Чем больше напряжение электрического тока, тем он опаснее для человека

С детского сада нас учат: в электрической розетке ток высоко­го напряжения и, засунув туда палец или что-нибудь железное, мы рискуем навсегда покинуть этот мир.

Поэтому у современного человека вырабатывается стойкое убеждение о том, что чем выше напряжение электрического тока, тем более он опасен для чело­века. С одной стороны, это верно, а с другой — нет, потому что необходимо учитывать не только напряжение, но и силу тока.

Электрический ток, текущий в любых проводниках или средах, характеризуется двумя основными характеристиками: напряжением (разностью потенциалов) и силой тока. Необходимо заметить, что у тока гораздо больше параметров, но именно его сила и напряжение имеют важное практическое значение, так что чаще всего говорят именно о них.

Сила тока — это количество заряда (или пропорциональное количество электронов), прошедшее через поперечное сечение проводника за определенное время. Как известно,

сила тока из­меряется в амперах — эта единица измерения названа в честь французского ученого Андре-Мари Ампера, изучавшего электри­ческие явления в начале XIX века.

Напряжение тока — это разность электрических потенциалов, заставляющая электроны двигаться по проводнику. Вообще, определение понятия «напряжение» гораздо сложнее, но в общем случае напряжение показывает, какую по величине работу может совершить электрическое поле при переносе электрического заряда. Эта единица названа в честь итальянского ученого Алессандро Вольта, фактически заложившего на рубеже XVIII-XIX ве­ков основу науки об электричестве.

Эти две величины — сила тока и напряжение — 

взаимосвязаны, и в любом источнике тока или проводнике есть и ток, и на­пряжение. Тесную связь между ними в начале XIX века установил немецкий физик Георг Ом — сейчас она известна нам как закон Ома. Закон гласит, что сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

Именно из-за закона Ома и нельзя говорить о том, что при повышении напряжения электрический ток становится бо­лее опасным для человека. Да, часто это именно так и бывает, но далеко не всегда — мы сталкиваемся со случаями, когда даже напряжение в 10 000 вольт не наносит никакого вреда, о чем будет сказано дальше.

Интересно, что в розетке, к которой ничего не подключено, никакого тока нет — есть только напряжение. Это естественно вытекает из закона Ома — пока два проводника не соединены, между ними бесконечно большое сопротивление, а значит, бесконечно малый ток. Но ток потечет сразу же, как проводни­ки соединятся друг с другом или через электрический прибор. И чем меньше сопротивление, тем больше будет ток, а напряжение будет оставаться неизменным.

Сопротивление человеческого тела может меняться от 200-300 до 15 000-20 000 и более ом (все зависит от влажности, температуры окружающей среды, даже от эмоционального состояния), поэтому при контакте с током напряжением 220 вольт через разные части тела может пробегать ток силой от тысячных до десятых долей ампера.

Установлено, что человек начинает чувствовать воздействие тока силой от 0,001 ампер, токи в 0,01-0,05 ампер уже являются опасными, а ток выше 0,05 ампер может привести к смерти. Что касается напряжений, то опасность представляют величины от 40 вольт. Однако при некоторых условиях и 10-15 вольт могут стать смертельными, поэтому, например, в лабораториях или учебных классах используют ток напряжением 12 вольт.

Как говорилось выше, иногда высокие напряжения оказываются совершенно безопасными для человека. Нетрудно догадать­ся, что это может случиться при очень малых токах и больших сопротивлениях. Например, известные всем пьезокристаллы (применяющиеся в зажигалках или в устройствах поджига в газовых плитах) могут создавать напряжение в десятки тысяч вольт, однако их действие на человека сводится лишь к кратковременному уколу. Все дело в том, что через искру при высоком напряжении протекает ток в миллионные доли ампера, а связано это с кратковременностью процесса — искра «живет» считанные доли секунды.

Подводя итог, можно сказать, что не всегда корректно говорить о том, что при повышении напряжения ток становится бо­лее опасным для человека. В некоторых условиях опасным может стать напряжение 10-15 вольт; и, напротив, токи напряжением 10 000 вольт могут не наносить абсолютно никакого вреда, потому что всегда необходимо учитывать

не только напряжение, но и силу электрического тока.

7.3: Электромоторы постоянного тока

Приводы — это механизмы, которые используются для воздействия на окружающую среду, обычно для перемещения механизмов или систем и управления ими. Приводы заставляют двигаться все элементы соревновательного робота, которые могут двигаться. Наиболее распространенным типом привода является электромотор, в частности, в роботах VEX используются электромоторы постоянного тока.

Электромоторы преобразуют электрическую энергию в механическую энергию путем использования электромагнитных полей и вращающихся проволочных катушек. При вводе напряжения в электромотор, последний выводит установленное количество механической мощности. Механическая мощность рассматривается как выход электромотора (обычно это ось, разъем или передача), вращающегося с определенной скоростью и при определенном крутящем моментe.

Нагружение электромотора

Электромоторы выводят крутящий момент только в ответ на нагружение. При отсутствии нагружения на выходе, электромотор будет вращаться очень быстро при нулевом крутящем моменте. Этого никогда не происходит в реальной жизни, так как в системе электромотора всегда присутствует трение, выполняющее роль нагрузки и заставляющее электромотор выводить крутящий момент для его преодоления. Чем больше нагрузка на электромотор, тем больше он «сопротивляется» с помощью противодействующего крутящего момента. Тем не менее, так как электромотор выводит заданное количество мощности, чем больше крутящий момент, выводимый электромотором, тем меньше его вращательная скорость. Чем больше работы должен произвести электромотор, тем медленнее он вращается. Если нагрузка на электромотор будет продолжать увеличиваться, в результате она превысит возможности электромотора и последний перестанет вращаться. Это называется «остановом».

Потребление электроэнергии

Электромотор потребляет определенное количество электрического тока (выражаемого в Амперах), которое зависит от количества приложенной к нему нагрузки. При повышении нагрузки на электромотор, потребление электроэнергии электромотором увеличивается пропорционально повышению производимого им крутящего момента.

Как показано на графике выше, ток прямо пропорционален нагружающему моменту (крутящий момент нагрузки). Чем больше нагружающий момент, тем больше потребление электроэнергии, при этом ток частота вращения обратно пропорциональны друг другу. Чем быстрее вращается электромотор, тем меньше электроэнергии он потребляет.

Ключевые характеристики электромотора

Электромоторы отличаются друг от друга и обладают различными свойствами, в зависимости от типа, конфигурации и способа производства. Существуют четыре основные характеристики, которыми обладают все электромоторы постоянного тока, используемые в соревновательной робототехнике.

Заданный крутящий момент (Н-м) — количество нагрузки, при приложении которого к электромотору последний перестанет двигаться.

Свободная скорость (об/мин) — максимальная частота вращения электромотора, работающего без нагрузки.

Ток заторможенного электромотора (Ампер) — количество электрического тока, потребляемого остановленным электромотором.

Свободный ток (Ампер) — количество электрического тока, потребляемого электромотором, работающим без нагрузки.

На этих взаимосвязях основывается концепция мощности. При заданном нагружении, электромотор может вращаться только с определенной скоростью.

Линейная и пропорциональная природа представленных выше взаимосвязей позволяет легко составлять графики «крутящий момент — скорость» и «крутящий момент — ток» для любого электромотора путем экспериментального определения двух точек на каждом графике.

Изменение мощности за счет напряжения

Выходная мощность электромотора постоянного тока зависит от входного напряжения. Это означает, что чем больше входное напряжение, тем больше мощности производится и тем быстрее может работать электромотор.

Если электромотор имеет заданное нагружение, что будет происходить при повышении напряжения (в результате увеличения мощности)? Электромотор будет вращаться быстрее! Для выполнения того же объема работы доступно большее количество мощности.

Это означает, что характеристики электромотора, приведенные выше, изменяются в зависимости от входного напряжения электромотора, поэтому их значения необходимо устанавливать при заданном напряжении (при испытаниях с напряжением 12 В). Эти четыре характеристики изменяются пропорционально входному напряжению. Например, если свободная скорость электромотора составляет 50 об/мин при напряжении 6 В, при удваивании напряжения до 12 В свободная скорость также удваивается и принимает значение 100 об/мин.

Значения этих характеристик при определенном напряжении могут быть рассчитаны в том случае, если известны их значения при другом напряжении, путем умножения известного значения на коэффициент значений напряжения. Этот подход не применим к определению свободного тока электромотора, так как его значение остается постоянным при любом напряжении.

Новое значение = Определенное значение х (Новое значение/Определенное значение)

Из примера выше видно, что свободная скорость электромотора составляет 50 об/мин при напряжении 6 В. Проектировщик планирует использовать электромотор при напряжении 8 В. Какова будет свободная скорость электромотора при этом напряжении?

Свободная скорость @ 8 В = Свободная скорость @ 6 В x (8 В / 6 В) = 50 об/мин x (8/6) = 66,66 об/мин

 

Как можно использовать изменение напряжения в управлении роботом? Электромоторы робота представляют собой не просто устройства, работающие по системе «вкл/откл». Проектировщик робота может изменять напряжение электромотора, работающего при нагрузке, для получения различных значений мощности и скорости. Для этого используются моторные контроллеры, регулирующие напряжение, поступающее к электромоторам.

Предельные значения и расчеты для электромотора

Означает ли это, что проектировщик может продолжать увеличивать напряжение электромотора до тех пор, пока последний не сможет выводить количество мощности, достаточное для выполнения задачи? Не совсем так. Электромоторы имеют ограничения. С одной стороны, приобретенная мощность будет слишком большой для электрических обмоток (как правило, обмотка начнет гореть, выделяя белый дым). К счастью, электромоторы VEX лишены подобных проблем, так как снабжены встроенными тепловыми реле, блокирующими поступление электрического тока в электромотор в случае его перегрева. Такое решение является очень удачным, так как электромотор не может перегореть, но при этом возникает новое условие для проектировщиков, выраженное в необходимости предотвращения срабатывания предохранителей электромотора. Как это сделать? Путем проектирования системы таким образом, чтобы исключить превышение установленного потребления тока электромотором за счет ограничения количества нагрузки на него.

Расчет нагрузки на руку

В примере, представленном выше, известный электромотор управляет движением руки робота при известном напряжении. В данном сценарии, какую максимальную массу может стабильно удерживать робот?

Чтобы решить эту задачу, проектировщик должен понимать, что максимальная масса, которую робот может удерживать стабильно, возникает при предельном перегрузочном моменте электромотора. Если электромотор находится в остановленном состоянии, он прикладывает к руке робота длиной 0,25 метра крутящий момент, равный 1 Н. Крутящий момент = Сила * Расстояние

Сила = Крутящий момент/Расстояние = 1 ньютон-метр/0,25 метра = 4 ньютона

Рука может удерживать до 4 ньютонов при остановленном электромоторе. При любом превышении, рука опрокинется.

Расчет крутящей нагрузки из предельного тока:

Это просто, но ситуация усложняется, когда необходимо учесть предельный ток. Например, в электромоторе из примера, представленного выше, установлен выключатель предельного тока, который сработает при потреблении свыше 2 ампер. Какова максимальная масса, которую робот может удерживать без срабатывания выключателя?

Теперь, электромотор не работает при предельном перегрузочном моменте — в режиме останова электромотор будет потреблять ток заторможенного электромотора, равный 3 амперам, что вызовет срабатывание предохранителя. Проектировщик должен выяснить, какую крутящую нагрузку должен испытывать электромотор, чтобы его потребление тока не достигало 2 ампер. Как это реализовать?

Глядя на график выше и помня о том, что взаимосвязи линейны, крутящая нагрузка при любом заданном потреблении тока может быть рассчитана с помощью уравнения.

Уравнение для линии: y = mx + b, где y — это значение по оси y, x — это значение по оси x, m — это уклон линии, и b — это место пересечения линии с осью y (точка пересечения с осью y).

Уклон линии может быть выражен как: m = (изменение по Y / изменение по X) = (ток заторможенного электромотора — свободный ток) / предельный перегрузочный момент

Точка пересечения с осью Y обозначает свободный ток.

Значение Y — это ток в заданной точке линии, и значение X — это крутящая нагрузка в этой точке.

Уравнение может быть представлено следующим образом:

Ток = ((ток заторможенного электромотора — свободны ток) / предельный перегрузочный момент) х крутящая нагрузка + свободный ток

Для крутящей нагрузки это же уравнение выглядит следующим образом:

Крутящая нагрузка = (ток — свободный ток) х предельный перегрузочный момент / (ток заторможенного электромотора — свободный ток)

С помощью параметров из примера выше может быть установлена крутящая нагрузка, при которой значение потребления тока будет равно 2 амперам.

Крутящая нагрузка = (2 ампера — 1 ампер) х 1 Н-м / (3 ампера — 1 ампер)

Крутящая нагрузка = (1,9 ампер) х 10 Н-м / (2,9 ампер)

Крутящая нагрузка = 0,655 Н-м

На основании данного расчета проектировщик может сделать вывод, что если значение крутящего момента электромотора превышает 0,655 Н-м, его потребление электричества превысит 2 ампера, при этом предохранитель сработает. Остается рассчитать количество силы, которой должна обладать рука.

Сила = Крутящий момент/Расстояние = 0,655 Н-м / 0,25 м = 2,62 Н

Если рука робота подбирает объект, масса которого превышает 2,62 Н, это спровоцирует срабатывание предохранителя.

Расчет скорости электромотора из крутящей нагрузки

В примере, представленном выше, какова скорость электромотора при предельном токе? На основании расчетов, выполненных на предыдущем этапе, проектировщик должен определить скорость электромотора при нагрузке 0,655 Н-м.

Глядя на график, изображенный выше, скорость электромотора при любой крутящей нагрузке может быть рассчитана с помощью уравнения, аналогичного уравнению для расчета потребления тока (предыдущий пример).

В этом случае, уклон линии выражается как m = (изменение по Y) / (изменение по X) = (свободная скорость) / (предельный перегрузочный момент).

Примечание: уклон имеет отрицательное значение.

Точка пересечения с осью Y обозначает свободную скорость.

Значение Y — это скорость в заданной точке линии, и значение X — это крутящая нагрузка в этой точке.

Уравнение выглядит следующим образом:

Скорость = (свободная скорость / предельный перегрузочный момент) х крутящая нагрузка + свободная скорость

С помощью параметров из примера выше может быть установлена скорость электромотора при крутящей нагрузке, равной 6,55 фунто-дюймов:

Скорость = -(100 об/мин / 1 Н-м) x 0,655 Н-м + 100 об/мин

Скорость = -(100 об/мин/Н-м) x 0,655 Н-м + 100 об/мин

Скорость = 65,5 об/мин + 100 об/мин = 34,5 об/мин

При потреблении 2 ампер тока и подъеме объекта массой 2,62 Н, электромотор будет вращаться со скоростью 34,5 об/мин при крутящей нагрузке 0,655 Н-м.

Несколько электромоторов

Если для выполнения задачи требуется больше мощности, чем может обеспечить один электромотор, у проектировщика есть три варианта действий:

1. 1. Изменить проектные требования таким образом, чтобы для выполнения задачи было достаточно меньшей мощности.
   2. Перейти на использование более мощного электромотора.
   3. Увеличить количество электромоторов.
    

Что произойдет при использовании в проекте нескольких электромоторов? Очень просто — крутящая нагрузка будет распределена между ними. При крутящем моменте 2 Н-м, каждый электромотор будет иметь крутящую нагрузку 1 Н-м и реагировать соответственно.

Это можно представить так, что электромоторы принимают на себя характеристики супер-мотора, при этом характеристики отдельных электромоторов суммируются. Суммируются значения предельного перегрузочного момента, тока заторможенного электромотора, свободного тока, при этом свободная скорость остается неизменной.

В таблице выше представлены спецификации 2-проводного электромотора VEX 393, а также спецификации при комбинировании двух электромоторов для выполнения одной задачи.

В примере выше, сколько электромоторов VEX 393 необходимо для стабильного удерживания объекта?

Крутящая нагрузка на электромоторы рассчитывается следующим образом:

Крутящая нагрузка = сила х расстояние = 22 Н х 0,25 м = 5,5 Н-м

Данную крутящую нагрузку можно сравнить с предельным перегрузочным моментом электромотора VEX 393 и определить требуемое количество.

5,5 Н-м / 1,67 Н-м = 3,29 электромоторов

Таким образом, для удержания руки в поднятом положении (пример выше) необходимо 4 электромотора.

Внутри источника постоянного тока установлен ограничивающий резистор

Неразветвлённая электрическая цепь постоянного тока состоит из источника тока и подключённого к его выводам внешнего резистора. Как изменятся при уменьшении сопротивления резистора сила тока в цепи и ЭДС источника?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

Запишите в ответ выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Сила тока в цепи

ЭДС источника

При уменьшении сопротивления резистора сила тока в цепи увеличится. ЭДС источника не зависит от сопротивления резистора.

Здравствуйте! Смотрю задачи с сыном на простейшие схемы, и у меня возник вопрос, что вы имеете в виду когда в условии говорите: источник напряжения, источник тока.

Источник напряжения — это источник, ЭДС которого не зависит от сопротивления нагрузки. (Идеальный) (не идеальный – есть ограничения по току). Есть активный элемент (стабилизатор).

Источник тока — это источник, ток которого не зависит от сопротивления нагрузки. (Идеальный) (не идеальный ограничен по напряжению). (Усилитель).

Ни в одной задаче эти определения не используются. И уж тогда проще говорить батарейка, идеальная или не идеальная. Ведь в школьном курсе нет таких задач.

По всей видимости, авторы задачи (источник задачи указывается внизу под текстом) ис­точ­ником на­пря­же­ния и ис­точ­ником тока называют любой источник электрической энергии.

Итак, резистор… Базовый элемент построения электрической цепи.

Работа резистора заключается в ограничении тока, протекающего по цепи. НЕ в превращении тока в тепло, а именно в ограничении тока. То есть, без резистора по цепи течет большой ток, встроили резистор – ток уменьшился. В этом заключается его работа, совершая которую данный элемент электрической цепи выделяет тепло.

Пример с лампочкой

Рассмотрим работу резистора на примере лампочки на схеме ниже. Имеем источник питания, лампочку, амперметр, измеряющий ток, проходящий через цепь. И Резистор. Когда резистор в цепи отсутствует, через лампочку по цепи побежит большой ток, например, 0,75А. Лампочка горит ярко. Встроили в цепь резистор — у тока появился труднопреодолимый барьер, протекающий по цепи ток снизился до 0,2А. Лампочка горит менее ярко. Стоит отметить, что яркость, с которой горит лампочка, зависит так же и от напряжения на ней. Чем выше напряжение — тем ярче.

Ограничение тока резистором

Кроме того, на резисторе происходит падение напряжения. Барьер не только задерживает ток, но и «съедает» часть напряжения, приложенного источником питания к цепи. Рассмотрим это падение на рисунке ниже. Имеем источник питания на 12 вольт. На всякий случай амперметр, два вольтметра про запас, лампочку и резистор. Включаем цепь без резистора(слева). Напряжение на лампочке 12 вольт. Подключаем резистор — часть напряжения упала на нем. Вольтметр(снизу на схеме справа) показывает 5В. На лампочку остались остальные 12В-5В=7В. Вольтметр на лампочке показал 7В.

Падение напряжение на резисторе

Разумеется, оба примера являются абстрактными, неточными в плане чисел и рассчитаны на объяснение сути процесса, происходящего в резисторе.

Основная характеристика резистора — сопротивление. Единица измерения сопротивления — Ом (Ohm, Ω). Чем больше сопротивление, тем больший ток он способен ограничить, тем больше тепла он выделяет, тем больше напряжения падает на нем.

Основной закон всего электричества. Связывает между собой Напряжение(V), Силу тока(I) и Сопротивление(R).

V=I*R

Интерпретировать эти символы на человеческий язык можно по-разному. Главное — уметь применить для каждой конкретной цепи. Давайте используем Закон Ома для нашей цепи с резистором и лампочкой, рассмотренной выше, и рассчитаем сопротивление резистора, при котором ток от источника питания на 12В ограничится до 0,2. При этом считаем сопротивление лампочки равным 0.

V=I*R => R=V/I => R= 12В / 0,2А => R=60Ом

Итак. Если встроить в цепь с источником питания и лампочкой, сопротивление которой равно 0, резистор номиналом 60 Ом, тогда ток, протекающий по цепи, будет составлять 0,2А.

Микропрогер, знай и помни! Параметр мощности резистора является одним из наиболее важных при построении схем для реальных устройств.

Мощность электрического тока на каком-либо участке цепи равна произведению силы тока, протекающую по этому участку на напряжение на этом участке цепи. P=I*U. Единица измерения 1Вт.

При протекании тока через резистор совершается работа по ограничению электрического тока. При совершении работы выделяется тепло. Резистор рассеивает это тепло в окружающую среду. Но если резистор будет совершать слишком большую работу, выделять слишком много тепла — он перестанет успевать рассеивать вырабатывающееся внутри него тепло, очень сильно нагреется и сгорит. Что произойдет в результате этого казуса, зависит от твоего личного коэффициента удачи.

Характеристика мощности резистора — это максимальная мощность тока, которую он способен выдержать и не перегреться.

Рассчитаем мощность резистора для нашей цепи с лампочкой. Итак. Имеем ток, проходящий по цепи(а значит и через резистор), равный 0,2А. Падение напряжения на резисторе равно 5В (не 12В, не 7В, а именно 5 — те самые 5, которые вольтметр показывает на резисторе). Это значит, что мощность тока через резистор равна P=I*V=0,2А*5В=1Вт. Делаем вывод: резистор для нашей цепи должен иметь максимальную мощность не менее(а лучше более) 1Вт. Иначе он перегреется и выйдет из строя.

Соединение резисторов

Резисторы в цепях электрического тока имеют последовательное и параллельное соединение.

Последовательное соединение резисторов

При последовательном соединении общее сопротивление резисторов является суммой сопротивлений каждого резистора в соединении:

Последовательное соединение резисторов

Параллельное соединение резисторов

При параллельном соединении общее сопротивление резисторов рассчитывается по формуле:

Параллельное соединение резисторов

Остались вопросы? Напишите комментарий. Мы ответим и поможем разобраться =)

Для чего нужен токоограничивающий резистор в базе транзистора? Читали предыдущую статью? Если да, то это очень хорошо, если нет, срочно читайте, иначе не поймёте о чем речь в этой статье.

Для чего ставят резистор в базу

Итак, у некоторых возникли непонятки с резистором, который цепляется к базе транзистора. Вроде бы понятно, что он ограничивает силу тока, но непонятно зачем. Давайте вспомним нашу картинку с предыдущей статьи:

Видите резистор на 500 Ом? Что он там делает и для чего нужен, мы с вами разберем в этой статье.

Итак, у нас есть всеми нами любимый и знакомый транзистор КТ815Б – классика Советского Союза 😉

Вспоминаем его цоколевку (расположение выводов):

Включение транзистора в схему с ОЭ (Общим Эмиттером) будет выглядеть приблизительно вот так:

Как вы видите, в этой схеме мы подключали также лампочку и источник тока к коллектору-эмиттеру.

Откинем пока что лампу и источник Bat2 и просто цепляемся крокодилами от Блока питания на выводы базы и эмиттера:

Плюс от блока питания на базу, а минус на эмиттер.

Теперь давайте будем увеличивать напряжение от нуля и до какого-то значения. Итак, кручу крутилку до 0,6 В и только тогда амперметр на блоке питания показал 10 мА:

Кручу дальше и получаю следующие результаты (слева-направо):

Дальше добавлять напряжение страшновато, так как транзистор становится горячим. Кстати, первый подопытный транзистор скончался, испустив белый дым, под напряжением в 1,5 В. Слишком резко крутанул крутилку).

Давайте построим график по нашим точкам, или как говорится в народе, Вольт амперную характеристику (ВАХ):

Чуток коряво конечно, но смысл уловить можно.

Среди профи-электронщиков этот график называется входной характеристикой биполярного транзистора, при нулевом напряжении на коллектор-эмиттере.

Как вы помните, транзистор можно схематически представить, как два диода, соединенные или анодами, или катодами (кто не помнит, читаем эту статью). В нашем случае транзистор КТ815Б является транзистором NPN, следовательно, его можно представить вот так:

Так что это получается? Мы подавали напряжение на диод? Ну да, все верно)

Так вот, для диода ВАХ будет выглядеть как-то вот так:

Что тут можно увидеть? Подавая напряжение на диод в прямом включении (на анод плюс, на катод – минус), мы видим, что через диод ток начинает течь только тогда, когда напряжение становится больше, чем 0,5 В. Далее подавая напряжение на диод чуточку больше, сила тока через диод возрастает непропорционально. Напряжения добавили чуть-чуть, а сила тока стала в разы больше.

Так как переход база-эмиттер – это что ни на есть самый простой диод, то следовательно, малое изменение напряжения в плюс вызовет большое изменение силы тока. Настолько большое, что транзистор можно сгореть! Для нашего подопечного максимально допустимый постоянный ток базы составляет 0,5 А. Я же выжал 0,7 А, но транзистор за эти пару секунд чуть не вскипел.

Что же это получается? Если напряжение изменится в плюс даже на каких-то десятки Вольт, то транзистор сгорит? Да, все именно так. Но как нам теперь быть? Неужели придется использовать высокостабильный блок питания?

Но выход есть проще некуда, и называется он токоограничивающий резистор.

Давайте проведем два небольших опыта. Для этого к базе цепляем резистор на 10 Ом:

Смотрим теперь на показания блока питания (слево-направо):

Строим график по полученным точкам:

Сравниваем с графиком без резистора:

Обратите внимание на вертикальную шкалу силы тока базы (I_базы). При одном вольте на графике без резистора базовый ток был уже почти 0,7 А! А с резистором на 10 Ом базовый при 1 В уже был каких-то 0,02 А. Чувствуете разницу?

Почему же так все получилось? Дело в том, что на резисторе “осело” лишнее напряжение. Досконально это схема будет выглядеть вот таким образом:

По цепи, которую я отметил красными проводками, течёт электрический ток. Нагрузкой для электрического тока является резистор и диод транзистора. А так как они соединены последовательно, то вспоминая статью Делитель напряжения можно сказать, что и на диоде транзистора и на резисторе R падает напряжение. А сумма этих напряжений равняется напряжению батареи Bat. В данном случае вместо батареи я использовал блок питания. То есть можно записать, что

Проверяем, так ли оно на самом деле?

В нашем случае используем тот же самый резистор на 10 Ом. Выставляем на блоке питания напряжение 1 В.

Видим, что сила тока, протекающая по цепи равна 20 мА.

Итак, замеряем падение напряжения на резисторе:

А теперь падение напряжения на базе-эмиттере:

Итого: 0,32 + 0,74 = 1,06 В

0,06 В спишем на погрешность вольтметра блока питания).

Ну как, теперь понятно, почему всё так происходит?

Небольшое лирическое отступление. Так как резистор рассчитан на определенную мощность, нужно таким образом подбирать резистор, чтобы он не колыхнул ярким пламенем. Какая же мощность сейчас в данный момент рассеивается на резисторе? Так как в нашем случае нагрузки подцеплены последовательно (резистор и диод транзистора), сила тока, проходящая через каждую нагрузку везде будет одинаковой. Значит, резистор в данный момент рассеивает мощность, равную

P = IU = 0,02х0,32 = 0,0064 Вт.

Мой резистор рассчитан максимум на 0,25 Вт, значит все гуд. Если на резисторе будет рассеиваться мощность больше, чем 0,25 Вт, то резистор сгорит. Имейте это ввиду, когда будете проектировать свои электронные поделки.

А что будет, если взять резистор еще больше по номиналу? Давайте попробуем. Возьмем резистор на 100 Ом:

И проводим аналогичный опыт. Вот наши показания (слева-направо):

Строим по ним график:

Заключение

Из всего выше сказанного, показанного и написанного делаем простые и не очень выводы:

1) Резистор в базе используется для того, чтобы плавно регулировать силу тока в базе, а также для ограничения силы тока, которая может спалить транзистор. Для чего нам плавно регулировать ток базы, мы с вами еще обсудим.

2) Чем больше номинал резистора, тем больше станет диапазон напряжения для регулировки силы тока в базе, тем самым можно плавнее регулировать этот самый ток.

На рисунке (художник из меня так себе) мы видим резистор, который качается на качелях, прикрепленных к графику входной характеристики транзистора ну и следовательно, чем больше его номинал, тем больше он прогибает график))).

Тест по физике Зависимость силы тока от напряжения 8 класс

Тест по физике Зависимость силы тока от напряжения. Электрическое сопротивление проводников для учащихся 8 класса с ответами. Тест состоит из 10 заданий.

1. Как электрический ток зависит от напряжения?

1) Чем больше напряжение, тем больше сила тока
2) Чем больше напряжение, тем меньше сила тока
3) Сила тока прямо пропорциональна напряжению
4) Сила тока не зависит от напряжения

2. Определите по графику зависимости силы тока от напряже­ния, какова сила тока в проводнике при напряжении 6 В и при каком напряжении сила тока в нем станет равной 6 А.

1) 4 А и 9 В
2) 4 А и 12 В
3) 3 А и 9 В
4) 3 А и 12 В

3. Когда напряжение на концах проводника равно 8 В, сила тока в нем 0,4 А. Чему будет равна сила тока в проводнике, когда напряжение на его концах уменьшится до 2 В?

1) 1,6 А
2) 0,1 А
3) 0,8 А
4) 0,2 А

4. От чего, кроме напряжения, зависит сила тока в проводнике?

1) От строения его кристаллической решетки и длины проводника
2) От разных свойств проводника
3) От его сопротивления
4) От того, из какого металла он состоит

5. Электрическое сопротивление — это физическая величина, которая

1) влияет на прохождение тока по проводнику
2) характеризует электрические свойства проводника и от ко­торой зависит сила тока
3) определяет силу тока в проводнике

6. Какое сопротивление проводника принято за единицу сопротивления?

1) То, при котором сила тока в проводнике равна 1 А, когда напряжение на его концах равно 10 В
2) То, при котором напряжение на концах проводника 1 В создает силу тока, равную 10 А
3) То, при котором сила тока в проводнике равна 1 А, когда напряжение на его концах равно 1 В

7. Как названа единица электрического сопротивления?

1) Кулон (Кл)
2) Ампер (А)
3) Ом (Ом)
4) Вольт (В)

8. Выразите в омах сопротивления, равные 900 мОм и 2,5 кОм.

1) 9 Ом и 250 Ом
2) 0,9 Ом и 2500 Ом
3) 9 Ом и 2500 Ом
4) 0,9 Ом и 250 Ом

9. Переведите в омы значения сопротивления 40 кОм и 0,01 МОм.

1) 40 000 Ом и 10 000 Ом
2) 4000 Ом и 1000 Ом
3) 40 000 Ом и 1000 Ом
4) 4000 Ом и 10 000 Ом

10. Чем обусловлено сопротивление проводников?

1) Столкновениями движущихся упорядоченно электронов с ионами кристаллической решетки
2) Взаимодействием движущихся электронов с ионами кристаллической решетки
3) Наличием хаотического движения электронов внутри кристаллической решетки

Ответы на тест по физике Зависимость силы тока от напряжения
1-3
2-4
3-2
4-3
5-2
6-3
7-3
8-2
9-1
10-2

Факторы глубины проплавления

В других статьях мы уже говорили о сплавлении металла, глубине проплавления и о том, когда большая глубина проплавления может оказаться полезной или вредной. От каких факторов заивит глубина пролавления? Как ее можно регулировать?

Глубина проплавления — это расстояние, на которое наплавленный металл проникает в основной металл или в материал предыдущего прохода во время сварки. На Рисунке 1 показано поперечное сечение углового шва, на котором хорошо виден профиль проплавления.

Больше всего глубина проплавления зависит от силы сварочного тока (которая измеряется в амперах, или А). По мере увеличения силы сварочного тока глубина проплавления возрастает, по мере снижения — уменьшается. На Рисунке 2 показаны три сварные шва, сделанные на разных токах, но при тех же остальных настройках.

Рисунок 1	Рисунок 2

 

В процессах сварки на падающей вольтамперной характеристике (СС) сила тока является главной регулируемой переменной. Но случае процессов на жесткой ВАХ (CV) главными регулируемыми параметрами являются напряжение сварочного тока и скорость подачи сварочной проволоки, а сила тока варьируется с учетом скорости подачи проволоки. При увеличении скорости подачи сила тока для данного типа и диаметра проволоки также увеличивается. Соответственно, при снижении скорости подачи проволоки сила тока снижается.

Также существует еще несколько параметров, которые тоже влияют на глубину проплавления. Ниже мы обсудим, какое влияние эти параметры оказывают на глубину проплавления (при прочих равных). Заметьте, что на Рисунке 2 выше, а также на Рисунках 3, 5, 6 и 7, показаны сечения швов, выполненных с помощью сварки под слоем флюса (subarc). Сварка под флюсом была выбрана, чтобы продемонстрировать влияние различных параметров сварки (или его отсутствие), потому что в этом режиме оно выражено намного сильнее. Сварка под флюсом обычно проходит на высоких токах, высокой скорости подачи проволоки, относительно высоком напряжении и с применением проволоки большого диаметра. Хотя изменение этих параметров влияет на глубину проплавления и в других процессах, из-за более низкого сварочного тока и т. д. разница окажется не настолько большой.

• Полярность: глубина проплавления зависит от полярности сварочного тока. В большинстве случаев большая глубина проплавления достигается на постоянном токе обратной полярности (DC+), потому что дуга оказывается лучше сфокусирована на рабочей поверхности. Соответственно, постоянный ток прямой полярности обеспечивает меньшую глубину проплавления, потому что энергия дуги в основном поступает в электрод или проволоку, а не в рабочую пластину. Это относится к ручной дуговой сварке (SMAW), сварке в защитных газах (MIG/MAG), сварке порошковой проволокой (FCAW) и сварке под флюсом (SAW) (см. Рисунок 3). Исключением является аргонодуговая сварка (TIG), в случае которой влияние полярности на глубину проплавления полностью противоположно. В случае аргонодуговой сварки прямая полярность обеспечивает большую глубину проплавления (обратная в этом режиме обычно не используется).

  Некоторые новые модели источников для SAW-сварки дают возможность регулировать форму волны переменного сварочного тока, чтобы добиться оптимальной стабильности дуги и регулировать производительность наплавки и глубину проплавления.  Также они позволяют контролировать баланс переменного тока, смещение и частоту тока, что дает еще более широкие возможности контроля над характеристиками сварки.

 

Рисунок 3

• Процесс сварки: различные процессы сварки имеют разные характеристики проплавления. Например, SAW, FCAW и MIG/MAG (в режиме крупнокапельного, струйного или импульсного переноса металла) считаются процессами с большей глубиной проплавления. TIG, MIG-C (металлопорошковой проволокой) и MIG/MAG (в режиме переноса металла короткими замыканиями), напротив, считаются процессами с меньшей глубиной проплавления. Конечно, это также зависит от силы тока. Например, процесс сварки под флюсом обычно проходит на очень высоких токах, а MIG/MAG-сварка короткими замыканиями — на низких. Ручная дуговая сварка может иметь как большую, так и малую глубину проплавления в зависимости от используемых электродов.
• Сварочные материалы: даже в одном и том же процессе сварочные материалы разных классов могут иметь совершенно разные характеристики проплавления. Например, в режиме РДС электроды класса E6010 обычно имеют большую глубину проплавления, а электроды класса E7024 — меньшую. То же относится к процессу FCAW. Порошковая проволока класса E70T-1 обычно имеет большую глубину проплавления, класса E71T-1 — меньшую.
• Угол атаки электрода: угол наклона электрода в направлении сварки, влияет на то, как дуга направлена на рабочую поверхность. При угле атаки от 0° до 10° (т. е. если электрод почти перпендикулярен поверхности) глубина проплавления максимальна. По мере увеличения угла глубина проплавления снизится.
• Тип защитного газа: защитный газ тоже влияет на глубину проплавления. Защитные газы с высокой теплопроводимостью, например, 100-процентная двуокись углерода (CO₂) или 100-процентный гелий (He), вызывают более широкий и глубокий профиль проплавления. Защитные газы с низкой теплопроводимостью, например, 100-процентный аргон (Ar) или смеси Ar / CO₂ или Ar / кислород (O₂), приводят к менее глубокому профилю с сужением в середине (см. Рисунок 4). 

 

Рисунок 4

• Диаметр электрода: при сварке двумя электродами разных диаметров при одинаковой силе сварочного тока в случае электрода меньшего диаметра глубина проплавления окажется больше (см. Рисунок 5). Проволока меньшего диаметра имеет меньшую площадь сечения. Так как в обоих случаях через электрод проходит одинаковый ток, из-за этого концентрация или плотность тока в случае меньшего электрода оказывается выше. Из-за этой более высокой плотности тока электроды меньшего диаметра имеют большую глубину проплавления. Однако заметьте, что электроды любого диаметра имеют максимальный порог плотности тока, после которого сварочного дуга становится очень нестабильной. Поэтому при увеличении сварочного тока в какой-то момент понадобится перейти на электроды большего диаметра.

 

Рисунок 5

• Скорость сварки: скорость перемещения электрода вдоль сварного шва влияет на то, сколько времени есть у энергии дуги на то, чтобы проникнуть в основной материал в каждой отдельно взятой точке шва. По мере увеличения скорости сварки время нахождения дуги в отдельной точке шва снижается, из-за чего снижается глубина проплавления. По мере снижения скорости сварки время нахождения дуги в отдельной точке шва увеличивается, а глубина проплавления становится больше (см. Рисунок 6).

 

Рисунок 6

• Расстояние от контактного наконечника до изделия: в режимах MIG/MAG, FCAW и SAW на жесткой ВАХ (CV) при одинаковой скорости подачи проволоки и напряжении дуги по мере увеличения расстояния от контактного наконечника до изделия сопротивление на пути тока через электрод возрастет, потому что этот электрод (т. е. металлический электропроводник) станет длиннее. Увеличение сопротивления при том же напряжении приведет к снижению силы тока (по закону Ома), что, в свою очередь, вызовет снижение глубины проплавления. Соответственно, при уменьшении расстояния от контактного наконечника до изделия сопротивление снижается, а сила тока и глубина проплавления увеличиваются. 

 

Напряжение дуги, напротив, не оказывает практически никакого влияния на глубину проплавления. Хотя изменения напряжения могут вызвать минимальные изменения глубины проплавления, его влияние по сравнению с силой тока и других перечисленных в этой статье переменных весьма ограничено. Напряжение дуги больше влияет на ее длину. При той же скорости подачи проволоки по мере увеличения напряжения дуги она удлиняется, по мере снижения напряжения — укорачивается. Длина дуги, в свою очередь, влияет на ширину и размер ее конуса. Если длина дуги снизится, конус дуги станет уже, а дуга — более сфокусированной (см. Рисунок 7). В результате получается узкий и выпуклый сварной шов, также может немного уменьшиться глубина проплавления.  Аналогичным образом при уменьшении длины конус дуги становится шире, а сама дуга — мягче. В результате шов становится более широким и плоским, а глубина проплавления может немного увеличиться. Влияние напряжения дуги на форму шва показано на Рисунке 8. Также заметьте, что швы, сделанные при напряжении 27, 34 и 45 вольт, несколько различаются по глубине проплавления (при одинаковых силе тока, скорости подачи проволоки и диаметре электрода). Учтите, что это крайне большая разброс в напряжении дуги — этот эксперимент был проведен только для того, чтобы проиллюстрировать эту статью. На практике напряжение дуги будет варьироваться всего на несколько вольт. Поэтому колебания глубины проплавления из-за такой малой разницы в напряжении будут пренебрежимо малы.

 

Рисунок 7	Рисунок 8

 

По иронии, многие сварщики полагают, что напряжение дуги как раз является главной переменной, которая оказывает наибольшее влияние на глубину проплавления. Напряжение иногда неправильно называют «жаром», и сварщики увеличивают напряжение или «жар», чтобы получить видимое увеличение глубины проплавления, или снижают, чтобы его уменьшить. Скорее всего это заблуждение вызвано тем, что при увеличении напряжения шов зрительно становится шире (как показано на Рисунке 8). Однако, как уже было сказано выше, эти изменения ширины шва вызваны сужением или расширением конуса дуги. Итоговая глубина проплавления при разном напряжении (при условии неизменной силы тока) практически одинакова.

Работа с ЛАТРом. Контроль тока

Лабораторный автотрансформатор (ЛАТР) — прибор, предназначенный для настройки и тестирования разнообразного электрооборудования в условиях лаборатории или исследовательского центра. Работа с ним подразумевает знание и понимание основных физических законов, в частности закона Ома.

Но сегодня данное устройство можно встретить на приусадебных участках, на пасеках и фермах, в различных мастерских и производственных цехах. Нередко его используют для демонстрации оборудования на выставках и при съемках видеороликов.

 

Чтобы работать с ЛАТРом было легко и безопасно даже неподготовленному человеку, приведем обязательный минимум теоретической информации и правила регулировки прибора.

Основной характеристикой любого лабораторного автотрансформатора является максимально допустимый ток. Он указывается в паспорте устройства. Например, ЛАТР SUNTEK 500 ВА имеет максимально допустимый ток 2А.

Превышение этого параметра ведет к перегреву и перегоранию обмотки катушки. Прибор выходит из строя. И самое неприятное, что ремонт при такой поломке нецелесообразен. Замена катушки обойдется в ту же сумму, что и покупка нового ЛАТРа.

Поэтому при работе с ЛАТРом 
главное правило — не превышать максимально допустимый ток.

 

Контроль тока

Сила тока, проходящего по обмоткам автотрансформатора, зависит от двух величин: мощность нагрузки и выходное напряжение.

Ток ЛАТРа = Мощность нагрузки / Вых. напряжение

То есть, подключение того или иного оборудования (нагрузки) с различной потребляемой мощностью и регулирование напряжение на выходе ЛАТРа при помощи поворотной ручки изменяет значение силы тока. А значит, чтобы не превысить максимально допустимый ток ЛАТРа, делать все манипуляции с прибором надо осознанно, понимая значение каждой величины и постоянно контролируя ток по формуле.

Например, к ЛАТРу SUNTEK 500 ВА (2 А) нужно подключить нагрузку 50 ВА при напряжении 110 Вольт. Перед тем как приступить к работе с ЛАТРом, проверяем значение тока по формуле.

50 / 110 = 0,45

Ток не превышает 2 А. Значит к ЛАТРу можно смело подключать такую нагрузку при таком напряжении.

Отдельно стоить остановиться на вопросе потребляемой мощности подключаемых к ЛАТРу электроприборов. Как правило, в технической документации потребляемая мощность указывается в Ваттах (Вт) — это активная мощность, но при расчетах необходимо использовать полную мощность, измеряемую в Вольт-Амперах (ВА). Если не уходить глубоко в теорию, то для приборов без электродвигателя полная мощность равна активной, а для приборов с электродвигателями — равна активной мощности разделенной на 0,7. К тому же необходимо учесть, что в момент пуска двигателя потребляемая мощность возрастает в несколько раз. Поэтому к ЛАТРу можно подключать приборы с электродвигателями только, если их полная мощность составляет не более одной трети от номинала ЛАТРа.

 

Используя формулу контроля тока, также можно определить предельную мощность подключаемой нагрузки или диапазон выходного напряжения.

 

Мощность нагрузки (от 0 до ? ВА)

Очевидно, что уменьшать нагрузку можно до бесконечности, и даже вовсе ее не подключать (нагрузка 0), ток при этом не возрастет. А вот какую максимальную нагрузку можно подключить к ЛАТРу, если известен максимально допустимый ток и выходное напряжение? Проведем расчет используя данные из прошлого примера (максимальный ток ЛАТРа — 2 А, необходимое выходное напряжение — 110 Вольт). Из формулы, указанной выше, выведем мощность нагрузки:

Мощность нагрузки = Вых. напряжение * Максимальный ток ЛАТРа

110*2= 220 ВА

Получается, что к ЛАТРу SUNTEK 500 ВА (2 А) при выходном напряжении 110 Вольт нельзя подключать нагрузку больше 220 ВА.

 

Выходное напряжение (от ? до 300 Вольт)

Из первой формулы, используемой для контроля тока, видно, что увеличение выходного напряжения приводит только к снижению тока на обмотках автотрансформатора. Поэтому верхний порог данной величины ограничивается лишь конструктивными особенностями ЛАТРа конкретного производителя. Во всех моделях ЛАТРов SUNTEK напряжение на выходе можно увеличивать вплоть до 300 Вольт. А насколько можно уменьшить выходное напряжение, если известен максимально допустимый ток и мощность нагрузки, рассчитаем по формуле. Данные опять возьмем из первого примера: ЛАТР с максимальным током 2 А, мощность подключенной нагрузки — 50 ВА. Формулу модифицируем для расчета напряжения:

Вых. напряжение = Мощность нагрузки / Максимальный ток ЛАТРа

50 / 2 = 25 Вольт

Получаем, что при нагрузке 50 ВА, регулировочную ручку ЛАТРа 2 А нельзя устанавливать на значение меньше 25 Вольт. Это приведет к превышению максимально допустимого тока.

 

Правила безопасности

При работе с лабораторным автотрансформатором чрезвычайно важно соблюдать правила безопасности. Это позволит избежать поражения электрическим током и убережет сам ЛАТР от поломки.

Нельзя:

— подключать к сети прибор со снятым корпусом,

— подсоединять или отсоединять провода от клеммной колодки, если ЛАТР подключен к сети,

— резко крутить регулировочную ручку,

— оставлять прибор без присмотра, а также работать с ЛАТРом непрерывно более 6 часов,

— накрывать работающий прибор, а также использовать его в помещении с высокой влажностью или температурой,

— эксплуатировать прибор, если появились признаки поломки (дым, горелый запах, вибрация, шум).

 

Лабораторные автотрансформаторы (ЛАТРы) SUNTEK точны, надежны и безопасны в использовании. В них заложен большой эксплуатационный ресурс. При правильном использовании и постоянном контроле тока ЛАТРы SUNTEK прослужат долгие годы.

электрических цепей — Почему большее напряжение означает больший ток?

Я знаю, что этот вопрос какое-то время оставался нетронутым, но я сам думал над этим вопросом и не смог найти его тщательного изучения, несмотря на то, что, по-видимому, это, как утверждает OP, довольно простой вопрос. Никто еще точно не объяснил , почему аналогия с водопадом не работает, только заявив, что это не «хорошая» аналогия. Напротив, я думаю, что — это хорошая аналогия с , в конце концов, вам будет трудно объяснить фундаментальную разницу между действием гравитационных сил на молекулы воды в водопаде и электрическими силами на заряды в цепи, не прибегая к помощи квантово-механическим аргументам.Так почему же аналогия не удалась?

Почему увеличение высоты водопада не увеличивает ток (воды), при увеличении разности потенциалов в цепи увеличивает электрический ток?

I. Понимание течения водопада.

Сначала давайте поймем, что именно вызывает течение в водопаде. Молекулы воды, проходящие над вершиной водопада, имеют нулевую скорость вниз (скорость тангенциальная для начала), но когда они опрокидываются над краем, сила действует вниз (сила тяжести), которая ускоряет эти молекулы вниз, вызывая увеличивающийся поток вниз. .Однако они не ускоряются бесконечно, потому что действующие силы сопротивления (зависящие от скорости) означают, что молекулы достигают конечной скорости (при условии, что водопад достаточно высок, чтобы молекулы достигли этой скорости). Эта конечная скорость $ v $ достигается, когда сила тяжести равна силам сопротивления. «Течение» водопада пропорционально этой скорости.

Обращая внимание на молекулярные причины тока, мы фактически не упоминаем $ V $, разность потенциалов.Это потому, что это , а не разность потенциалов, вызывающая ток, а сила $ F $, которая в нашем случае равна просто $ mV / h $, где $ h $ — высота водопада, а $ m $ — масса молекулы воды. Это должно быть так — мы знаем, что Второй закон Ньютона говорит нам, что силы вызывают ускорения (изменения $ V $ на расстоянии), а не абсолютные изменения $ V $. Мораль этой истории заключается в том, что мы не только можем учитывать изменения в $ V $ при объяснении динамики системы, но также должны учитывать расстояние, на котором эти изменения происходят, $ h $.

Теперь предположим, что мы удвоили высоту водопада. Тогда действительно разность потенциалов $ V $ между верхом и низом увеличилась вдвое, но, разумеется, мы также удвоили высоту $ h $! Таким образом, удвоив высоту водопада, мы отправили:

$$ V \ mapsto 2V \\ h \ mapsto 2h.

$

Теперь мы знаем, что на самом деле над частицами воды работает , а не разность потенциалов, а сила $ F $, которая в нашем случае равна:

$$ F_ {новый} = m \ frac {2V} {2h} = m \ frac {V} {h} = F_ {old} $$

Очевидно, мы видим, что удвоение как $ V $ , так и $ h $ приводит к одной и той же силе и, следовательно, к одному и тому же току.Другими словами, величина, определяющая течение водопада (при условии, что он достаточно высок для достижения конечной скорости), — это напряженность гравитационного поля $ g $, и изменение высоты водопада ничего не меняет.

II. Ток в цепи.

Так много о случае водопада, а как насчет схем?

Проводя аналогию между водопадом и схемой, OP правильно указывает, что удвоение разности потенциалов $ V $ на резисторе с сопротивлением $ R $ удваивает ток $ I $, но не учитывает удвоение ‘высоты ‘$ h $.Итак, предположим, что мы удваиваем разность потенциалов на каком-то резисторе, но мы также увеличиваем «высоту» резистора. Что в этом контексте означает удвоение высоты? В случае водопада $ h $ — это полное расстояние, которое молекулы воды проходят параллельно полю, и поэтому соответствующим параметром в цепи является длина $ l $ резистора. Теперь удвоение длины резистора в цепи — это то же самое, что простое добавление второго такого же резистора последовательно. Но сделав это, мы удвоили сопротивление $ R $! Итак, мы отправили:

$$ V \ mapsto 2V \\ R \ mapsto 2R.

$

Так очевидно:

$$ I = V / R

$

остается прежним! Парадокс разрешен.

III. Почему неразбериха?

Я думаю, что основная трудность в понимании этих аналогий состоит в том, что закон Ома противоречит второму закону Ньютона — в частности, не принимает во внимание масштабы длины! Однако, конечно же, не учитывает шкалу длины — они просто скрыты в формуле для сопротивления $ R $.

В обеих наших ситуациях механика отдельных частиц одинакова. У нас действует некоторая постоянная сила, которая ускоряет частицы ($ mg $ или $ qE $), но сила сопротивления, зависящая от скорости, означает, что достигается конечная скорость, которая зависит от величины действующей силы. Ток просто пропорционален этой конечной скорости. В случае с водопадом это обычные старые силы трения, вызывающие сопротивление, тогда как в случае схемы именно столкновения с электронами вызывают эту резистивную силу, приводящую к тепловыделению в резисторе ($ P = VI $ и т. Д.).В этих случаях конечная скорость (соответствующая току) пропорциональна силе, действующей на частицы. Итак, у нас есть это:

$$ I \ propto F,

$

и когда мы работаем в терминах потенциалов, а не сил, мы получаем:

$$ Я \ propto \ frac {V} {x},

$

, где $ x $ — наш масштаб длины. Однако закон Ома просто гласит, что:

$$ I \ propto V

$

без учета длины!

Ответ состоит в том, что, конечно, масштаб $ x $ скрыт в формуле для сопротивления $ R $ резистора.В (II) я утверждаю, что удвоение длины резистора по сути «то же самое», что и добавление дополнительного резистора последовательно. Чтобы оправдать этот аргумент, обратитесь к формуле сопротивления некоторого материала, основанной на его удельном сопротивлении $ \ rho $:

$$ R = x \ frac {\ rho} {A},

$

, где $ A $ — площадь поперечного сечения материала (предполагается, что это своего рода призма). Итак, закон Ома на самом деле утверждает, что:

$$ V = Ix (\ frac {\ rho} {A}),

$

, который, к счастью, восстанавливается:

$$ Я \ propto \ frac {V} {x}.

$

Уф!

IV. Продолжая аналогию.

Надеюсь, к настоящему времени вы поверите, что аналогия с водопадом на самом деле является более или менее совершенной аналогией закона Ома, если мы уделяем пристальное внимание нашим собственным рассуждениям.

Если провести аналогию в обратном направлении, правильной эквивалентной ситуацией для увеличения разности потенциалов без увеличения высоты водопада было бы увеличение силы гравитационного поля $ g $. Мы могли бы представить себе некую шкалу, на которой мы можем двигать $ g $ вверх и вниз, заставляя силу гравитационного поля Земли увеличиваться или уменьшаться (т.е. как наличие потенциометра в цепи). При $ g \ to 0 $ течение водопада упадет до $ 0 $ (представьте себе тот же водопад в космосе), а при $ g \ to \ infty $ ток также будет стремиться к некоторому максимальному значению $ I_ {max} $, связанному с частицы, движущиеся со скоростью света $ c $ (представьте тот же водопад на краю сверхмассивной черной дыры).

Таким образом, аналогия работает отлично — просто убедитесь, что вы точно указали, какие физические величины и какие изменения соответствуют между двумя ситуациями.

Чем выше напряжение, тем больше мощность? — MVOrganizing

Чем выше напряжение, тем больше мощность?

Вольт и Ампер Есть несколько способов добраться туда. Пока вы можете потреблять от батареи достаточный ток (в амперах), вы можете получать такое же количество энергии от многих напряжений. Таким образом, теоретически более высокое напряжение само по себе не означает большей мощности.

Что происходит при повышении напряжения?

Закон

Ома гласит, что электрический ток (I), протекающий в цепи, пропорционален напряжению (V) и обратно пропорционален сопротивлению (R).Следовательно, если напряжение увеличивается, ток будет увеличиваться при условии, что сопротивление цепи не изменится.

Почему более высокое напряжение лучше?

Батарея с более высоким напряжением может «протолкнуть» больший ток, то есть больше электронов, для заданного сопротивления. Это означает способность выполнять большую работу, что равносильно увеличению мощности. Более высокое напряжение также означает меньший ток для выполнения того же объема работы, что увеличивает срок службы батареи.

Как напряжение влияет на энергопотребление?

Чем выше напряжение, тем выше потребляемая мощность в случае чисто резистивной нагрузки.Снижение напряжения не влияет на энергию, используемую бытовыми приборами, использующими резистивные нагрузки, за исключением таких устройств, как чайники и тостеры, которым требуется больше времени для выполнения своей работы из-за атмосферных потерь.

Падение напряжения приводит к увеличению энергопотребления?

Снижение напряжения не вызывает увеличения потребляемой мощности. Однако для двигателей, мощность которых определяет подключенная нагрузка, может произойти увеличение тока. При той же мощности ток должен увеличиваться, если напряжение снижается.

Как можно сэкономить энергию дома?

17 советов по энергосбережению в доме

1. Остерегайтесь устройств для отвода энергии.
2. Умные разветвители питания помогают рационально управлять использованием.
3. Используйте вместе крупную бытовую технику, чтобы снизить потребление энергии.
4. Холодная стирка, когда можно — это не хуже!
5. Сушите одежду и посуду естественным путем.
6. Обновите, когда придет время для повышения энергоэффективности.

Какие приборы потребляют больше всего электроэнергии?

Вот десять самых распространенных бытовых приборов, перечисленных в порядке энергопотребления:

• Сушилка: 75 кВтч / мес.
• Духовка Диапазон: 58 кВтч / месяц.
• Освещение 4-5 комнатных домов: 50 кВтч / мес.
• Посудомоечная машина: 30 кВтч / мес.
• Телевидение: 27 кВтч / мес.
• Микроволновая печь: 16 кВтч / месяц.
Стиральная машина
• : 9 кВтч / мес.

Как узнать, какое устройство потребляет больше электроэнергии?

Чтобы узнать, сколько ватт электроэнергии потребляет устройство, просто подключите монитор к электрической розетке, которую использует устройство, а затем подключите устройство к монитору.Он покажет, сколько ватт потребляет устройство.

Что мне делать, если мой счет за электричество слишком высок?

Если счетчик не двигается при отключении сети, то следующее, что вы можете сделать, это выключить все приборы и включить сеть. Если счетчик перемещается, это означает, что в вашей установке неисправна проводка, которая вызывает утечку электричества, и вам необходимо обратиться к электрику, чтобы найти и исправить это.

Больше напряжения для газонного оборудования лучше?

По мере того, как уход за газонами и OPE (наружное электрооборудование) продолжают переход на более беспроводные продукты, ориентироваться в ландшафте становится непросто.Большие газовые двигатели означают большую мощность. Похоже, что более высокое напряжение батареи — это то, что профессионалы и потребители считают эквивалентным измерением. Однако проблема не так проста. Чтобы разрешить спор, давайте подробнее рассмотрим вольты, амперы и сопротивление.

Вольт и ампер

Ни вольт, ни ампер не описывают мощность сами по себе. Это название относится к ваттам, и расчет довольно прост:

Вольт (В) x Амперы (А) = Ватты (Вт)

Допустим, нам нужно 2200 Вт для работы газонокосилки.Есть несколько способов добраться туда.

• 36 В x 61,1 A = 2200 Вт
• 56 В x 39,3 A = 2200 Вт
• 108 В x 20,4 A = 2200 Вт

Если вы можете потреблять от батареи достаточно тока (ампер), вы можете получить такое же количество мощности из многих напряжений.

Таким образом, теоретически более высокое напряжение само по себе не означает большей мощности.

Краткое примечание о вольтах
Числа напряжения, такие как 40 В, 80 В и 120 В, часто представляют пиковые (максимальные) вольты.Это напряжение, которое вы можете измерить прямо на зарядном устройстве. Как только вы начнете их использовать, они установятся на свое номинальное напряжение: 36 В, 72 В и 108 В. Как только вы это поймете, вы увидите, что 18 В = 20 В макс., 36 В = 40 В макс. И так далее. В Pro Tool Reviews есть более подробная статья под названием 20V Max Vs 18V: Setting the Record Straight.

Code Embed: Невозможно использовать CODE1 в качестве глобального кода, поскольку он используется для хранения 386 уникальных фрагментов кода в 446 сообщениях

Присоединяйтесь к сопротивлению

Когда энергия достигает двигателя, наше уравнение V x A = W описывает, как он получает большую мощность.Однако сопротивление сводит на нет уравнение и не дает ему быть простым делом.

Возьмем для примера топливопровод. Более тонкая трубка ограничивает легкость попадания топлива в двигатель. Аналогичная проблема существует и с электрической энергией.

Более тонкая проволока и материалы более низкого качества ограничивают поток электронов. Толстая проволока и материалы более высокого качества позволяют электронам плавно течь. Возможно, вы столкнулись с падением напряжения при использовании слишком тонкого удлинителя на электроинструментах на 15 ампер. Или, возможно, вы заметили мерцание света, когда в вашем доме включается кондиционер.

Именно здесь в игру вступает парень по имени Ом . Он отвечает за уравнение сопротивления и за единицу под названием «Ом».

Ом обнаружил, что сопротивление больше влияет на ток (амперы или амперы), чем на напряжение. Если вы попытаетесь передать одно и то же количество энергии через два разных напряжения, более высокое напряжение имеет меньшее сопротивление.

Краткое исследование

Вольт ² / Сопротивление = Вт
(В ² / R = W)

или

Ток ² x сопротивление = Вт
(I ² x R = W)

Примечание. В законе Ома для обозначения тока используется «I» вместо «A».

Давайте вернемся к нашему примеру с 56 В и посмотрим, как все меняется, когда мы применяем закон Ома.

56 В x 39,3 A = 2200 Вт

В этом примере сопротивление равно 1,42 Ом. (56 В / 39,3 А = 1,42 Ом)

Увеличение напряжения

Вот что происходит, когда мы увеличиваем напряжение на 20% (67,2 В):

(67,2 В x 67,2 В) / 1,42 Ом = 3180,2 Вт

A Увеличение напряжения на 20% дает увеличение мощности на 44,6% при том же сопротивлении.

Увеличение тока

Теперь вернемся назад и вместо этого увеличим ток на 20%.

47,2 ампер x 47,2 ампер x 1,42 Ом = 3163,5 Вт

Это 20% увеличение тока привело к увеличению мощности на 43,8%. Хотя это и похоже на этот пример, для получения большей выходной мощности требуется большее увеличение тока, чем увеличение напряжения. Однако это еще не все.

Вернуться к обсуждению

Одним из последствий сопротивления является то, что оно имеет штраф за энергию. Система с более высоким напряжением более эффективна, чем система с более низким напряжением, поскольку она испытывает меньшие потери энергии из-за сопротивления при том же количестве потребляемой мощности.

Это все хорошо, но что, если вы можете снизить сопротивление, чтобы обеспечить более эффективную передачу энергии в системах с более низким напряжением?

Можно!

Аккумулятор на 18 В — отличный тому пример. Используя литий-ионные элементы 18650 и технологию стандартных корпусов, эти блоки обеспечивают мощность 800 Вт. Это означает, что производители уверены, что пропускают через него до 44,4 ампер тока и рассчитывают, что он прослужит 3 года или более.

Когда они модернизируют блоки для использования литий-ионных элементов 21700, большее количество медных компонентов и более толстые провода обеспечивают меньшее сопротивление.Теперь эти блоки достигают мощности до 1440 Вт. Вы получите такое же точное напряжение, но с током 80 ампер. Это на 80% больше энергии!

Теперь удвойте это количество, чтобы покрыть систему на 36 В, и в этом пакете доступно 2 880 Вт — более чем достаточно для нашей газонокосилки на 2200 Вт.

Примечание автора: Типичная домашняя электрическая розетка работает от 120 вольт и 15 ампер. Посчитайте, и вы можете получить только 1800 Вт из вашей домашней розетки. Аккумуляторы теперь могут помочь вам! Единственным препятствием остается время выполнения.

Не забывайте Емкость батареи

То же уравнение, которое мы используем для мощности, работает и для потенциальной мощности . Просто возьмите номинальное напряжение аккумулятора и умножьте его на общее количество ампер-часов батареи, чтобы получить ватт-часы. Это общее количество энергии в батарее.

• 18V x 9Ah = 162Wh
• 36V (40V Max) x 5Ah = 180Wh
• 56V x 2.5Ah = 140Wh
• 72V (80V max) x 2.0 Ah = 144 Wh

Фактически возможно получить больше электроэнергии топливо доступно в системе с более низким напряжением.Конечно, это не всегда так, но теперь у вас есть ключ, чтобы открыть для себя реальный потенциал!

Заключительные мысли

В целом, более низкое сопротивление систем с более высоким напряжением делает их более электрически эффективными и более простыми в сборке. Системы OPE, которые действительно конкурируют по производительности при более низких напряжениях, должны снижать свое сопротивление за счет лучшей конструкции аккумуляторной батареи и / или использовать для этого модернизированные литий-ионные элементы.

Дело в том, что на некоторых уровнях легче работать с более высоким напряжением.Само собой разумеется, что вы можете даже отказаться от компонентов более низкого качества, выбрав этот путь. Чтобы иметь достаточно мощности, чтобы конкурировать с системами с более высоким напряжением, системы с более низким напряжением должны создавать лучший аккумулятор. По всей видимости, в результате им также придется создать более качественную систему.

Рассматривая доступные варианты, помните, что напряжение — это еще не все. По нашему опыту, беспроводные продукты OPE в диапазоне от 36 до 54 В (от 40 до 60 В) обладают достаточной мощностью для выполнения своей работы.Подойдет и более высокое напряжение.

Только не гонитесь за максимально возможным числом.

Высокое напряжение и высокий ток: объясните, как imfive

Если сравнить электричество с водой:

Напряжение похоже на скорость текущей воды.

Ток подобен объему воды.

Что касается опасностей:

Представьте, что у кого-то есть очень мощный распылитель воды, который может стрелять водой со скоростью 100 миль в час. Однако, несмотря на свою скорость, это очень небольшой ручей, и на вас не так много воды, которая действительно давит на вас.Если он ударит вас, это будет больно, но не причинит вам большого вреда.

Теперь, если бы вода ударила в вас со скоростью 100 миль в час, но на этот раз, это из-за пары пожарных шлангов, выходящих много литров в секунду, вы действительно могли бы умереть от силы всей этой воды, ударяющей вас. .

---

С учетом сказанного, на самом деле нет ничего полностью сопоставимого с электричеством; Итак, вот прямой ответ:

Напряжение — это потенциал между двумя частями цепи — притяжение или «воля» электронов (составляющих электрический ток) к части цепи.

Земля там, где есть нулевое напряжение; это может быть что-то вроде клеммы аккумулятора или сама Земля.

Если что-то имеет низкое напряжение (например, 5 В), у него мало желания пройти через вас, чтобы добраться до земли.

Если это высокое напряжение (50 000 В), то электроны настолько возбуждены, что у них есть энергия, чтобы перепрыгнуть через воздух и другие изоляторы (тип изолятора меняет длину прыжка), чтобы добраться до земли.

Ток — это количество электронов, проходящих по проводу в секунду; если по проводу движется всего несколько электронов, это не повредит вам, даже если он находится под высоким напряжением.Любой укус, который вы почувствуете, будет очень незначительным срабатыванием нервов и небольшим повреждением нескольких клеток, с которыми вы контактировали.

Однако, если есть большой ток (несколько ампер), он убьет вас или, возможно, госпитализирует (если только напряжение не будет незначительным), потому что прошло так много очень возбужденных электронов, что они испортили ваш клетки организма; Посылая напряжение по нервам (которое активирует мышцы, в том числе сердце), а также сжигает клетки (кожа и т. д.), окисляя некоторые молекулы, из которых состоят ваши клетки.

Разница между высоким, средним и низким напряжением

Классификация напряжений Высокое, среднее и низкое напряжение — это термины, которые мы чаще всего слышим, когда говорим о классификации напряжения. С международной точки зрения, эти классификации и диапазоны меняются в зависимости от того, где вы живете. В Соединенных Штатах Национальный электротехнический кодекс (NEC) и Национальная ассоциация производителей электрооборудования (NEMA) имеют руководящие принципы и стандарты, которые охватывают все классификации напряжения.Американский национальный институт стандартов (ANSI) курирует создание, распространение и использование тысяч руководств и стандартов, влияющих на бизнес. Каждая отрасль соответствует применимым нормам.

И ANSI, и код NEC являются приобретенными публикациями. Портал электротехники (EEP) предоставляет подробную информацию о стандартах ANSI C84.1-1989. В этом документе напряжения делятся на пять классификаций. Эти классификации можно объединить в следующие категории:

• Высокое (HV), сверхвысокое (EHV) и сверхвысокое напряжение (UHV) — от 115000 до 1100000 В переменного тока
• Среднее напряжение (MV) — от 2400 до 69000 В переменного тока
• Низкое напряжение (LV) — от 240 до 600 В переменного тока

Компания Generac выпустила официальный документ под названием «Обзор генерации среднего напряжения на месте».В официальном документе NEC сравнивается со стандартами ANSI. На нем размещены следующие стандарты напряжения NEC:

• High Distribution — от 1000 до 4160 вольт
• Среднее распределение — от 50 до 1000 вольт
• Низкое распределение — от 0 до 49 В

Приведенные выше списки иллюстрируют классификацию изменений уровня напряжения в зависимости от регулирующего органа. Generac заявляет, что генераторы с напряжением ниже 600 вольт и равным ему относятся к среднему напряжению, а генераторы с напряжением более 600 вольт — к высокому напряжению.Генераторы, вырабатывающие 4160 В, распространены во многих отраслях промышленности для больших двигателей, требующих высокого напряжения. Резервный генератор подает напряжение в отдельную сеть.

Обычно напряжение на складе генератора составляет 4160 В переменного тока, 480 В переменного тока, 12 470 В переменного тока и 13 800 В переменного тока. При отключении питания на промышленном объекте резервный генератор подает питание на распределительные панели и панели управления для непрерывной работы. Более высокие напряжения от генератора понижаются трансформаторами. Приведенный ниже контент предоставляет информацию по каждой категории информации.

ПРИМЕЧАНИЕ:
Содержание этого документа предназначено только для информационного использования. Всегда консультируйтесь с сертифицированным специалистом при проектировании и работе с электрическим оборудованием. Никогда не работайте в цепях, находящихся под напряжением, и не выполняйте обязанности, для которых вы не обладаете квалификацией.

Высокое, сверхвысокое и сверхвысокое напряжение

Высокое и сверхвысокое напряжение связано с передачей питания от электростанции. Причина передачи мощности на высоких и сверхвысоких уровнях напряжения заключается в повышении эффективности.Более низкий ток, сопровождающий передачу высокого напряжения, позволяет использовать более тонкие и легкие кабели. Это снижает затраты на строительство башни и линии электропередач. Высокое напряжение составляет от 115 000 до 230 000 В переменного тока, а сверхвысокое напряжение — от 345 000 до 765 000 В переменного тока.

Соединенные Штаты пропускают до 500 000 вольт по высоковольтной сети. Для высоких напряжений требуются специальные коммутационные и распределительные щиты. В диспетчерских есть резервные возможности коммутации. Они могут управляться дистанционно или помещаться в руководство для обслуживания и тестирования отдельных систем питания.Подстанции обеспечивают пониженное напряжение, распределяемое по определенным территориям. Сверхвысокое напряжение — это напряжение от 765 000 до 1 100 000 В переменного тока. В Китае используется передача наивысшего напряжения — 800 000 В переменного тока. Сегодня они разрабатывают систему на 1 100 000 В переменного тока с использованием кабелей, рассчитанных на 1 200 000 В переменного тока.

Средние напряжения и промышленность

Крупные промышленные комплексы и заводы, которым требуется значительное количество электроэнергии, часто используют средние напряжения питания. Электрический вариационный анализ показывает, что напряжение обратно пропорционально силе тока.Это означает, что при повышении напряжения сила тока уменьшается для завершения операции.

Двигатели и электрическое оборудование, предназначенные для работы с более высоким напряжением, потребляют меньше электроэнергии и более экономичны в эксплуатации. Большинство первичных подстанций не получают от электросети более 35 000 В переменного тока. Первичная подстанция может подавать пониженную мощность на вторичные подстанции или в отдельное здание.

Вторичная подстанция распределяет мощность, полученную от первичной подстанции.Вторичные подстанции могут иметь понижающие трансформаторы для дальнейшего понижения мощности для распределения на панель управления для распределения по всему объекту. Подстанции обычно расположены в зонах, которые могут обслуживать одно или несколько зданий на территории.

Алюминиевая компания Америки (ALCOA) Warrick Operations является примером крупной отрасли, потребляющей огромное количество энергии. Они расположены в Южной Индиане и имеют автономную электростанцию. Они вырабатывают электроэнергию с помощью угольной электростанции, расположенной на реке Огайо.Они перерабатывают алюминиевые слитки в рулонные алюминиевые листы, которые используются на заводах, которым требуется склад алюминиевых банок. Слитки плавятся в больших электроплавильных печах, а затем обрабатываются с помощью ряда операций для получения правильной толщины заготовки.

Любому заводу, который использует источник среднего напряжения для подстанции, требуется аварийный или резервный источник питания. Нередко можно увидеть генераторы, вырабатывающие 13 800 В переменного тока. Источник напряжения идеально подходит для малых и средних подстанций и вторичных подстанций.При надлежащей поддержке генератора комплекс может продолжать работать во время перебоев в подаче электроэнергии. Предлагаются в различных стилях дизайна, включая установленные, звукопоглощающие корпуса и переносные устройства. Переносные агрегаты заключены в звукопоглощающие кожухи на прицепе, тянущемся полуприцепом.

Низковольтное питание и управление

Низкое напряжение имеет множество значений в электрическом / электронном мире. Общее практическое правило заключается в том, что все, что ниже 600 вольт, считается низким напряжением.Заводы, использующие автоматизацию, могут использовать несколько напряжений. Разделение использования электроэнергии на источники питания и средства управления помогает понять использование. Каждое подразделение выполняет миссию, критически важную для работы фабрики. Оба должны работать на продакшене.

Поставка
Заводы, которым требуется подача среднего или высокого напряжения от электросети, могут иметь выделенную подстанцию. Эти подстанции понижают уровни напряжения и распределяют его по зданиям по всей территории.

Однако не все предприятия требуют высокого или среднего напряжения. Некоторые требуют от электросети низкого напряжения 240, 480 или 600 В переменного тока. В этом случае мощность направляется непосредственно в распределительную систему завода.

Элементы управления
Система или машина, использующая низкое напряжение для управления оборудованием с более высоким напряжением, являются основой системы управления. Программируемый логический контроллер (ПЛК) — обычное дело в этих системах. ПЛК получает входные данные от датчиков через входную часть ввода / вывода.Выходы рассчитываются и отправляются через выходную секцию ввода / вывода. Оба входа и выхода — 12 или 12 В постоянного тока в зависимости от конструкции системы.

Выход может быть подключен к реле с катушкой постоянного тока и контактами переменного тока. Когда реле получает сигнал постоянного тока, его контакты замыкаются. Это подает питание на оборудование или компонент до тех пор, пока сигнал запуска не будет удален входом / выходом.

Электроэнергия требуется всем предприятиям. Когда энергоснабжение пропадает, промышленность останавливается без резервного генератора надлежащего размера.Мы предлагаем генераторы широкого диапазона стилей, которые могут удовлетворить большинство потребностей. Перед продажей наши бывшие в употреблении генераторы проходят проверку по 31 пункту. Перейдите в Инвентарь, чтобы просмотреть список имеющихся на складе генераторов. Часто мы можем отправить генератор в течение 24 часов с момента покупки.

>> ​​Вернуться к статьям и информации <<

Генерирование более высокого напряжения или тока

Увеличить количество витков провода

Если вы хотите увеличить напряжение (и, следовательно, ток), создаваемое поворотной ручкой, вы можете увеличить длину провода, на которую воздействуют магниты.Вы делаете это, формируя многообмоточную арматуру. Небольшое напряжение от каждого круга складывается, чтобы получить гораздо большее напряжение. Катушка со 100 витками будет иметь большее напряжение, чем однооборотная катушка. Это верно, когда вы создаете постоянный ток или когда вы создаете переменный ток.

Постоянный ток

На схеме ниже показан постоянный ток, вырабатываемый тремя катушками.

Переменный ток

На схеме ниже показан переменный ток, вырабатываемый тремя катушками.

Увеличьте силу магнита

Увеличение силы магнита приведет к усилению магнитной силы на проводе и, следовательно, к увеличению напряжения (и, следовательно, тока). Но это не всегда легко. Помогает магнит побольше, но вы также можете сделать магниты получше. Лучшие магниты можно сделать с использованием дорогих сплавов или дорогостоящих производственных процессов, и есть тысячи способов, которыми ученые пытаются их улучшить. Это верно, когда вы создаете постоянный ток или когда вы создаете переменный ток.

Постоянный ток

На приведенной ниже диаграмме показан постоянный ток, вырабатываемый более мощным магнитом большего размера.

Переменный ток

На схеме ниже показан переменный ток, вырабатываемый большими магнитами.

Увеличьте скорость ручки

Чем быстрее вы поворачиваете ручку, тем больше будет генерироваться напряжение (и, следовательно, ток). Проблема в том, что чем больше ток вырабатываете, тем труднее повернуть ручку.Поскольку электричество теперь проходит через катушку, сама катушка теперь производит магнитный эффект, и закон Ленца гласит, что она будет пытаться противодействовать этому движению. Чем быстрее вы идете, тем сложнее повернуть. Вот почему, когда вам нужны большие напряжения или ток, вам понадобится очень мощная поворотная ручка. Это верно, когда вы создаете постоянный ток или когда вы создаете переменный ток.

Постоянный ток

На приведенной ниже диаграмме показан постоянный ток, возникающий при более быстром повороте ручки.

Переменный ток

На приведенной ниже схеме показан переменный ток, вырабатываемый при более быстром повороте ручки.

Мощные поворотные ручки

Мощные поворотные ручки бывают разных форм, но основная форма, с которой вы будете знакомы, — это ветряные турбины.

Медленно движущиеся, но мощные лезвия обладают достаточной силой для перемещения зубчатых передач с очень большим передаточным числом, чтобы генерировать быстро вращающиеся валы шпинделя для выработки электроэнергии.

Управляйте своими счетами за электричество, управляя напряжением

Если вы похожи на большинство людей, степень ваших знаний об электричестве либо есть, либо нет. Когда у вас нет электричества, напряжение равно нулю. Когда он у вас есть, среднее напряжение составляет около 120 вольт. Однако между этими двумя крайностями есть незаметные различия в напряжении, которые влияют на ваш счет за электроэнергию.

Это не общеизвестно, и если вы спросите местного представителя коммунального предприятия, они, скорее всего, скажут вам, что это не имеет никакого значения. Дело не в том, что они пытаются ввести вас в заблуждение; просто у них нет никакого способа контролировать напряжение для отдельных потребителей, поэтому они не будут обращать на него никакого внимания, пока оно находится в их допустимом диапазоне. В США допустимый диапазон подачи напряжения составляет от 114 В до 126 В, и напряжение возрастает и падает в течение дня. Для большинства потребителей среднее напряжение составляет от 120 до 121 вольт, а у клиентов, находящихся рядом с подстанцией, будет более высокое среднее напряжение, чем у тех, кто находится в конце линии.Это физика того, как работает электричество.

Например, если у вас есть два идентичных магазина — один возле подстанции (высокое напряжение) и один в конце линии питания (низкое напряжение), плата за электроэнергию для магазина рядом с подстанцией обычно будет между 6 процентов и на 10 процентов выше, чем в другом магазине, даже если это идентичный бизнес.

Учитывая, что электричество обычно является вторым по величине расходом для работы круглосуточного магазина, напряжение представляет собой переменный расход, которым следует управлять.

Управление напряжением сэкономит вам деньги.

Почему это происходит? Не вдаваясь в технические подробности, в основном это сводится к тому факту, что потери в электрических устройствах в значительной степени пропорциональны напряжению. Поскольку электрический прибор преобразует электричество в свет или какую-либо работу, процент от общей энергии теряется в процессе преобразования, вызывая нагрев устройства. Более высокое напряжение увеличивает эти потери преобразования, которые преобразуются в отходящее тепло, увеличивая ваш счет.

Почему возникает проблема с дополнительным нагревом? Основная проблема заключается в том, что дополнительное тепло сокращает срок службы вашего оборудования. Практическое правило в инженерии состоит в том, что всякий раз, когда вы повышаете рабочую температуру электрического устройства на 10 ° C, вы сокращаете срок службы этого оборудования вдвое. Небольшие двигатели, распространенные в магазинах шаговой доступности, обычно повышают свою рабочую температуру на 8 ° C при повышении напряжения со 114 до 126 В. Чем выше напряжение, тем выше затраты на обслуживание.Во-вторых, летом лишнее потраченное тепло увеличивает нагрузку на кондиционер. Зимой это может показаться полезным; однако другие формы обогрева помещений более рентабельны, чем резистивное электрическое обогревание, и не сокращают срок службы вашего оборудования.

Как управлять напряжением? Существуют новые виды высокоэффективных понижающих / повышающих стабилизаторов напряжения, которые обладают уникальными качествами, делающими их идеальными для этого применения. Эти регуляторы напряжения не являются устройствами коррекции коэффициента мощности.Это высокоэффективные прецизионные регуляторы напряжения. Для систем на 120 В идеальное напряжение составляет 114 В при условии, что напряжение динамически регулируется и поддерживается точно на уровне 114 В. Стандарт для подачи сетевого напряжения в Северной Америке составляет от 114 до 126 В.

Многие электрики скажут. Вы считаете, что 114 В слишком низкое, потому что они знают, что напряжение в электросети значительно меняется в течение дня. Если напряжение вашей электросети в среднем составляет 114 В, это означает, что иногда напряжение будет выше, а иногда — слишком низким, что приведет к повреждению вашего оборудования.Однако это совершенно другая ситуация, чем когда динамически регулируемое напряжение поддерживается постоянным на уровне 114 В.

Что еще происходит, когда вы регулируете напряжение в сети? Регулировка входящего напряжения снижает дисбаланс трехфазного напряжения, одну из основных причин перегрева и выхода трехфазного двигателя из строя. Независимое управление каждой фазой оптимизирует эффективность двигателей и продлевает срок их службы. Регулировка напряжения также обеспечивает защиту от переходных процессов, которая защищает внутренние нагрузки от быстрых скачков высокого напряжения.Еще одно преимущество — контроль процесса. Оборудование, чувствительное к напряжению, такое как жидкие диспенсеры, будет выдавать однородный продукт, потому что напряжение не колеблется в течение дня.

Если это хорошая идея, почему это не обычная практика? Очевидно, что регуляторы напряжения в той или иной форме существуют уже давно. Большинство технологий регулирования напряжения теряют от 3 до 6 процентов энергии, которая проходит через них, что делает их непрактичными для этого приложения. Другие технологии регулирования напряжения эффективны; однако они искажают синусоидальную волну напряжения.Это плохо для вашего оборудования или коммунальных услуг.

Благодаря развитию технологий и оптимизации конструкции были созданы регуляторы напряжения, потери которых в среднем могут составлять менее 1 процента. Новые регуляторы не только эффективны, но и обладают быстрым откликом, высокой точностью и отсутствием искажений напряжения. Они идеально подходят для повышения качества электроэнергии и повышения эффективности использования электроэнергии в магазинах повседневного спроса, а также для снижения общего потребления электроэнергии.

Грег Виганд — основатель MicroPlanet и один из изобретателей технологии MicroPlanet.Он был инженером-исследователем в LifeSpan BioScience и основателем Zero Gravity Inc., компании, которая предоставляла услуги электромеханического проектирования и разработки технологий для киноиндустрии. Виганд выступал в качестве ведущего инженера-конструктора и менеджера проекта, руководя несколькими инженерами-консультантами по различным проектам, начиная от управления движением в области специальных эффектов и заканчивая проектами специального освещения.