соответственно, выше I.
• Мощности усилия, которое передается на ротор.
• Диаметра проводников. Чем он меньше, тем выше риск нагрева и перегорания питающего провода.
• Конструкции источника питания.
• Диаметра проводов статора и якоря, числа ампер-витков.
• Параметров генератора — рабочего тока, напряжения, частоты и скорости.

Как повысить силу тока в цепи?

Бывают ситуации, когда требуется повысить I, который протекает в цепи, но при этом важно понимать, что нужно принять меры по защите электроприборов, сделать это можно с помощью специальных устройств.

Рассмотрим, как повысить силу тока с помощью простых приборов.

Для выполнения работы потребуется амперметр.

Вариант 1.

По закону Ома ток равен напряжению (U), деленному на сопротивление (R). Простейший путь повышения силы I, который напрашивается сам собой — увеличение напряжения, которое подается на вход цепи, или же снижение сопротивления. При этом I будет увеличиваться прямо пропорционально U.

К примеру, при подключении цепи в 20 Ом к источнику питания c U = 3 Вольта, величина тока будет равна 0,15 А.

Если добавить к цепи еще один источник питания на 3В, общую величину U удается повысить до 6 Вольт. Соответственно, ток также вырастет в два раза и достигнет предела в 0,3 Ампера.

Подключение источников питания должно осуществляться последовательно, то есть плюс одного элемента подключается к минусу первого.

Для получения требуемого напряжения достаточно соединить в одну группу несколько источников питания.

В быту источники постоянного U, объединенные в одну группу, называются батарейками.

Несмотря на очевидность формулы, практические результаты могут отличаться от теоретических расчетов, что связано с дополнительными факторами — нагревом проводника, его сечением, применяемым материалом и так далее.

В итоге R меняется в сторону увеличения, что приводит и к снижению силы I.

Повышение нагрузки в электрической цепи может стать причиной перегрева проводников, перегорания или даже пожара.

Вот почему важно быть внимательным при эксплуатации приборов и учитывать их мощность при выборе сечения.

Величину I можно повысить и другим путем, уменьшив сопротивление. К примеру, если напряжение на входе равно 3 Вольта, а R 30 Ом, то по цепи проходит ток, равный 0,1 Ампер.

Если уменьшить сопротивление до 15 Ом, сила тока, наоборот, возрастет в два раза и достигнет 0,2 Ампер. Нагрузка снижается почти к нулю при КЗ возле источника питания, в этом случае I возрастают до максимально возможной величины (с учетом мощности изделия).

Дополнительное снизить сопротивление можно путем охлаждения провода. Такой эффект сверхпроводимости давно известен и активно применяется на практике.

Чтобы повысить силу тока в цепи часто применяются электронные приборы, например, трансформаторы тока (как в сварочниках). Сила переменного I в этом случае возрастает при снижении частоты.

Если в цепи переменного тока имеется активное сопротивление, I увеличивается при росте емкости конденсатора и снижении индуктивности катушки.

В ситуации, когда нагрузка имеет чисто емкостной характер, сила тока возрастает при повышении частоты. Если же в цепь входят катушки индуктивности, сила I будет увеличиваться одновременно со снижением частоты.

Также читают — как действует электрический ток на организм человека.

Вариант 2.

Чтобы повысить силу тока, можно ориентироваться на еще одну формулу, которая выглядит следующим образом:

I = U*S/(ρ*l). Здесь нам неизвестно только три параметра:

• S — сечение провода;
• l — его длина;
• ρ — удельное электрическое сопротивление проводника.

Чтобы повысить ток, соберите цепочку, в которой будет источник тока, потребитель и провода.

Роль источника тока будет выполнять выпрямитель, позволяющий регулировать ЭДС.

Подключайте цепочку к источнику, а тестер к потребителю (предварительно настройте прибор на измерение силы тока). Повышайте ЭДС и контролируйте показатели на приборе.

Как отмечалось выше, при росте U удается повысить и ток. Аналогичный эксперимент можно сделать и для сопротивления.

Для этого выясните, из какого материала сделаны провода и установите изделия, имеющие меньшее удельное сопротивление. Если найти другие проводники не удается, укоротите те, что уже установлены.

Еще один путь — увеличение поперечного сечения, для чего параллельно установленным проводам стоит смонтировать аналогичные проводники. В этом случае возрастает площадь сечения провода и увеличивается ток.

Если же укоротить проводники, интересующий нас параметр (I) возрастет. При желании варианты увеличения силы тока разрешается комбинировать. Например, если на 50% укоротить проводники в цепи, а U поднять на 300%, то сила I возрастет в 9 раз.

Как повысить силу тока в блоке питания?

В интернете часто можно встретить вопрос, как повысить I в блоке питания, не изменяя напряжение. Рассмотрим основные варианты.

Ситуация №1.

Блок питания на 12 Вольт работает с током 0,5 Ампер. Как поднять I до предельной величины? Для этого параллельно БП ставится транзистор. Кроме того, на входе устанавливается резистор и стабилизатор.

Узнайте больше — как проверить транзистор мультиметром на исправность.

При падении напряжения на сопротивлении до нужной величины открывается транзистор, и остальной ток протекает не через стабилизатор, а через транзистор.

Последний, к слову, необходимо выбирать по номинальному току и ставить радиатор.

Кроме того, возможны следующие варианты:

• Увеличить мощность всех элементов устройства. Поставить стабилизатор, диодный мост и трансформатор большей мощности.
• При наличии защиты по току снизить номинал резистора в цепочке управления.

Ситуация №2.

Имеется блок питания на U = 220-240 Вольт (на входе), а на выходе постоянное U = 12 Вольт и I = 5 Ампер. Задача — увеличить ток до 10 Ампер. При этом БП должен остаться приблизительно в тех же габаритах и не перегреваться.

Здесь для повышения мощности на выходе необходимо задействовать другой трансформатор, который пересчитан под 12 Вольт и 10 Ампер. В противном случае изделие придется перематывать самостоятельно.

При отсутствии необходимого опыта на риск лучше не идти, ведь высока вероятность короткого замыкания или перегорания дорогостоящих элементов цепи.

Трансформатор придется поменять на изделие большего размера, а также пересчитывать цепочку демпфера, находящегося на СТОКЕ ключа.

Следующий момент — замена электролитического конденсатора, ведь при выборе емкости нужно ориентироваться на мощность устройства. Так, на 1 Вт мощности приходится 1-2 мкФ.

Также рекомендуется поменять диоды с выпрямителями. Кроме того, может потребоваться установка нового диода выпрямителя на низкой стороне и увеличение емкости конденсаторов.

После такой переделки устройство будет греться сильнее, поэтому без установки вентилятора не обойтись.

Как повысить силу тока в зарядном устройстве?

В процессе пользования зарядными устройствами можно заметить, что ЗУ для планшета, телефона или ноутбука имеют ряд отличий. Кроме того, может различаться и скорость, с которой происходит заряд девайсов.

Здесь многое зависит от того, используется оригинальное или неоригинальное устройство.

Чтобы измерить ток, который поступает к планшету или телефону от зарядного устройства, можно использовать не только амперметр, но и приложение Ampere.

С помощью софта удается выяснить скорость заряда и разрядки АКБ, а также его состояние. Приложением можно пользоваться бесплатно. Единственным недостатком является реклама (в платной версии ее нет).

Главной проблемой зарядки аккумуляторов является небольшой ток ЗУ, из-за чего время набора емкости слишком большое. На практике ток, протекающий в цепи, напрямую зависит от мощности зарядного устройства, а также других параметров — длины кабеля, его толщины и сопротивления.

С помощью приложения Ampere можно увидеть, при какой силе тока производится заряд девайса, а также проверить, может ли изделие заряжаться с большей скоростью.

Для использования возможностей приложения достаточно скачать его, установить и запустить.

После этого телефон, планшет или другое устройство подключается к зарядному устройству. Вот и все — остается обратить внимание на параметры тока и напряжения.

Кроме того, вам будет доступна информация о типе батареи, уровне U, состоянии АКБ, а также температурном режиме. Также можно увидеть максимальные и минимальные I, имеющие место в период цикла.

Если в распоряжении имеется несколько ЗУ, можно запустить программу и пробовать делать зарядку каждым из них. По результатам тестирования проще сделать выбор ЗУ, обеспечивающего максимальный ток. Чем выше будет этот параметр, тем быстрее зарядится девайс.

Измерение силы тока — не единственное, на что способно приложение Ampere. С его помощью можно проверить, сколько потребляется I в режиме ожидания или при включении различных игр (приложений).

Например, после отключения яркости дисплея, деактивации GPS или передачи данных легко заметить снижение нагрузки. На этом фоне проще сделать вывод, какие опции в большей степени разряжают аккумулятор.

Что еще стоит отметить? Все производители рекомендуют заряжать девайсы «родными» ЗУ, выдающими определенный ток.

Но в процессе эксплуатации бывают ситуации, когда приходится заряжать телефон или планшет другими зарядными, имеющими большую мощность. В итоге скорость зарядки может оказаться выше. Но не всегда.

Мало, кто знает, но некоторые производители ограничивают предельный ток, который может принимать АКБ устройства.

Например, устройство Самсунг Гэлекси Альфа поставляется вместе с зарядным на ток 1,35 Ампер.

При подключении 2-амперного ЗУ ничего не меняется — скорость зарядки осталась той же. Это объясняется ограничением, которое установлено производителем. Аналогичный тест был произведен и с рядом других телефонов, что только подтвердило догадку.

С учетом сказанного выше можно сделать вывод, что «неродные» ЗУ вряд ли причинят вред аккумулятору, но иногда могут помочь в более быстрой зарядке.

Рассмотрим еще одну ситуацию. При зарядке девайса через USB-разъем АКБ набирает емкость медленнее, чем если заряжать устройство от обычного ЗУ.

Это объясняется ограничением силы тока, которую способен отдавать USB порт (не больше 0,5 Ампер для USB 2.0). В случае применения USB3.0 сила тока возрастает до уровня 0,9 Ампер.

Кроме того, существует специальная утилита, позволяющая «тройке» пропускать через себя больший I.

Для устройств типа Apple программа называется ASUS Ai Charger, а для других устройств — ASUS USB Charger Plus.

Как повысить силу тока в трансформаторе?

Еще один вопрос, который тревожит любителей электроники — как повысить силу тока применительно к трансформатору.

Здесь можно выделить следующие варианты:

• Установить второй трансформатор;
• Увеличить диаметр проводника. Главное, чтобы позволило сечение «железа».
• Поднять U;
• Увеличить сечение сердечника;
• Если трансформатор работает через выпрямительное устройство, стоит применить изделие с умножителем напряжения. В этом случае U увеличивается, а вместе с ним растет и ток нагрузки;
• Купить новый трансформатор с подходящим током;
• Заменить сердечник ферромагнитным вариантом изделия (если это возможно).

В трансформаторе работает пара обмоток (первичная и вторичная). Многие параметры на выходе зависят от сечения проволоки и числа витков. Например, на высокой стороне X витков, а на другой — 2X.

Это значит, что напряжение на вторичной обмотке будет ниже, как и мощность. Параметр на выходе зависит и от КПД трансформатора. Если он меньше 100%, снижается U и ток во вторичной цепи.

С учетом сказанного выше можно сделать следующие выводы:

• Мощность трансформатора зависит от ширины постоянного магнита.
• Для увеличения тока в трансформаторе требуется снижение R нагрузки.
• Ток (А) зависит от диаметра обмотки и мощности устройства.
• В случае перемотки рекомендуется использовать провод большей толщины. При этом отношение провода по массе на первичной и вторичной обмотке приблизительно идентично. Если на первичную обмотку намотать 0,2 кг железа, а на вторичную — 0,5 кг, первичка сгорит.

Как повысить силу тока в генераторе?

Ток в генераторе напрямую зависит от параметра сопротивления нагрузки. Чем ниже этот параметр, тем выше ток.

Если I выше номинального параметра, это свидетельствует о наличии аварийного режима — уменьшения частоты, перегрева генератора и прочих проблем.

Для таких случаев должна быть предусмотрена защита или отключение устройства (части нагрузки).

Кроме того, при повышенном сопротивлении напряжение снижается, происходит подсадка U на выходе генератора.

Чтобы поддерживать параметр на оптимальном уровне, обеспечивается регулирование тока возбуждения. При этом повышение тока возбуждения ведет к росту напряжения генератора.

Частота сети должна находиться на одном уровне (быть постоянной величиной).

Рассмотрим пример. В автомобильном генераторе необходимо повысить ток с 80 до 90 Ампер.

Для решения этой задачи требуется разобрать генератор, отделить обмотку и припаять к ней вывод с последующим подключением диодного моста.

Кроме того, сам диодный мост меняется на деталь большей производительности.

После этого требуется снять обмотку и кусок изоляции в месте, где должен припаиваться провод.

При наличии неисправного генератора с него откусывается вывод, после чего с помощью медной проволоки наращиваются ножки такой же толщины.

После припаивания место стыка изолируется термоусадкой.

Следующим этапом требуется купить 8-диодный мост. Найти его — весьма сложная задача, но нужно постараться.

Перед установкой желательно проверить изделие на исправность (если деталь б/у, возможен пробой одного или нескольких диодов).

После установки моста крепите конденсатор, а далее — регулятор напряжения на 14,5 Вольт.

Можно приобрести пару регуляторов — на 14,5 (немецкий) и на 14 Вольт (отечественный).

Теперь высверливаются клепки, отпаиваются ножки и разделяются таблетки. Далее таблетка подпаивается к отечественному регулятору, который фиксируется с помощью винтов.

Остается припаять отечественную «таблетку» к иностранному регулятору и собирать генератор.

Итоги

Как видно из статьи, повысить силу тока, не изменяя напряжение в сети, реально.

Главное — разобраться с особенностями конструкции устройства, которое подлежит корректировке, и иметь практические навыки работы с измерительными приборами и паяльником. Кроме того, важно осознавать потенциальные риски от внесения корректировок.

Чем больше ток тем меньше напряжение

Если трансформатор повышает напряжение, то сила тока должна быть выше . Почему так не происходит?

А если подсоединить 2 трансформатора. На одном увеличить напряжение (повышающий), а на втором увеличить ток (понижающий), а потом соединить выходы вместе?

Вы бы хоть физику школьную почитали для начала. Выходная мощность трансформатора грубо определяется как произведение выходного напряжения на ток, текущий через нагрузку. А нагрузка рассчитана на определённое напряжение (в России в однофазной сети — это 220 Вольт). Повысишь напряжение — нагрузка гавкнуться может и витки у трансформатора перемкнутся. Нагрузишь трансформатор бОльшей нагрузкой, чем он может вытянуть — трансформатор гавкнется. Чтобы это не произошло, на подстанциях установлена РЗА — релейная защита и автоматика. Это грубо рассказано, на самом деле там огромное количество нюансов, но принцип тот же.

И в вашем случае насчёт двух трансформаторов: чтобы повысить ток нагрузки, трансформатор надо перематывать на другом сердечнике и проводом бОльшего сечения. Просто так не получится.

Здесь легко и интересно общаться. Присоединяйся!

Чем больше напряжение, тем меньше сопротивление. Чем меньше сопротивление, тем меньше сила тока. Повышают напряжение для того чтобы не было потерь тока на сопротивление проводника. А потом понижают напряжение чтобы увеличить ток. Иначе бы ток нагревал и намагничивал проводники ЛЭП вместо того, чтобы нагревать фольфрам лампочки в твоем сортире.

меньше сила тока — можно использовать провода меньшего сечения!

Именно для того, чтобы понизить силу тока и сделать провода приемлемого сечения.2 -в квадрате, х — умножить. 4. Если увеличивать ток, то. как видно из п. 3 вырастут потери мощности в проводе, провод разогреется, R возрастет за счет нагрева провода, что еще больше увеличит потери, — посему выгоднее увеличивать напряжение и снижать ток. P.S. бесконечно увеличивать напругу на эл. станции невозможно, т. к. на проводах возникнет коронный разряд, что также приведет к потерям. Эт коротенько.

просто две формулы, для двух разных проблем.

Q = I*U*t = I2*R*t = U2*t/R
от сюда видно что чем больше напряжение тем меньше потери на транспорт.

А технологический расход электроэнергии на транспорт — это основной показатель работы энергосистемы, но у распредсетей 35/10/6 кВ после этого начинается головная боль

если на лампочку подать напряжение 12 вольт при силе тока 3 ампер, то примерная мощность лампы 36 ватт. если же напряжение поднять до 24 вольт (теоретически) , то сила тока возрастёт до 6 ампер, мощность лампы составит 144 ватта, это закон Ома. Линия передаёт постоянную мощность, например 1 мегаватт, при напряжении 380 вольт это составило бы 2600 ампер.2/R (здесь потери обратно пропорциональны сопротивлению и нам выгодно иметь большее сопротивление линии передачи. )
Так же чем больше сила тока, тем толще должны быть провода
Соответственно логично повысить Напряжение и понизить Силу тока дабы снизить потери при передаче и уменьшить сечение проводов.
Наиболее разумное соотношение находится учетом всех факторов: сечение и стоимость проводов, соотношение I U R обеспечивающее наименьшие потери при данном сечении и расттоянии передачи.

Мы установили на опытах, что сила тока зависит от двух величин: напряжения (U) и сопротивления (R).

Чем выше напряжение, тем больше ток.
Чем больше сопротивление, тем меньше ток.
Когда одновременно увеличиваются в 2 раза и напряжение, и сопротивление, сила тока не меняется. Если напряжение увеличивается вдвое, а сопротивление — вчетверо, ток в итоге уменьшается в 2 раза. В конечном счете можно сделать вывод, что сила тока равна отношению (дроби) напряжения и сопротивления:

Этот закон был открыт в XIX в. учителем физики Георгом Омом (1787 – 1854), за что и назван законом Ома.
Способ вычисления сопротивления из закона Ома:

Теперь понятна причина опасности короткого замыкания — при ничтожно малом сопротивлении сила тока резко возрастает, что легко может вызвать пожар.

Закон Ома

— пожалуй самый наиболее используемый закон в электронике.

Многих начанаяющих отпугивает его строгая книжная формулировка, за которой кроется простота его применения.

Закон Ома гласит: величина тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к этому участку, и обратно пропорциональна его сопротивлению:

 

U=IxR; R=U/I; I=U/R;
где I — это ток в цепи, измеряется в Амперах
   U — это напряжение, измеряется в Вольтах
   R — это сопротивление, измеряется в Омах

Данная формула очень проста, чтобы было проще её запомнить, вы можете нарисовать себе на лююбом листке бумаги треугольник, котрый вы видите ниже. Это магический треугольник закона Ома — закрыв величину, которую вам необходимо найти, на оставшейся части треугольника вы увидите необходимую вам формулу.

 

 

например, мы знаем рабочий ток и напряжение лампы (на лампочках для фонариков они указываются прямо на цоколе). Как же найти сопротивление нити накаливания этой лампы? Все просто, закрываем сопротивление в треугольнике и видим, что остается напряжение деленное на ток:

Дано:

Источник тока 6.3 В (Вольта) (Аккамулятор)

Лампа на 6.3 Вольта, 100 мА (мили Ампер)

 

Согластно формуле получаем ответ: 6.3/100 = 0.63 Верблюда.

 

Лирическое отступление 1:

Почему верблюды? Да потому что Вольты нужно делить на амперы, а мили Волты делить на мили амперы, а микро Вольты делать на микро Амперы. При несоблюдении данного условия итог у нас будет выражен верюлюдами и кол-вом съеденных вашей бабушкой яблок, на её шестнадцатилетие.

 

Ну так вот, сделаем правильно – 6.3 В / 0.1 А,если кому понравится 6300 мВ делим на 100 мА – должен получится искомый результат. А ежли уж и совсем невтерпёж всё это можно перевести микро Вольты и микро Амперы.

Лирическое отступление 2:

Для пытливых умов будет нелишним знать, что полученный результат будет верен для работающей (включенной) лампочки. Сопротивление же холодной нити накала будет гораздо меньше.

 

Лирическое отступление 3:

Кстати лампы накаливания иногда используются как стабилизаторы тока.

 

Чтобы лучше понять слова напряжение, сопротивление приведу пример:

Представим насос, у которого есть вход и выход для воды – пусть это будет у нас источником тока с производительностью 12 литров воды… Извиняюсь – 12 Вольт. Далее трубой соединяем вход с выходом помпы и заливаем в систему воду. Итак, мы получаем самую простую гидравлическую систему. Когда насос включен, вода начинает циркулировать по кругу, чем больше мы даем мощности насосу, тем быстрее эта вода циркулирует. Так вот в данном случае скорость воды на определенном участке — это ток, а толщина трубы, от которой зависит сколько воды пройдет через её сечение это сопротивление цепи, а напряжение это количество этой воды во всей системе, являющееся по своей сути мощностью насоса, выраженной в литрах на отрезок времени.

 

Данный пример я привел в качестве показательного и все характеристики цепи нельзя представить в виде воды и помпы.

Теперь есть такое понятие как мощность, P — эта величина характеризует количественный показатель выполняемой работы так сказать. P = UxI; P = I²xR, тоесть ток в квадрате.

 

А теперь давайте разберемся, что же это все-таки значат все эти примудрости в простой форумуле, а именно, два сложноватых для понимания выражения: прямо пропорциональна и обратно пропорциональна.

Что же значит «величина тока прямо пропорциональна напряжению»? А это значит, что при увеличении напряжения цепи, увеличивается и сила тока. То есть, чем больше напряжение, тем больше ток. Всё это справедливо для участка цепи при неменяющимся напряжении.

Что касается «обратно пропорциональна его сопротивлению», то здесь все наоборот. Чем больше сопротивление цепи, тем меньше в ней ток. Это справедливо при неизменяющимся сопротивлении.

Рассматривая этот закон применительно к фонарику с лампой накаливания и тремя круглыми батарейками начертаем схему:

 

Электрическая схема фонарикус-вульгарус (фонарик обыкновенный):

GB1 — GB3 — источник тока (три батарейки)

S1 — выключатель

HL1 — лампочка

Согластно закону Ома: величина тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к этому участку, и обратно пропорциональна его сопротивлению. Рассмотрим участок цепи, состоящий их лампочки.

Теперь простой вопрос: от чего зависит яркость лампочки? Правильно — от силы тока, проходящего через нить накаливания этой лампочки. То есть яркость свечения лампочки мы можем использовать как наглядный показатель силы тока в цепи фонарика.

И действительно, какова будет яркость лампочки если заменить одну батарейку перемычкой?

«Естественно… она будет гореть тусклее!» — скажите Вы и будете правы. Вот собственно это и есть демонстрация фразы: «величина тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению». Чем больше батареек мы подключим (то есть чем большее напряжение приложим) к одной и той же лампочке, тем ярче она будет гореть ( и тем больший ток по ней протекает).

опаснее для человека Вольты или Амперы

Всем известно, что электричество опасно для здоровья и жизни людей. Об этом рассказывают в школе, на это указывают предупреждающие надписи та высоковольтных трансформаторах «Опасно для жизни, высокое напряжение!» и на розетках «220В».

Однако в ПТБЭЭП и других нормативных документах кроме напряжения указывается опасный ток. Даже УЗО и дифференциальные автоматы защищают не от попадания человека под напряжение, а от протекания через него тока, превышающего ток уставки. Так что же представляет бОльшую опасность и что убивает ток или напряжение?

Как возникает ток и напряжение

Для ответа на вопрос, что убивает ток или напряжение, необходимо разобраться, к каким физическим явлениям относятся эти термины. Несмотря на то, что они связаны между собой, это два разных понятия.

Что такое электрический ток

Согласно школьному курсу физики и Теоретическим Основам Электротехники (ТОЭ) электрическим током называется направленное движение электрических частиц. В металлах это электроны, а в жидкостях, в том числе организме человека, ионы солей, кислот и щелочей. Именно поэтому дистиллированная вода является изолятором.

Единицей измерения является 1 Ампер. Это около 6,24 × 1018 электронов, протекающих через проводник за 1 секунду.

Интересно! Воздействие токов небольшой величины применяются в медицине в установках УВЧ и для лечения некоторых заболеваний.

Что такое напряжение

Электрическое напряжение — это разность потенциалов между двумя точками или проводами. Этот потенциал приводит в движение заряженные частицы и вызывает появление электрического тока в проводнике. Говоря об опасном токе и напряжение для человека чаще всего подразумевается один из проводов и заземление.

При наличии только одного контакта разность потенциалов и напряжение отсутствует. Именно поэтому птицы могут сидеть на высоковольтных проводах, а сама линия электропередач монтируется так, чтобы исключить одновременное прикосновение пернатых к двум проводам или к проводу и опоре.

Отличие между током и напряжением

Различие между током и напряжением проще всего показать на примере водопровода и водонапорной башни. В данной системе аналогом напряжения является высота башни и давление в системе, а ток — это поток воды в трубах.

Чем выше башня и давление (напряжение) и больше сечение (меньше электрическое сопротивление), тем больше поток воды (ток).

Кроме того, напряжение как потенциал может существовать неопределённо долго, а ток протекает только при замкнутой цепи между точками с различным потенциалом.

Справка! Мощность электроприбора рассчитывается произведением тока и напряжения.

Воздействие тока и напряжения на организм

Для появления тока к проводнику необходимо подать напряжение и ток тем больше, чем оно выше. С точки зрения электротехники тело человека является раствором солей и других химических веществ в воде и ток, протекающий через него, так же подчиняется этому правилу, определяющему, что убивает человека сила тока или напряжение.

Протекание через организм человека электрического тока оказывает различные виды негативных воздействий:

• термическое — нагрев организма по пути протекания, а при большой величине тока ожоги;
• электролитическое — различные химические реакции в крови и биологических жидкостях;
• биологическое — раздражение нервных окончаний в коже и других органах;
• механическое — разрывы, вывихи и расслоения тканей из-за электродинамического эффекта.

Сами электротравмы делятся на общие, при которых поражается весь организм, и местные, при которых негативному воздействию подвергаются только отдельные участки кожи и ожоги глаз ультрафиолетовым излучением электрической дуги.

От чего зависит степень поражения

То, какое напряжение и ток опасны для жизни, зависит от различных факторов, главный из которых электрическое сопротивление кожи. Если её поверхность сухая и чистая, то сопротивление при напряжении 5-10В составляет около 100кОм, а при намокании оно падает до 1кОм. Его так же уменьшают порезы и царапины. Сопротивление внутренних органов 0,5-1кОм.

Сопротивление тела падает, а протекающий через организм ток растёт при увеличении напряжения, продолжительности воздействия, плохом состоянии здоровья и других факторах. При совпадении всех негативных факторов оно может понизиться до 0,8кОм.

Кроме напряжения степень поражения зависит так же от длительности и пути прохождения тока через организм. Самым опасным является путь прохождения тока рука-рука и рука-ноги, при которых ток проходит через область груди.

Чем выше напряжение и ток, тем меньше относительно безопасное время его протекания:

• 65В — 1с;
• 220В — 0,1с.

При более продолжительном нахождении человека под напряжением возрастает вероятность фибрилляции желудочков сердца с его последующей остановкой. В этом случае спасти жизнь пострадавшему могут только искусственное дыхание и непрямой массаж сердца.

Важно! Реанимационные действия производятся только после освобождения человека от воздействия электричества.

Опасный ток и напряжение для человека

Величина опасного для здоровья и жизни тока зависит, прежде всего, от рода тока — постоянный или переменный:

• Постоянный ток менее опасен, ощущается при 12мА. Взявшись рукой за провод, находящийся под напряжением, его можно самостоятельно отпустить при токе до 25мА, остановка дыхания наступает при 110мА.
• Переменный ток промышленной частоты более опасен. Ощущается при 0,6мА, причиняет боль при 15мА, при 50мА останавливается дыхание, смертельным является ток 90мА.
• Переменный ток высокой частоты. Распространяется по поверхности тела, вызывает ожоги кожи, но не повреждает внутренние органы.

Самым высоким сопротивлением обладает верхний ороговевший слой сухой кожи. При низких напряжениях он составляет 40-100кОм, но при повышении происходит электрический пробой изоляции и сопротивление тела падает до 1кОм.

Оно так же понижается во влажных помещениях, поэтому максимально-допустимое напряжение в парных и саунах составляет 12В.

Понизить сопротивление поверхности тела может так же находящиеся на ней пот, загрязнения и другие факторы, в результате опасным может быть напряжение 50В. Поэтому питание переносных светильников ограничено величиной 36В.

При рассмотрении вопроса, что убивает сила тока или напряжение, необходимо учесть, что статическое электричество, за исключением специальных установок типа «лейденской банки» совершенно безопасно.

В бытовых условиях человек с ним сталкивается при ношении шерстяного свитера или поглаживании кошки. Его величина может достигать 35кВ, но из-за малой величины заряда ощущается как кратковременный укол. Это относится так же к пьезоподжигу в карманных зажигалках.

Вывод

Как видно из статьи, ответ на вопрос, что убивает ток или напряжение, не является однозначным. С одной стороны, без напряжения электрический ток отсутствует, а с другой стороны, само по себе высокое напряжение не опасно и при разомкнутой цепи, в том числе через тело человека, ток отсутствует.

Поэтому, несмотря на то, что убивает именно ток, опасным является высокое напряжение.

Похожие материалы на сайте:

Понравилась статья — поделись с друзьями!

 

Передача электроэнергии при высоком напряжении

От побережья до побережья электричество передается по высоковольтным линиям электропередачи, чтобы обеспечить электроэнергией наши дома. В некоторых частях сети в Соединенных Штатах электричество передается с напряжением до 500 000 вольт. Потребность в высоком напряжении передачи возникает, когда необходимо передать большое количество энергии на большие расстояния.

Почему высокое напряжение

Основная причина того, что мощность передается при высоком напряжении, заключается в повышении эффективности.Поскольку электричество передается на большие расстояния, на этом пути неизбежны потери энергии. Передача высокого напряжения сводит к минимуму потери мощности при перетекании электричества из одного места в другое. Как? Чем выше напряжение, тем меньше ток. Чем меньше ток, тем меньше потери сопротивления в проводниках. А когда потери сопротивления малы, потери энергии также малы. Инженеры-электрики учитывают такие факторы, как передаваемая мощность и расстояние, необходимое для передачи, при определении оптимального напряжения передачи.

Есть также экономическая выгода, связанная с передачей высокого напряжения. Более низкий ток, который сопровождает передачу высокого напряжения, снижает сопротивление в проводниках, поскольку электричество течет по кабелям. Это означает, что тонкие и легкие провода можно использовать для передачи на большие расстояния. В результате опоры передачи не нужно проектировать, чтобы выдерживать вес более тяжелых проводов, которые были бы связаны с большим током. Эти соображения делают передачу высокого напряжения на большие расстояния экономичным решением.

Рынок высокого напряжения

Быстро растущий рынок возобновляемых источников энергии сыграл особенно большую роль на рынке высокого напряжения в последние годы. По мере того, как появляется все больше возобновляемых источников локального производства электроэнергии, спрос на передачу высокого напряжения будет продолжать расти.

В Соединенных Штатах замена и модернизация существующей инфраструктуры передачи, а также добавление новых мощностей генерации и передачи являются ключевыми движущими силами для рынка высокого напряжения.

О Beta

Beta Engineering спроектировала и построила множество высоковольтных проектов по всей стране. Мы специализируемся на EPC-услугах для проектов распределительных устройств с элегазовой изоляцией (GIS), распределительных устройств и подстанций, FACTS и линий передачи высокого напряжения. Взгляните на избранные проекты из нашего портфолио, чтобы узнать больше о решениях EPC, которые может предоставить вам бета-версия.

Какие преимущества более высокого напряжения в электроустановках?

Стандартное напряжение для розеток меняется во всем мире.В то время как в большинстве стран Америки есть напряжение 110–127 В, на других континентах используется в основном 220–240 В. Однако это касается только жилого и легкого коммерческого секторов. В крупных коммерческих и промышленных зданиях в электрических установках используются еще более высокие напряжения, такие как 277/480 В и 347/600 В.

Мгновенная мощность, передаваемая электрической цепью, является произведением напряжения и тока. Предполагая, что нагрузка остается постоянной, более высокое напряжение питания позволяет снизить ток.При проектировании электроустановки выбор номинального напряжения предполагает компромисс между током и напряжением — когда одно увеличивается, другое понижается.

---

Убедитесь, что ваша электрическая установка безопасна и эффективна.

---

Преимущества снижения тока в электрических цепях

Промышленное обрабатывающее оборудование потребляет значительно больше энергии, чем бытовая техника и офисное оборудование. Если в этом случае используется низкое напряжение, например 120 В, для обеспечения достаточной мощности требуется очень высокий ток.

• Например, бытовой прибор на 900 ватт потребляет только 7,5 ампер тока при 120 В, а промышленный прибор на 150 кВт потребляет 1250 А при 120 В.
• Для такого высокого тока требуются очень большие проводники, что приводит к потере меди и значительно удорожает установку.
• С другой стороны, источник питания 600 В снижает ток до гораздо более управляемого значения 250 А.
• Если в оборудовании мощностью 150 кВт используется трехфазное напряжение, номинальный ток снижается еще больше до 144 А, при этом требуется дополнительный проводник.

Также примите во внимание, что автоматические выключатели и другие средства защиты рассчитываются по току. Например, выключатель на 1250 А значительно дороже, чем выключатель на 250 А. Защитные устройства большего размера также крупнее и тяжелее, что усложняет их установку.

Снижение тока позволяет сэкономить не только на проводке и электрических компонентах — учитывайте, что потери в проводнике пропорциональны квадрату тока. Другими словами, удвоение тока увеличивает тепловые потери на четыре, а 1/2 тока снижает потери до 1/4.На большой промышленной площадке с электрическими цепями протяженностью в тысячи футов экономия от снижения тока может быть значительной.

Конечно, существует нижний предел того, насколько можно уменьшить ток, поскольку это связано с увеличением напряжения. Более высокое напряжение требует большей изоляции и дополнительных мер защиты персонала. Проводник с током 100 А при 120 В гораздо менее опасен, чем провод с током 12 А при 1000 В, даже если оба выдают по 12 киловатт.

Безопасное обращение с высоким напряжением

Для обеспечения безопасности высоковольтной установки необходимы два ключевых элемента: соответствующая изоляция в соответствии с уровнем напряжения и меры физической изоляции для предотвращения случайного контакта.Конечно, установка также должна соответствовать Национальным электротехническим кодексам и всем применимым местным строительным нормам.

Для обеспечения постоянной безопасности изоляцию следует проверять через регулярные промежутки времени; повреждение изоляции увеличивает риск дугового короткого замыкания, угрожающего персоналу и оборудованию. Кроме того, изоляция быстрее разрушается при воздействии экстремальных температур и химических агентов. Тестирование выполняется с помощью устройства, называемого мегомметром, которое прикладывает испытательное напряжение к изоляции для измерения ее характеристик.Отличие от обычного мультиметра заключается в том, что мегомметр подает гораздо более высокое испытательное напряжение, что подходит для высоких уровней изоляции.

Линии передачи и распределения используют гораздо более высокие напряжения, чем дома и на предприятиях, именно потому, что они должны нести большое количество энергии. Линия передачи низкого напряжения была бы чрезмерно дорогой и очень непрактичной, требуя много миль больших проводов.

• Напряжение повышается на электростанциях до уровня, подходящего для передачи, а затем понижается на подстанциях для распределения.
• Полюсные трансформаторы выполняют последнюю ступеньку понижения для жилого и коммерческого использования.
• Промышленные пользователи часто снижают напряжение передачи на собственных подстанциях из-за высокого спроса на электроэнергию.

Чтобы установка была безопасной и эффективной, лучшая рекомендация — это получить профессиональные электротехнические услуги с самого начала проекта. Они могут указать наиболее подходящее напряжение для каждого прибора и единицы оборудования с соответствующей электрической защитой.

Заключительные рекомендации

Электроэнергия — это самый быстрый и эффективный способ доставки энергии, известный современной цивилизации, но его мощность также делает его опасным, когда имущество не обрабатывается. При проектировании электроустановок повышенное напряжение снижает ток, что позволяет использовать проводники и устройства защиты меньшего размера. Однако при проектировании также необходимо учитывать риски повышенного напряжения с соответствующими мерами изоляции и защиты в сочетании с регулярными испытаниями.

Настоятельно рекомендуются меры по повышению энергоэффективности, поскольку они снижают общую мощность, потребляемую электроустановкой. Для заданного напряжения это позволяет использовать проводники и устройства защиты меньшего размера. Например, HID-лампа с большими отсеками потребляет более 450 Вт, в то время как эквивалентный светодиодный продукт обычно потребляет менее 150 Вт — заданная мощность цепи может обслуживать в три раза больше ламп в этом случае, если они являются светодиодными.

Три правила работы схемы | ОРЕЛ

Приветствую новых инженеров.Это прекрасное место для начала, с простой схемы, которая является строительным блоком для каждого элемента электроники в нашем мире. Когда вы полностью поймете это, вы будете готовы начать собственное путешествие по их проектированию и устранению неисправностей.

Строительные блоки схемы

Перед тем, как погрузиться в полную схему, разумно сначала поразмыслить над отдельными частями, составляющими единое целое: потоком, нагрузкой и проводимостью. Мы разбили эти принципы на три основных правила:

• Правило 1 — Электричество всегда будет течь от более высокого напряжения к более низкому.
• Правило 2 — Электричество всегда требует работы.
• Правило 3 — Электричеству всегда нужен путь.

Правило 1. Все дело в потоке

Каждой электронной схеме нужен источник питания, будь то батарея AA, которую можно вставить в контроллер Xbox One, или что-то с большей силой, например настенная розетка, которая может питать большое количество устройств. Электричество, исходящее от этих источников, измеряется напряжением, вольтами или просто В.

Да, мы говорим о таком напряжении! Когда он будет достаточно высоким, это может нанести серьезный ущерб.

Независимо от того, откуда течет эта энергия, ее цель всегда одна — переходить из одной области в другую и в процессе выполнять некоторую работу, например, заряжать компьютер или включать свет.

Основным компонентом этого потока энергии является то, что электричество будет всегда течь от более высокого напряжения к более низкому напряжению.Всегда. Это называется потенциалом . Можно сказать, что это потенциальное электричество должно перемещаться из одного района в другой.

Поток высокого (положительного) напряжения в низкое (отрицательное) напряжение.

Как это соотносится с нашим реальным миром? Возьмем для примера простую батарею:

• Батарея имеет две стороны, отрицательная сторона — это низкое напряжение, измеряемое при 0 В, положительная сторона — это высокое напряжение, измеряемое при 1,5 В.
• Энергия всегда будет вытекать из положительной стороны батареи, чтобы перейти к отрицательной стороне, чтобы найти баланс.
• Для этого он должен течь по чему-то, обычно по медному проводу, и в процессе выполнять некоторую работу, например включать свет или вращать двигатель.

В конце концов, все электричество хочет найти равновесие на земле (0 В). Единственный способ сделать это в батарее — сместить положительный полюс на отрицательный. Мы извлекаем выгоду из этого естественного стремления к энергии, размещая некоторые объекты так, чтобы они проходили через них, что позволяет нам включать свет, двигатели, а также включать и выключать транзисторы в компьютере.

Все это составляет Правило 1 — Электричество всегда будет хотеть течь от более высокого напряжения к более низкому напряжению. Помните это; это никогда не изменится.

Правило 2 — Начало работы

Итак, у вас может быть электричество, которое хочет перетекать с более высокого напряжения на более низкое, но какой в ​​этом смысл? Единственная причина заставить электричество течь — это немного поработать. Этот процесс, когда электричество выполняет работу в цепи, называется нагрузка .Без нагрузки или работы с электричеством нет смысла иметь электрическую цепь. Нагрузка может быть чем угодно, например:

• Spinning двигатель, который вращает пропеллеры дрона.
• Включение светодиода на кабеле для зарядки, чтобы указать, что ваш ноутбук подключен.
• Подключение гарнитуры к ноутбуку по беспроводной сети для прослушивания музыки.

В это время года электрическая нагрузка бывает разных форм, одна из которых питает эти светодиоды.(Источник изображения)

Обратите внимание, что все эти нагрузки являются действиями. Электричество всегда заставляет происходить что-то физическое, даже если мы не можем увидеть это собственными глазами. Но почему это называется нагрузкой? Вы можете думать об этом как об обузе для всего, что питает вашу схему. Для вращения мотора требуется электричество, а это забирает у вашего источника питания энергию, которая у него когда-то была.

Помните Правило 2 — У электричества всегда есть работа, которую нужно выполнить . Без работы схема бесполезна.

Правило 3 — По пути

Третье и последнее правило — вот что делает возможными первые два правила — электричеству нужен путь для передвижения. Этот путь действует как своего рода посредник. Допустим, вы подключаете зарядное устройство ноутбука к розетке, а затем к ноутбуку. Разумеется, он заряжается, но без этого шнура между компьютером и розеткой ничего бы не произошло.

Это связано с тем, что электричеству нужен путь, по которому можно добраться из одного пункта назначения в другой.И путь всегда одинаковый:

• Электроэнергия — Электричество всегда исходит от источника, например батареи или розетки.
• Journey — Затем он путешествует по тропе, выполняя свою работу по пути.
• Назначение — Затем он прибывает в конечный пункт назначения, находя покой в ​​точке с самым низким напряжением.

Этот путь, по которому проходит электричество, состоит из так называемого проводящего материала, который состоит из обычных металлов, таких как медь, серебро, золото или алюминий.Электроэнергетика любит путешествовать по этой штуке. Электричество также очень избирательно, и оно не мешает путешествовать по дорожкам, сделанным из индуктивных материалов. Сюда входят такие вещи, как резина, стекло и даже воздух.

Видите все эти медные провода? Электричество любит путешествовать по этому проводящему материалу.

Помните Правило 3 — Электричеству всегда нужен путь, по которому можно пройти по . Без пути он никуда не денется.

Собираем все вместе — полная схема

Давайте теперь объединим все эти правила в полное определение схемы.

Цепь — это просто путь, по которому может течь электричество.

И с этой простой концепцией мужчины и женщины начали строить безумно сложные цепи, которые отправили человечество в космос и в глубины наших глубочайших океанов. А пока постараемся упростить задачу и составим нашу первую схему. Вот что вам понадобится, если вы хотите продолжить:

• (1) аккумулятор 9 В
• (1) Резистор 470 Ом
• (1) Стандартный светодиод
• (3) Измерительные провода с зажимами типа «крокодил»

Шаг 1 — Добавление источника питания

Возвращаясь к нашему правилу трех, первое гласит, что электричество всегда будет течь от более высокого напряжения к более низкому.Итак, это означает, что нам нужен какой-то источник питания в этой цепи, мы добавим нашу батарею на 9 В.

Начало нашей схемы начинается с батареи 9В.

Правило 1 теперь выполнено. У нас есть какой-то источник питания, у которого высокое напряжение на положительном конце (+) и 0 В на отрицательном конце (-). Но все это электричество будет потрачено зря, если мы не будем с ним что-то делать, так что давайте дадим ему немного работы (нагрузку).

Шаг 2 — Добавляем немного работы

Теперь мы хотим, чтобы электричество поработало за нас, прежде чем оно успокоится, поэтому давайте включим простой светодиодный индикатор.Скорее всего, вы видели это повсюду: на своей елке, фонариках, лампочках и т. Д. Итак, мы возьмем этот светодиод и поместим его с другой стороны нашей батареи.

Единственное, что следует упомянуть о светодиодах, — это то, что они очень чувствительны и не могут пропускать слишком много энергии, поэтому нам нужно добавить так называемый резистор. Мы не будем вдаваться в подробности сейчас, но просто знаем, что резистор будет действовать так, как сказано в его названии, — противостоять потоку электричества, достаточному для того, чтобы наш светодиод справился с ним. Разместим резистор слева от светодиода.

Добавляем немного работы в нашу схему с помощью светодиода и резистора.

Отлично, Правило 2 выполнено, и у нашего электричества есть над чем поработать. Но у него нет возможности завершить свою работу без пути, давайте добавим это сейчас.

Шаг 3 — Предоставление пути

Эта деталь проста, нам просто нужно соединить наши зажимы типа «крокодил» между всеми компонентами нашей схемы. Если вы все сделаете правильно, то ваш светодиод будет ярко светить! Помните, что при подключении проводов к батарее всегда подключайте сначала положительный конец, а затем отрицательный.Посмотрите на картинку ниже, чтобы увидеть, как все это должно быть связано вместе.

Теперь у нашего электричества есть проход с добавленными зажимами из крокодиловой кожи

Типы цепей

Теперь, прежде чем вы убежите в дикую природу и создадите свои собственные схемы, вам нужно знать о двух способах описания схемы, один из которых может испортить жизнь вашей схемы, они включают:

Замкнутый или открытый контур

Цепь считается замкнутой цепью , когда есть полный путь, по которому может проходить электричество.Это также называется полной схемой. Теперь, если ваша цепь не работает должным образом, это означает, что это разомкнутая цепь . Это может быть вызвано несколькими причинами, включая неплотное соединение или обрыв провода.

Вот простой и наглядный способ понять разницу между замкнутой и разомкнутой цепями. Посмотрите на схему ниже и обратите внимание, что это та же самая цепь, которую мы создали выше, только теперь в ней есть переключатель.

Вот схема цепи, которую мы сделали выше.Обратите внимание на добавление переключателя.

Прямо сейчас переключатель поднят, и вы увидите, что электричество не имеет плавного пути, поскольку переключатель разрывает соединение. Это разомкнутая цепь. Но что произойдет, если щелкнуть выключателем?

Теперь наш переключатель срабатывает, замыкая цепь, позволяя электричеству течь к нашему светодиоду!

Ага! Теперь вы только что проложили полный путь для вашего электричества, и ваш светодиод загорится! Это замкнутая схема.

Короткое замыкание

Затем короткое замыкание . Когда вы не даете своей схеме никакой работы, но все же обеспечиваете некоторую мощность, приготовьтесь к некоторым проблемам. Посмотрите на нашу схему ниже, мы вынули светодиод, резистор и переключатель, оставив только медный провод и батарею.

Вот цепь, которая скоро станет коротким замыканием! Без выполнения каких-либо действий эта батарея скоро сгорит.

Если мы соединим эту штуку вместе в ее физической форме, тогда аккумулятор и провод сильно нагреются, и в конечном итоге батарея разрядится.Почему это происходит? Когда вы даете электричеству некоторую работу в цепи, такую ​​как зажигание светодиода или вращение двигателя, это ограничивает количество электричества, которое будет проходить через вашу цепь.

Но в ту минуту, когда вы убираете из своей цепи какую-либо работу, электричество сходит с ума и бежит по своему пути на полной скорости, и ничто его не сдерживает. Если вы позволите этому случиться в течение длительного периода времени, то окажетесь с поврежденным источником питания, разряженной батареей или, может быть, что-то еще хуже, например, пожар!

Ух ты! Не пытайтесь делать это дома.Вот здоровенная батарея фонаря на 12 В, замкнутая во имя науки. (Источник изображения)

Итак, если вы когда-либо работали с цепью, и ваш провод или батарея сильно нагреваются, тогда немедленно выключите все и ищите любые короткие замыкания.

Ты сейчас опасен

Итак, молодой мастер электроники, теперь у вас есть вся информация, необходимая для управления скромной схемой. Понимая, как работает схема, вы скоро сможете выполнять проекты любых форм и размеров.Но прежде чем начать собственное путешествие, запомните Руководящее правило троек:

.

• Правило 1 — Электричество всегда будет течь от более высокого напряжения к более низкому.
• Правило 2 — Электричество всегда требует работы.
• Правило 3 — Электричество всегда требует дороги.

И если ваша схема когда-нибудь станет очень горячей, выключите ее! У вас короткое замыкание.

Готовы построить свою первую схему сегодня? Попробуйте Autodesk EAGLE бесплатно.

Максимальные и минимальные значения напряжения двигателя

Экономические потери от преждевременного отказа двигателя огромны. В большинстве случаев цена самого мотора тривиальна по сравнению со стоимостью внеплановых остановок процессов. Как высокое, так и низкое напряжение могут вызвать преждевременный отказ двигателя, равно как и дисбаланс напряжений. Здесь мы рассмотрим влияние низкого и высокого напряжения на двигатели и соответствующие изменения производительности, которые вы можете ожидать при использовании напряжения, отличного от указанного на паспортной табличке.

Воздействие низкого напряжения. Когда вы подвергаете двигатель воздействию напряжения ниже номинального, указанного на паспортной табличке, некоторые характеристики двигателя изменятся незначительно, а другие резко изменятся. Чтобы приводить в действие фиксированную механическую нагрузку, подключенную к валу, двигатель должен потреблять фиксированное количество энергии от линии. Количество потребляемой двигателем мощности примерно соответствует току напряжения 2 (в амперах). Таким образом, когда напряжение становится низким, ток должен увеличиваться, чтобы обеспечить такое же количество энергии.Увеличение тока представляет опасность для двигателя только в том случае, если этот ток превышает номинальный ток двигателя, указанный на паспортной табличке. Когда сила тока превышает номинальное значение, указанное на паспортной табличке, в двигателе начинает накапливаться тепло. Без своевременной коррекции это тепло приведет к повреждению двигателя. Чем больше тепла и чем дольше на него воздействуют, тем больше повреждение мотора.

Существующая нагрузка является основным фактором при определении того, насколько снижение напряжения питания может выдержать двигатель (см. Врезку ниже). Например, давайте посмотрим на двигатель с небольшой нагрузкой.Если напряжение уменьшается, ток увеличивается примерно в той же пропорции, что и напряжение. Например, снижение напряжения на 10% приведет к увеличению силы тока на 10%. Это не повредит двигатель, если ток будет ниже значения, указанного на паспортной табличке.

А что, если у этого двигателя большая нагрузка? В этом случае у вас уже есть большой ток, поэтому напряжение уже ниже, чем было бы без нагрузки. Возможно, вы даже приблизитесь к нижнему пределу напряжения, указанному на паспортной табличке.Когда происходит снижение напряжения, ток возрастает до нового значения, которое может превышать номинальный ток при полной нагрузке.

Низкое напряжение может привести к перегреву, сокращению срока службы, снижению пусковой способности и уменьшению момента подъема и отрыва. Пусковой крутящий момент, крутящий момент и крутящий момент отрыва асинхронных двигателей изменяются в зависимости от приложенного напряжения в квадрате. Таким образом, 10% -ное снижение напряжения, указанного на паспортной табличке (от 100% до 90%, от 230 В до 207 В), снизит пусковой крутящий момент, крутящий момент срабатывания и крутящий момент отрыва в раз.92.9. Полученные значения составят 81% от значений полного напряжения. При напряжении 80% результат будет 0,82,8 или значение 64% от полного значения напряжения. Что это означает в реальной жизни? Что ж, теперь вы можете понять, почему трудно запустить «трудно запускаемые» нагрузки, если напряжение оказывается низким. Точно так же крутящий момент двигателя будет намного ниже, чем при нормальном напряжении.

Для малонагруженных двигателей с легко запускаемыми нагрузками снижение напряжения не будет иметь какого-либо заметного эффекта, за исключением того, что оно может помочь снизить потери при небольшой нагрузке и повысить эффективность в этих условиях.Это принцип, лежащий в основе некоторого дополнительного оборудования, предназначенного для повышения эффективности.

Воздействие высокого напряжения. Люди часто делают предположение, что, поскольку низкое напряжение увеличивает силу тока на двигателях, высокое напряжение должно уменьшать потребляемую силу тока и нагрев двигателя. Это не тот случай. Высокое напряжение на двигателе приводит к насыщению магнитной части двигателя. Это приводит к тому, что двигатель потребляет чрезмерный ток, пытаясь намагнитить утюг за пределы точки, в которой намагничивание является практичным.

Двигатели допускают некоторое изменение напряжения выше расчетного. Однако, если напряжение превышает расчетное, сила тока возрастет, что приведет к соответствующему увеличению нагрева и сокращению срока службы двигателя.

Например, производители ранее рассчитывали двигатели на 220/440 В с диапазоном допуска 510%. Таким образом, допустимый диапазон напряжения на высоковольтных соединениях составляет от 396 до 484 В. Несмотря на то, что это так называемый диапазон допуска, наилучшие характеристики будут достигнуты при номинальном напряжении.Крайние концы (высокие или низкие) создают ненужную нагрузку на двигатель.

Не попадайтесь в ловушку, думая, что с вами все в порядке, только потому, что ваше напряжение питания находится в этих пределах. Назначение этих диапазонов — приспособиться к обычным почасовым колебаниям напряжения на заводе. Постоянная работа на высоких или низких предельных значениях сокращает срок службы двигателя.

Такая чувствительность к напряжению характерна не только для двигателей. Фактически, колебания напряжения влияют на другие магнитные устройства аналогичным образом.Соленоиды и катушки, которые вы найдете в реле и пускателях, лучше переносят низкое напряжение, чем высокое. Это также верно для балластов в люминесцентных, ртутных и натриевых осветительных приборах высокого давления. И это касается трансформаторов всех типов. Лампы накаливания особенно чувствительны к высокому напряжению. Увеличение напряжения на 5% сокращает срок службы лампы на 50%. Повышение напряжения на 10% выше номинального сокращает срок службы лампы накаливания на 70%.

В целом, для оборудования определенно будет лучше, если вы измените ответвления на входных трансформаторах, чтобы оптимизировать напряжение в цехе завода до уровня, близкого к номинальным характеристикам оборудования.На старых установках вам, возможно, придется пойти на некоторые компромиссы из-за различий в стандартах для старых двигателей (220/440 В) и более новых стандартов «Т-образной рамы» (230/460 В). Напряжение посередине этих двух напряжений (что-то вроде 225 В или 450 В) обычно дает наилучшие общие характеристики. Высокое напряжение всегда приводит к снижению коэффициента мощности, что увеличивает потери в системе. Это приводит к более высоким эксплуатационным расходам на оборудование и систему.

Стандартный рисунок (найденный в документации по двигателям и в оригинальной печатной версии этой статьи) иллюстрирует общее влияние высокого и низкого напряжения на характеристики двигателей с Т-образной рамой.Этот график широко используется в различных справочных материалах. Но это всего лишь репрезентативная информация, которая не дает точной информации, применимой ко всем двигателям. Вместо этого он представляет только один тип двигателя, с большим количеством вариаций от одного двигателя к другому. Например, самая низкая точка на линии усилителя полной нагрузки не всегда возникает при напряжении на 21/2% выше номинального. На некоторых двигателях это может произойти при напряжении ниже номинального. Кроме того, рост ампер полной нагрузки при напряжениях выше номинальных имеет тенденцию быть более крутым для одних конструкций обмоток двигателей, чем для других.Боковая панель на странице 78 предлагает некоторые рекомендации по определению влияния колебаний напряжения на отдельные конструкции и корпуса двигателей.

Не подвергайте свои электродвигатели и другое электрическое оборудование нагрузке из-за того, что энергосистема работает на краях предельных значений напряжения или около них. Наилучший срок службы и наиболее эффективная работа обычно достигаются, когда вы эксплуатируете двигатели при напряжениях, очень близких к номинальным значениям, указанным на паспортной табличке. Подавая напряжение на двигатели, держитесь подальше от «внешних пределов».«

Этот текст является адаптацией «Документов Коверна», любезно предоставленных компанией Baldor Electric Co., Уоллингфорд, Коннектикут, отредактированной Марком Ламендолой, техническим редактором EC&M. Кауэрн — разработчик приложений Baldor.

Двигатель потребляет больше или меньше при более низком напряжении?

Вы когда-нибудь замечали, что двигатель нагнетателя, рассчитанный на 120 В, потребляет примерно вдвое большую силу тока, чем такой же двигатель, рассчитанный на 240 В?

Это потому, что двигатели измеряются в ваттах или лошадиных силах, и, согласно закону Ватта, Вт = Вольт x Ампер .

Чтобы сохранить выходную мощность на уровне 120 В, он потребляет в два раза больше тока.

Это отличается от того, что происходит, когда напряжение двигателя падает ниже его номинального значения.

Вот эксперимент, который я провел:

Я взял обычный двигатель вентилятора конденсатора мощностью 1/6 л.с. 208-230 В и протестировал его в нормальных условиях в своем офисе, и вот что я получил:

Затем я подключил общий провод к нейтрали вместо питания L1, что приводит к приложению примерно 120 В, и вот что я получил.

При падении напряжения примерно на 50% сила тока немного упала, мощность упала до менее чем наполовину, коэффициент мощности также уменьшился вдвое, а двигатель замедлился на .

Замедление двигателя происходит из-за проскальзывания двигателя, что означает, что он работает на значительно медленнее, чем скорость, на которую он рассчитан.

Это означает, что двигатель не только работает неэффективно, но и будет нагреваться, потому что по мере того, как двигатель работает медленнее, он имеет более низкое индуктивное сопротивление (магнитное сопротивление в обмотках).По мере того, как индуктивное реактивное сопротивление падает, обмотки имеют меньшее сопротивление и, следовательно, нагреваются.

Даже после всего этого двигатель по-прежнему потребляет менее половины ватт.

Резина встречается с дорогой, когда двигатель, рассчитанный на более низкое напряжение, выполняет ту же работу, что и двигатель с более высоким напряжением. Первый потребляет больше силы тока для выполнения той же работы, потому что он предназначен для достижения целевой мощности (лошадиных сил) при расчетном напряжении.

Когда вы применяете более низкое напряжение, вы одновременно уменьшаете выполняемую работу, а также эффективность и срок службы двигателя, потому что больше энергии идет на нагрев, а не на механическую работу, поскольку двигатель все больше и больше проскальзывает.Вы также видите более высокий коэффициент мощности, когда двигатель начинает проскальзывать, что приводит к еще худшей энергоэффективности.

Это одна из причин, по которой падение напряжения является такой важной вещью, которую необходимо учитывать при выборе размеров проводов, и почему блоки 208–230 В слегка занижены как по емкости, так и по эффективности при установке на 208 В.

Обратите внимание на напряжение; Со временем он может сэкономить много денег как за счет энергоэффективности, так и за счет увеличения срока службы двигателя.

—Bryan

Связанные

Почему высокое напряжение? | Эксперименты

Объяснение

Мы используем электричество как способ перемещения энергии от места, где она производится — обычно от электростанции или батареи — туда, где мы хотим ее использовать — часто дома или на рабочем месте.

Электричество — это поток частиц, называемых электронами, через материал, а количество электронов, проходящих за секунду, известно как электрический ток.

Электрон перемещается под действием напряжения, которое, по сути, определяет, насколько сильно электроны толкаются по проводу.

Мощность или энергия, протекающая по проводу, — это ток, умноженный на напряжение

мощность = ток x напряжение

Это означает, что вы можете передавать такое же количество энергии с низким напряжением и высоким током или высоким током. напряжение и слабый ток.

При 6 В лампа потребляет 0,1 А тока

Если напряжение умножить на 8–48 В, ток будет на одну восьмую меньше (0,0125 А).

Провода сопротивляются току, как трение, препятствующее вашему движению, когда вы скользите по полу. Чтобы протолкнуть ток через провод, требуется усилие (напряжение). Чем меньше провод, тем больше усилий требуется.

Преобразует электрическую энергию в тепло, поэтому на другом конце остается меньше энергии, чтобы сделать что-то полезное.Чем больше ток, тем больше энергии теряется. Таким образом, передача мощности на 6 В с высоким током будет тратить больше энергии, чем на 48 В с низким током, поэтому лампы ярче с трансформаторами.

Чем выше напряжение, тем меньше энергии вы тратите, поэтому мощность передается на большие расстояния при очень высоких напряжениях, доходящих до 400 000 В в Великобритании, но это создает другие проблемы. Если напряжение очень высокое, электрический ток может протекать через воздух, создавая искры, и может легко протекать через ваше тело, поражая вас электрическим током, поэтому все должно быть тщательно спроектировано и сделано очень большим.

Таким образом, в разных местах используются разные напряжения в зависимости от количества мощности, которое должно быть передано, и того, насколько легко сделать высокое напряжение безопасным. Таким образом, мощность передается по стране при 400 000 В, по региону — 132 000 В, по городу на деревянных столбах или под землей при 11 000 В, а в ваш дом — при 240 В

Лучше ли более высокое напряжение для аккумуляторных инструментов?

Аккумуляторные инструменты обладают множеством преимуществ, которые упрощают их использование.Несомненно, полезными преимуществами являются портативность, варьируемое напряжение и возможность выключать аккумулятор в любое время. Однако есть много разных мнений относительно напряжения аккумуляторных инструментов.

Итак, более высокое напряжение лучше для аккумуляторных инструментов? Это зависит от задачи, для которой вы используете инструмент. Если вам нужно что-то с более высоким крутящим моментом для более сложной работы, то более высокое напряжение — лучшее решение. Однако более низкое напряжение обеспечивает превосходную экономию энергии, которую невозможно получить при более высоком напряжении.

В этой статье вы найдете все ответы, которые вам нужны, когда речь идет о напряжении для аккумуляторных электроинструментов, в том числе:

• Нужны ли вам инструменты высокого или низкого напряжения?
• Плюсы и минусы обоих вариантов
• Как определить напряжение, АН и ток
• Как максимально эффективно использовать аккумуляторные электроинструменты

Вам нужно высокое напряжение для ваших аккумуляторных инструментов?

Высокое напряжение в электроинструменте приводит к увеличению крутящего момента.Момент затяжки упрощает использование большего усилия без чрезмерной нагрузки на аккумулятор. Если вы используете ножницы или любой другой электроинструмент, требующий большого крутящего момента, вам потребуется более высокое напряжение для выполнения работы.

С другой стороны, вам не нужно столько энергии, если вы используете дрель для небольшой задачи. Например, просверлить древесину хвойных пород не так уж и сложно. Вы можете взять дрель на 12 В и сделать все без проблем.

Проблема в том, что для некоторых работ вам может потребоваться более высокое напряжение, чем для других.Если вы постоянно работаете над разными проектами, неплохо было бы получить и то, и другое. В конце концов, какой смысл использовать невероятно мощный крутящий момент, чтобы разрезать кусок фанеры? Вы просто напрасно тратите заряд батареи, и вы можете даже сократить ее слишком быстро.

Лучший способ узнать, нужен ли вам электроинструмент высокого напряжения, — это выяснить, с чем вы будете работать. Люди в строительном бизнесе или те, кто постоянно использует инструменты по дому на прочных материалах, могут захотеть рассмотреть комплект высоковольтного оборудования.

С другой стороны, если вы хотите иметь под рукой аккумуляторный набор инструментов, если вы когда-нибудь столкнетесь с ремонтной ситуацией, вам определенно стоит присмотреться к инструментам с низким напряжением.

У обоих вариантов есть свои преимущества и недостатки, поэтому давайте подробно рассмотрим детали в следующем разделе, чтобы определить, какой из них вам подходит.

Плюсы и минусы инструментов с питанием от высоковольтных / низковольтных батарей

Вопреки распространенному мнению, больше не всегда означает лучше. Нет необходимости тратить больше денег и чаще заряжать аккумулятор, если в этом нет необходимости.

Без лишних слов, вот плюсы и минусы обоих вариантов:

Плюсы высоковольтных аккумуляторных инструментов

• Чем больше напряжение, тем больше крутящий момент. Если вы сталкиваетесь с множеством сложных задач, вам понадобится питание, которое поставляется с высоковольтными инструментами (20 В +).
• Вы никогда не получите слишком большую батарею. Если он слишком мощный, вы можете снизить его производительность и использовать его для выполнения даже самых мелких задач.
• Некоторые инструменты даже не работают без высокого напряжения. Нет смысла покупать инструмент, если он даже не может выполнять свои функции!

Минусы высоковольтных аккумуляторных инструментов

• Электроинструменты с высоким напряжением обычно стоят намного дороже, чем инструменты с низким напряжением.
• Если для вас важен вес, возможно, вы не захотите иметь дело с тяжелым характером этих типов аккумуляторных инструментов.
• Хотя это не всегда так, батареи с высоким напряжением могут разряжаться быстрее, а также им требуется больше времени для зарядки.

Плюсы аккумуляторных инструментов низкого напряжения

• Аккумуляторные инструменты низкого напряжения почти всегда будут дешевле. Запасные батареи также дешевле.
• Общий размер инструмента с низким напряжением означает, что вы можете разместить его в меньшем пространстве, чем с более высоким напряжением.
• В большинстве случаев аккумуляторный инструмент можно быстро зарядить низким напряжением менее чем за час.

Минусы низковольтных аккумуляторных инструментов

• Низкое напряжение означает, что вы не сможете выполнять тяжелые работы. К сожалению, им не хватает крутящего момента.
• Если вы используете слишком низкий крутящий момент без остановки, вы можете снять винт.
• Удаление винтов и устранение других ошибок является сложной задачей при использовании аккумуляторных инструментов с более низким напряжением.

Определение напряжения, силы тока и тока

Если вы не знаете всех терминов, используемых в отношении электричества и электроинструментов, пора изучить основы.

Напряжение

Напряжение означает мощность, которая вырабатывается при нажатии на спусковой крючок инструмента. Вы не всегда получите 20 вольт от 20-вольтового инструмента, потому что номинальные значения установлены для оптимальных условий. Однако можно с уверенностью сказать, что вы потребляете от 16 до 20 вольт.

Электрический ток

Электрический ток электроинструмента — это именно то, на что он похож: это количество электричества, проходящего через инструмент во время его использования.По мере того, как вы израсходуете срок службы батареи в вашем инструменте, сила тока может упасть, а может и не упасть, в зависимости от марки и модели. Ток напрямую влияет на крутящий момент, на который влияет напряжение.

Сила тока

Наконец, силу тока проще всего обсудить, используя единицы измерения в ампер-часах (Ач).

AH электроинструмента определяет, как долго он прослужит во время использования. Когда спусковой крючок нажат, и ток начинает течь, AH медленно начинает стекать.Зная AH инструмента (или любого другого электрического оборудования), вы узнаете, как долго он прослужит.

Получение максимальной отдачи от аккумуляторных аккумуляторных инструментов

Аккумуляторные инструменты раньше не были такими мощными и надежными, как в наши дни. К счастью, многие усовершенствования сделали их столь же полезными, как и их проводные аналоги. Единственная привязь беспроводного инструмента — это аккумулятор.

Следуйте этим трем советам, чтобы максимально эффективно использовать беспроводное оборудование:

1. Купите один или два запасных аккумулятора. Наличие дополнительной сменной батареи, которая постоянно заряжается, избавит вас от необходимости останавливаться посреди работы для подзарядки.
2. Всегда заряжайте аккумулятор полностью и используйте его, пока он полностью не разрядится. Многие аккумуляторы подвержены эффекту памяти аккумулятора, который использует каждый цикл зарядки как индикатор того, как долго должен работать аккумулятор. Если вы будете заряжать его до 80% каждый раз, аккумулятор начнет «думать», что 80% — это максимальный заряд.
3. Меняйте батареи каждые два-три года. После этого они начинают сливаться намного быстрее, и толку от них мало.

Заключение

Аккумуляторные инструменты, несомненно, удобно иметь. Без шнурка, который нужно таскать, вы можете использовать их, где бы вы ни находились. Всегда не забывайте заряжать аккумуляторы и иметь наготове запасной.

Вот несколько важных выводов из этого поста:

• Более высокое напряжение не всегда лучше.