самоучитель с нуля для начинающих электромонтеров

Содержание:

• 1 Понятие электричества
  • 1.1 Постоянный ток
  • 1.2 Электромагнетизм
  • 1.3 Переменный ток
  • 1.4 Трансформаторы
  • 1.5 Электрические машины (электродвигатели и генераторы)
• 2 Что изучает электротехника
• 3 Системы автоматической защиты
• 4 Основные понятия электротехники
  • 4.1 Понятия и свойства электрического тока
  • 4.2 Сила тока
  • 4.3 Напряжение
  • 4.4 Сопротивление
  • 4.5 Мощность тока
  • 4.6 Энергия и мощность
  • 4.7 Пусковой ток
  • 4.8 Закон Ома
  • 4.9 Закон Кулона
  • 4.10 Теорема Гаусса
  • 4.11 Емкость плоского конденсатора
  • 4.12 Энергия плоского конденсатора
• 5 Электротехника и электромеханика
• 6 Безопасность и практика
• 7 Законы Кирхгофа
  • 7.1 Первый закон Кирхгофа утверждает:
  • 7.2 Второй закон Кирхгофа гласит:
• 8 Формулы для постоянного электрического тока
  • 8. 1 Закон Ома для участка однородной цепи
  • 8.2 Закон Ома для замкнутой цепи с источником тока
  • 8.3 Работа постоянного тока
  • 8.4 Закон Джоуля-Ленца
• 9 Советы начинающим

Понятие электричества

Все вещества состоят из молекул, которые, в свою очередь, состоят из атомов. У атома есть ядро и движущиеся вокруг него положительно и отрицательно заряженные частицы (протоны и электроны). При нахождении двух материалов рядом друг с другом между ними возникает разность потенциалов (у атомов одного вещества электронов всегда меньше, чем у другого), что приводит к появлению электрического заряда – электроны начинают перемещаться от одного материала к другому. Так возникает электричество. Другими словами, электричество – это энергия, возникающая в результате перемещения отрицательно заряженных частиц из одного вещества в другое.

Скорость перемещения может быть разной. Чтобы движение было в нужном направлении и с нужной скоростью, используются проводники. Если движение электронов по проводнику осуществляется только в одном направлении, такой ток называется постоянным. Если же направление перемещения с определенной частотой меняется, то ток будет переменным. Самым известным и простым источником постоянного тока является батарейка или автомобильный аккумулятор. Переменный ток активно используется в бытовом хозяйстве и в промышленности. На нем работают практически все устройства и оборудование.

К сведению. Движением электрической энергии можно управлять. Способы такого управления изучает курс «Основы электротехники», который необходим всем электрикам, чтобы правильно проложить проводку в доме, не допустить пожара или травм в период работ.

Постоянный ток

Так называется ток, не меняющий вектора движения на каком-либо временном отрезке и направленный строго от положительного полюса к отрицательному. Постоянный электроток отличается способностью к аккумуляции – на ней базируется принцип действия аккумуляторных источников питания.

Кроме того, такой ток может получаться в батарейках посредством химической реакции. Аккумуляторы и гальванические батарейки обеспечивают работу большого числа портативных приборов. На схемах данный вид тока показывают, обозначая плюсовой и минусовой полюса. Если какой-то электроприбор рассчитан на эксплуатацию только при постоянном токе, на корпус ставят соответствующую маркировку в виде одиночной черты или пары параллельных горизонтальных линий.

Электромагнетизм

Это явление входит в число основных понятий электротехники. Оно является продуктом взаимодействия магнитного эффекта и электротока. Первым его зафиксировал Х. Эрстед при приближении компаса к кабелю, по которому проходил ток: стрелка устройства в это время сместилась, что иллюстрировало присутствие магнитного поля поблизости от кабеля.

Электромагнитами называются материалы, в которых магнитные свойства обнаруживаются только при пропускании тока по намотке. Чтобы сила магнитного поля возросла, намотку делают состоящей из большого числа витков. Металлическая основа с магнитными свойствами, которую обматывают, называется сердечником. Вектор линий поля определяется направлением течения электротока в проводе обмотки. Если у магнита присущие ему свойства обнаруживаются константно, а не только при наличии тока и обмотки, его называют постоянным. Часто он имеет кольцевую или подковообразную форму.

Переменный ток

Это один из первых терминов, с которым знакомятся изучающие теорию электричества. Одновременно с этим узнают о его отличиях от постоянного тока.

Этот вид тока характеризуется тем, что циклически меняет свои величину и направление (в отличие от постоянного, у которого эти параметры неизменны на любом временном отрезке). При этом характер изменений можно отразить на графике в виде синусоиды. Когда лампа подключается в электросеть с таким током, минус и плюс на ее контактах будут периодически меняться места.

Применение такого тока дает возможность передачи электрической энергии на очень большие расстояния. Поскольку генераторы создают огромное напряжение, которое опасно подавать в жилые помещения, ток от них направляется в подстанции, где трансформируется.

К сведению. Из этого тока можно получать постоянный с помощью выпрямляющего устройства – диодного моста. Он распрямляет синусоидальную кривую, что заставляет электроны двигаться в одном векторе, не меняя его с течением времени.

Единицы измерения

Одной из основных характеристик такого тока является частота – величина, показывающая число инцидентов изменения параметров за единицу времени. Ее обозначают как f и измеряют в герцах (Гц). Чаще всего для бытовых и промышленных нужд используют частоту 50 Гц. Это означает, что на двух зажимах розетки полюса меняются позициями 50 раз в секунду.

Период – это время, за которое происходит одиночный инцидент изменения. Если в секунду их 50, то период будет равен 0,02 с.

Эффективное значение тока – создающее для некоторого сопротивления выделение тепла, равное определенному переменному току за заданное время.

Трансформаторы

Это приборы, преобразующие переменный электроток с заданными параметрами в ток с иным показателем напряжения, но идентичной исходному частотой. Их действие основано на принципе взаимоиндукции. Устройство является статичным, не снабжено подвижными элементами, потому не является машиной, но учащиеся знакомятся с его действием одновременно с принципами работы электрических машин.

В прибор вмонтированы две катушки с неодинаковым количеством витков (это сделано для обеспечения разницы напряжений). По магнитному полю электроэнергия передается между катушками.

Электрические машины (электродвигатели и генераторы)

Данные механизмы широко используются в автоматике, промышленности, являются главными элементами электроустановок. Два основных типа, различающиеся по назначению и способу действия, – генераторы и двигатели. Любая машина включает в себя устойчивую часть (статор) и подвижную (ротор).

Что изучает электротехника

Радиотехника для начинающих

Данная наука знает практически все об электричестве. Изучить ее необходимо всем, кто хочет получить диплом или квалификацию электрика. В большинстве учебных заведений курс, на котором изучают все, что связано с электроэнергией, называется «Теоретические основы электротехники» или, сокращенно ТОЭ.

Данная наука получила развитие в XIX веке, когда был изобретен источник постоянного тока, и появилась возможность строить электрические цепи. Дальнейшее развитие электротехника получила в процессе новых открытий в области физики электромагнитных излучений. Чтобы без проблем осваивать науку в настоящее время, необходимо иметь знания не только в области физики, но также химии и математики.

В первую очередь, на курсе ТОЭ изучаются основы электричества, дается определение тока, исследуются его свойства, характеристики и направления применения. Далее изучаются электромагнитные поля и возможности их практического использования. Завершается курс, как правило, изучением устройств, в которых используется электрическая энергия.

Предмет изучения электротехники

Чтобы разобраться с электричеством, не обязательно поступать в высшее или среднее учебное заведение, достаточно воспользоваться самоучителем или пройти видеоуроки «для чайников». Полученных знаний вполне хватит, чтобы разобраться с проводкой, заменить лампочку или повесить люстру дома. Но, если планируется профессионально работать с электричеством (например, в должности электромонтера или энергетика), то соответствующее образование будет обязательным. Оно позволяет получить специальный допуск на работу с приборами и устройствами, работающими от источника тока.

Системы автоматической защиты

Электросеть несет 2 вида угроз:

1. Мощность бытовой проводки достаточна для возгорания материалов, используемых при отделке помещений. Замыкание в сети приводит к неконтролируемому повышению силы тока и воспламенению. Свести вероятность возникновения такой ситуации к нулю невозможно, однако ее снижают путем введения в цепь автоматического выключателя. При повышении параметров тока пластина устройства деформируется, высвобождается пружина, которая размыкает контакты. Автомат не реагирует на импульсы пускового тока.
2. Нулевой провод связан с землей, фазовый находится под напряжением по отношению к ней. Между таким проводником и заземленными предметами возникает ток. Поражение человека электричеством, образующимся между 2 сетевыми кабелями, практически не опасно. Однако при некоторых условиях прохождения тока электротравма становится смертельной. Автоматические системы защиты следят, чтобы ток входил в один провод и уходил по другому. При появлении напряжения между фазой и заземленным предметом, например, телом человека, УЗО обесточивает сеть.

Основные понятия электротехники

Изучая электричество для начинающих, главное – разобраться с тремя основными терминами:

• Сила тока;
• Напряжение;
• Сопротивление.

Под силой тока понимается количество электрического заряда, протекающего через проводник с определенным сечением за единицу времени. Другими словами, количество электронов, которые переместились из одного конца проводника в другой за некоторое время. Сила тока является самой опасной для жизни и здоровья человека. Если взяться за оголенный провод (а человек – это тоже проводник), то электроны пройдут через него.

Чем больше их пройдет, тем больше будут повреждения, поскольку в процессе своего движения они выделяют тепло и запускают различные химические реакции.

Однако чтобы ток шел по проводникам, между одним и другим концом проводника должно быть напряжение или разность потенциалов. Причем она должна быть постоянной, чтобы движение электронов не прекращалось. Для этого электрическую цепь обязательно замыкают, а на одном конце цепи обязательно ставят источник тока, который обеспечивает в цепи постоянное движение электронов.

Сопротивление – это физическая характеристика проводника, его способность к проведению электронов. Чем ниже сопротивление проводника, тем большее количество электронов по нему пройдет за единицу времени, тем выше сила тока. Высокое сопротивление, наоборот, уменьшает силу тока, но влечет за собой нагревание проводника (если напряжение достаточно высоко), что может привести к возгоранию.

Подбор оптимальных соотношений между напряжением, сопротивлением и силой тока в электрической цепи является одной из основных задач электротехники.

Понятия и свойства электрического тока

Электричество представляет собой движение частиц, переносящих заряд. При беспорядочном перемещении свободных электронов подобного не происходит. В перемещении заряда участвуют только упорядоченно движущиеся частицы. Ток всегда протекает направленно. О его присутствии свидетельствуют такие признаки:

• повышение температуры проводника;
• силовое воздействие на намагниченные тела;
• изменение химических свойств проводника.

Ток бывает переменным и постоянным. Во втором случае его параметры являются неизменными. Переменный ток периодически меняет полярность от отрицательной к положительной. Это значит, что направление потока частиц становится противоположным. Скорость изменений представляет собой частоту.

Сила тока

При появлении электричества в цепи заряд переносится через сечение проводника. Величина, прошедшая за единицу времени, называется силой тока и выражается в амперах.

Напряжение

Для поддержания движения частиц, переносящих заряд, требуется сила, действующая в нужном направлении. Она называется электрическим полем или напряженностью. Сила вызывает разность потенциалов и стимулирует движение частиц. Для измерения напряжения используется отдельная единица — вольт. Между основными параметрами тока существует зависимость, отраженная в законе Ома.

Сопротивление

Эта величина является характеристикой проводника, связанной с током. Сопротивление, выражаемое в омах, обозначает противодействие материала течению заряженных частиц. Параметр увеличивается по мере уменьшения сечения и роста длины проводника. Под влиянием сопротивления материал нагревается. Величина в 1 Ом возникает при силе тока в 1 А и напряжении 1 В.

Мощность тока

Электрический ток используется для выполнения работы — нагрева батарей, вращения мотора и т. д. Вычислить мощность в ваттах можно, умножив силу тока на напряжение. Например, нагреватель, работающий от сети 220 В, потребляет 2200 Вт. Значит, для его функционирования требуется сила в 10 А. Лампа накаливания 100 Вт потребляет 0,45 А.

Энергия и мощность

Начинающий электромонтер должен научиться разбираться в таких понятиях. Энергия бывает электрической, тепловой, механической или ядерной. Ее невозможно создать или уничтожить. Один вид энергии способен преобразовываться в другой. Например, в бытовых приборах электроэнергия превращается в тепло или звук. Любое устройство потребляет некоторое количество энергии за заданный отрезок времени.

Каждый прибор характеризуется своей величиной, представляющей собой мощность.

Пусковой ток

Нужно различать параметры потребляемого прибором тока при его работе и включении. В последнем случае наблюдается скачок, многократно превышающий эксплуатационные показатели. Поступающий в момент включения ток называется пусковым. Самым большим параметром обладают электродвигатели. Пусковой ток подается до момента набора валом нужной скорости вращения. Подобное характерно для большинства бытовых приборов. Блоки питания снабжаются устройствами, накапливающими энергию для запуска.

Пусковой ток не характерен для маломощных нагревательных элементов. Вычислить параметр, зная мощность прибора, не получится. Устройствам свойственны разные соотношения. Кроме того, современные приборы снабжаются ограничителями пускового тока.

Закон Ома

Сила тока равна напряжению, деленному на сопротивление. Это — основное положение закона Ома. Он действует в отношении постоянного и переменного тока. Через провод сопротивлением 1 Ом под напряжением 1 В проходит ток силой 1 А. Из закона Ома вытекают 2 следствия:

1. При данных силе тока и сопротивлении можно рассчитать мощность, выделяемую цепью. Для этого квадрат первого параметра умножают на второй.
2. При данных напряжении и сопротивлении можно рассчитать мощность. При этом квадрат первой величины делят на значение второй.

Закон Кулона

Согласно короткому описанию, это физический закон, который говорит о взаимодействии между прямо стоящими точечными электрозарядами в зависимости от того, на каком расстоянии они находятся. Согласно полному определению, формулировка обозначает, что между двумя точками в виде электрических зарядов формируется вакуум. Там появляется конкретная сила, которая пропорциональна умножению их модульных частиц, поделенных на квадратный показатель расстояния.

Расстояние — длина, которая соединяет заряды. Сила взаимодействия направлена по отрезку. Кулоновская сила — сила, отталкивающая при зарядах минус-минус и плюс-плюс и притягательная при минус-плюс и плюс-минус.

Обратите внимание! Электрическая сила формула выглядит так: F=k⋅|q1|⋅|q2|/r2, где F — сила заряда, q — величина заряда, r — вектор или расстояние между зарядами, а k — коэффициент пропорциональности. Последний равен c2·10−7 Гн/м.

Закон Кулона

Решение задачи с законом Кулона. При наличии заряженных шариков, которые находятся на расстоянии 15 см и отталкиваются с силой 1 Н в поиске начального заряда, выявить неизвестное можно, переведя основные единицы в систему СИ и подставив величины в указанную формулу. Выйдет значение 2 * 5 * 10 (-8) = 10 (-7).

Теорема Гаусса

Основной закон в электродинамике, входящий в уравнения Максвелла. Это следствие из кулоновского умозаключения и принципа суперпозиции. По ней вектор напряжения поля движется сквозь произвольное значение замкнутой поверхности, окруженной зарядами. Он имеет пропорциональность сумме заряженных частиц, которые находятся внутри этого замкнутого пространства. Указанный вектор поделен на е0. Все это выражается формулой, указанной ниже.

Теорема Гаусса

Емкость плоского конденсатора

Емкостью называется проводниковая характеристика, по которой электрический заряд может накапливать энергию. Плоским конденсатором называются несколько противоположно заряженных пластин, разделенных диэлектрическим тонким слоем. Емкостью плоского конденсатора считается его характеристика, способность к накоплению электрической энергии.

Обратите внимание! Это физическая величина, которая равна делению заряда на разность потенциалов его обкладки. Зарядом при этом служит заряженная одна пластина.

Если в задаче требуется узнать емкость конденсатора из двух пластин с площадью в 10(-2) квадратных метров и в них находится 2*10(-3) метровый лист, ε0 электрическая постоянная с 8,85×10-12 фарад на метр и ε=6 — диэлектрическая проницаемость слюды. В таком случае нужно вставить значения в формулу C= ε* ε* S/d.

Емкость плоского конденсатора

Энергия плоского конденсатора

Поскольку любая частица конденсатора имеет способность запаса энергии, который сохранен на конденсаторной обкладке, вычислить эту самую Е просто, поскольку чтобы элемент зарядился, ему нужно совершить работу. Работа совершается полем. В результате была выведена следующая формула: Еp = А = qEd, где А является работой, d — расстоянием.

Энергия

Электротехника и электромеханика

Электромеханика является разделом электротехники. Она изучает принципы функционирования устройств и оборудования, которые работают от источника электрического тока. Изучив основы электромеханики, можно научиться ремонтировать различное оборудование или даже проектировать его.

В рамках уроков по электромеханике, как правило, изучаются правила преобразования электрической энергии в механическую (каким образом функционирует электродвигатель, принципы работы любого станка и так далее). Также исследуются и обратные процессы, в частности, принципы действия трансформаторов и генераторов тока.

Таким образом, без понимания того, как составляются электрические цепи, принципов их функционирования и других вопросов, которые изучает электротехника, осваивать электромеханику невозможно. С другой стороны, электромеханика является более сложной дисциплиной и носит прикладной характер, поскольку результаты ее изучения применяются непосредственно при конструировании и ремонте машин, оборудования и различных электрических устройств.

Безопасность и практика

Осваивая курс электротехники для начинающих, необходимо уделить особое внимание вопросам безопасности, поскольку несоблюдение определенных правил может привести к трагическим последствиям.

Первое правило, которому необходимо следовать, – обязательно знакомиться с инструкцией. У всех электроприборов в руководстве по эксплуатации всегда имеется раздел, который посвящен вопросам безопасности.

Важно! Выполнение рекомендаций позволит избежать травм и нанесения вреда имуществу.

Второе правило заключается в контроле состояния изоляции проводников. Все провода обязательно должны покрываться специальными материалами, не проводящими электричество (диэлектриками). Если изоляционный слой нарушен, в первую очередь, следует его восстановить, иначе возможно нанесение вреда здоровью. Кроме того, работу в целях безопасности с проводами и электрооборудованием следует производить только в специальной одежде, которая не проводит электричество (резиновые перчатки и диэлектрические боты).

Третье правило состоит в использовании для диагностики параметров электросети только специальных приборов. Ни в коем случае не стоит делать этого голыми руками или пробовать «на язык».

Обратите внимание! Пренебрежение данными элементарными правилами является основной причиной травм и несчастных случаев в работе электриков и электромонтеров.

Законы Кирхгофа

Электрика любого помещения выполняется в виде замкнутых, рабочих электрических цепей. Два главных закона, которые определяют процессы в электрических сетях, являются законы Кирхгофа. Их два. Оба из них применяются и для постоянных и для переменных токов.

Первый закон Кирхгофа утверждает:

Суммарная величина токов направленная к узлу электрической сети равна суммарной величине токов направленных от узла.

В практике на основе первого закона Кирхгофа основана работа Устройств защитного отключения (УЗО). Работа УЗО заключается в отключении электропитания сети при возникновении токов утечки. При нормальном режиме работы суммарное значение тока, втекающая в электрическую сеть равна значению тока утекающему из нее. Если равенство токов нарушается, значит, в сети есть утечка. УЗО сконструировано и подключено таким образом, что при утечке тока УЗО его обнаруживает и размыкает питание электросети.

Второй закон Кирхгофа гласит:

Любой замкнутый контур переменной электрической сети имеет равные значения комплексных напряжений и ЭДС (электродвижущих сил) на всех пассивных элементах сети.

Примечание: Комплексное напряжение это значение напряжение в сети переменного тока.

Практическое применение можно пояснить на любой квартирной группе электропитания. Для пояснения рассмотрим квартиру.

Сколько бы групп электропитания в квартире не было, на любой розетке или светильнике напряжение в сети (при рабочем режиме) будет 220 вольт.

Формулы для постоянного электрического тока

Постоянный электрический ток не изменяется в величине и направлении. Он используется для расчета замкнутой, однородной цепи, мощности и прочих параметров. Поэтому важно знать формулы для него и основные законы, связанные с ним.

Закон Ома для участка однородной цепи

Чтобы электрический ток существовал, нужно поле. Для его образования, нужны потенциалы или разность их, выраженная напряжением. Ток будет направлен на снижение потенциалов, а электроны начнут свое передвижение в обратном направлении. В 1826 г. Г. Ом провел исследование и сделал заключение: чем больше показатель напряжения, тем больше ток, который проходит через участок.

К сведению! Смежные проводники при этом проводят электричество по-разному. То есть каждый элемент имеет свою проводимость, электрическое сопротивление.

В результате, согласно теореме Ома, сила тока для участка однородной цепи будет иметь прямую пропорциональность показателю напряжения на нем и обратную пропорциональность проводниковому сопротивлению.

Закон Ома

По формуле I = U / R, где I считается силой тока, U — напряжением, а R — электрическим сопротивлением, последнее значение можно найти, если p * l / S, где p является удельным проводниковым сопротивлением, l — длиной проводника, а S — площадью поперечного проводникового сечения.

Закон Ома для замкнутой цепи с источником тока

Ом сделал формулу и для замкнутой цепи. По ней ток на этом участке из токового источника, имеющего внутреннее и внешнее нагрузочное сопротивление, равен делению электродвижущей силы источника на сумму внутреннего и внешнего сопротивления. Она выглядит так: I = e / R + r, где I является токовой силой, е — ЭДС, R — сопротивлением, а r — внутренней сопротивляемостью источника напряжения.

Обратите внимание! В физическом смысле по этому закону, чем выше показатель ЭДС, тем выше источник энергии, больше скорость движения зарядов. Чем выше сопротивляемость, тем ниже величина тока.

Закон Ома для замкнутой цепи

Работа постоянного тока

Энергия, когда проходит через проводник, упорядоченно двигается в носитель. Во время движения она совершает работу. В результате работой постоянного тока называется деятельность поля, направленная на перенос электрических зарядов по проводнику. Она равна умножению I на совершаемое работой напряжение и время.

Закон Джоуля-Ленца

Когда электричество проходит через какой-то проводник с сопротивляемостью, всегда высвобождается теплота. Количество тепла, которое высвободилось за определенный промежуток времени, определяет закон Джоуля-Ленца. По формуле мощность тепла равняется умножению плотности электричества на напряжение — w =j * E = oE(2).

Обратите внимание! В практическом понимании закон имеет значение для снижения потери электроэнергии, выбора проводника для электроцепи, подбора электронагревательного прибора и использования плавкого предохранителя для защиты сети.

Закон Джоуля-Ленца

Советы начинающим

Чтобы получить начальное представление об электричестве и принципах работы устройств с его применением, рекомендуется пройти специальный курс или изучить пособие «Электротехника для начинающих». Подобные материалы разработаны специально для тех, кто пытается с нуля освоить данную науку и получить необходимые навыки для работы с электрооборудованием в быту.

Советы начинающим электрикам

В пособии и видеоуроках подробно рассказывается, как устроена электрическая цепь, что такое фаза, а что такое ноль, чем отличается сопротивление от напряжения и силы тока и так далее. Отдельное внимание уделяется технике безопасности, чтобы избежать травм при работе с электроприборами.

Конечно, изучение курсов или чтение пособий не позволит стать профессиональным электриком или электромонтером, но решить большинство бытовых вопросов по итогам освоения материала будет вполне по силам. Для профессиональной работы требуется уже получение специального допуска и наличие профильного образования. Без этого выполнять должностные обязанности запрещается различными инструкциями. Если же предприятие допустит человека без необходимого образования к работе с электрооборудованием, и он получит травму, руководитель понесет серьезное наказание, вплоть до уголовного.

Источники

• https://elquanta.ru/teoriya/ehlektrotekhnika-dlya-nachinayushhikh. html
• https://amperof.ru/teoriya/osnovy-elektrotexniki.html
• https://panelektro.ru/ampery/kak-nauchitsya-razbiratsya-v-elektrike.html
• https://rusenergetics.ru/polezno-znat/formuly-elektrichestva
• https://elesant.ru/osnovy-elektriki/zakony-elektrotexniki

[свернуть]

Номинальный ток в электротехнике

Главная / Справочники

Поиск статьи

по словам:

Металлокорпуса

Монтаж оборудования

Электросчетчик

Производство щитового оборудования

Проектирование

Щитовое оборудование

22.12.2015

 

Номинальный ток — это максимальный ток, который допускается при соблюдении условий нагрева токопроводящих частей и изоляции, при поступлении которого оборудование сможет работать неограниченный срок. Номинальный ток — это один из важнейших параметров любого электротехнического оборудования, будь то розетки, трансформаторы или ЛЭП.

При номинальном токе поддерживается постоянный баланс теплообмена между нагревом проводников при воздействии на них электрических зарядов и их охлаждением вследствие частичного отвода температуры во внешнюю среду. Чтобы правильно подбирать необходимое сопутствующее оборудование, важно уметь правильно определять номинальный ток.

Принцип определения номинального тока
При необходимости найти значение номинального тока для какого-либо проводника, можно воспользоваться специализированной таблицей. В ней указаны значения силы тока, которые могут разрушить проводник. Если вам нужно найти значение номинального тока для электрических двигателей входящих в строение каких-либо конструкций, то лучше всего воспользоваться формулами. При необходимости определить значение номинального тока для предохранителя нужно знать мощность, на которую он рассчитан.
Для проведения расчётов и замеров вам понадобятся: штангенциркуль, вольтметр, техпаспорт устройства и таблица зависимости номинального тока от сечения проводников.

С целью стандартизации оборудования ГОСТом 6827-76 введен в действие целый ряд значений номинальных токов, при которых должны работать практически все электроустановки.

                               

Как определить номинальный ток по сечению
Для начала вам нужно определить материал, из которого сделан проводник (провод). Наиболее востребованы алюминиевые и медные провода с круглым поперечным сечением. Измерьте его диаметр при помощи штангенциркуля, найдите площадь сечения. Для этого умножьте 3,14 на квадрат диаметра и разделите на 4. Формула выглядит следующим образом: S=3,14•D²/4. Вы можете выяснить тип провода, с которым имеете дело. Он может быть одножильный, двужильный или трёхжильный. После чего обратитесь к таблице и выясните значение номинального тока для данного провода. Важно помнить, что превышение указанных значений послужит поводом к перегоранию провода.

Как определить номинальный ток предохранителя
На устройстве предохранителя всегда указывается его мощность с отклонением примерно в 20 %. Зная напряжение в сети, в которую он должен быть вставлен (можно измерить вольтметром), нужно расчётную мощность устройства в ваттах разделить на сетевое напряжение. Предохранитель служит для защиты проводника от разрушения в случае превышения номинальных значений тока.

Как определить номинальный ток электродвигателя
Для определения значений номинального тока у двигателя постоянного тока, нужно знать его номинальную мощность, напряжение источника, в который он подключён, и его коэффициент полезного действия. Все значения можно найти в технических документах. Напряжение источника сети измеряется вольтметром. Далее необходимо поочерёдно разделить мощность на напряжение и коэффициент полезного действия в долях. Формула выглядит так: I=P/(U•η). Вы найдёте значение тока в амперах.
Также интересно знать, что максимальным значением номинального тока может быть ток короткого замыкания.

Как правильно подобрать защитное устройство по номинальному току
Если в цепи значение тока будет ниже номинального, то невозможно будет достигнуть максимальной мощности работы устройства. Если же сила тока, наоборот, окажется больше, чем номинальная, то цепь нарушится. Номинальный ток должен проходить через контакты цепи без последствий — в максимально большой временной промежуток. Все защитные устройства по току должны настраиваться на работу при его превышении.
Защитные устройства от перегрузки могут работать по термическому принципу. Это предохранители и тепловые расцепители. Они реагируют на тепловую нагрузку и, выдерживая определённое время, отключают её. Также возможна установка защитных устройств, выполняющих «мгновенную» отсечку нагрузки. Время её отключения составляет 0,02 секунды. Выбор защитного устройства принципиален для систем переменного тока.

Настройки автоматического выключателя по номинальному току
Для защиты бытовых электрических сетей и различных промышленных устройств довольно распространены выключатели, которые работают по принципу токовой отсечки и тепловых расцепителей. Любой автоматический выключатель изготовлен под номинальные значения тока и напряжения. Именно по их значениям и выбирают защитные устройства.
Разделяют 4 типа времятоковых характеристик для различных автоматов. Их обозначения А, В, С, D. Они разработаны для отключения во время аварий при кратности тока от 1,3 до 14. Такие выключатели выбирают под определённый тип нагрузки:
•    системы освещения;
•    полупроводники;
•    схемы со смешанными нагрузками;
•    цепи, выдерживающие большие перегрузки.
Факторы, влияющие на скорость отключения автомата: окружающая среда, степень заполненности щитка и вероятности нагрева или охлаждения при участии посторонних источников.

Как подобрать автоматический выключатель и электропроводку
Чтобы правильно подобрать защиту и электропроводку, необходимо учитывать приложенную к ним нагрузку. Чтобы определить её значение, проводят её расчёт по номинальной мощности подключённых приборов и учитывают коэффициент их занятости.
В случае необходимости подбора защит под уже работающую проводку, нужно определить ток нагрузки сети и сравнить его с необходимым током, который найден при помощи теоретических расчётов.

Перейти в раздел Низковольтное оборудование

Калькулятор закона Ома — Калькулятор P, I, V, R с формулами и уравнениями

Ниже представлены четыре электрических калькулятора, основанных на законе Ома с электрическими формулами и уравнениями мощности, тока, напряжения и сопротивления в однофазных и трехфазных цепях переменного и постоянного тока.

Введите известные значения и выберите конверсию из кнопок ниже и нажмите «Рассчитать». В результате отобразятся желаемые значения, которые вы хотите рассчитать.

Содержание

Калькулятор мощности

Формулы электрической мощности

Формулы электрической мощности в цепях постоянного тока

• P = 0 VxI
• П = И ² Р
• Р = В ² /Р

Формулы электрической мощности в однофазных цепях переменного тока

• P = VxI Cosθ
• P = I ² х R Cosθ
• P = (V ² /R) Cosθ

Формулы электрической мощности в трехфазных цепях переменного тока

• P =√3 x V _L xI _L  Cosθ
• P =3 x V _P xI _P  Cosθ
• P =3 I ² х R Cosθ
• P = 3 (V ² /R) x R Cosθ

Где

• I = ток в амперах (А)
• В = напряжение в вольтах (В)
• P = мощность в ваттах (Вт)
• R = сопротивление в Ом (Ом)

Related Post: Калькулятор мощности, напряжения, тока и сопротивления

Калькулятор тока

Формулы электрического тока

Формулы электрического тока в цепи постоянного тока

I = P/V

I = √P/R

Формулы электрического тока в однофазной цепи переменного тока

• I = P / (V x Cosθ)
• I = (V/Z)… Где Z = импеданс = сопротивление цепей переменного тока

Формулы электрического тока в трехфазной цепи переменного тока

I = P / √3xVxCosθ ​​

Где

• I = ток в амперах (А)
• В = напряжение в вольтах (В)
• P = мощность в ваттах (Вт)
• R = сопротивление в Ом (Ом)

Связанный калькулятор: Калькулятор среднеквадратичного значения напряжения — от среднего значения, пикового и пикового до пикового значения

Калькулятор напряжения

Формулы напряжения или электрического потенциала

Формула электрического потенциала или напряжения в цепях постоянного тока

• V = I x R
• В = П/Я
• В = √ (П х Р)

Формулы напряжения или электрического потенциала в однофазных цепях переменного тока

• V = P/(IxCosθ)
• В = I / Z… Где Z = импеданс = сопротивление цепей переменного тока

Где

• I = ток в амперах (А)
• В = напряжение в вольтах (В)
• P = мощность в ваттах (Вт)
• P = мощность в ваттах (Вт)
• R = сопротивление в Ом (Ом)

Связанный калькулятор: Калькулятор ближайшего значения стандартного резистора

Калькулятор сопротивления

URL-адрес скопирован

Показать полную статью

Похожие статьи

Кнопка «Вернуться к началу»

15.

4 Питание в цепи переменного тока — University Physics Volume 2

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Опишите, как средняя мощность от цепи переменного тока может быть выражена через пиковый ток и напряжение и среднеквадратичное значение тока и напряжения
• Определить зависимость между фазовым углом тока и напряжения и средней мощностью, известную как коэффициент мощности

Элемент схемы рассеивает или производит мощность в соответствии с P=IV,P=IV, где I — ток через элемент, а В — напряжение на нем. Поскольку ток и напряжение в цепи переменного тока зависят от времени, мгновенная мощность p(t)=i(t)v(t)p(t)=i(t)v(t) также зависит от времени. График p ( t ) для различных элементов схемы показан на рис. 15.16. Для резистора i ( t ) и v ( t ) совпадают по фазе и поэтому всегда имеют один и тот же знак (см. рис. 15.5). Для конденсатора или катушки индуктивности относительные знаки i ( t ) и v ( t ) меняются в течение цикла из-за разности фаз (см. рис. 15.7 и рис. 15.9). Следовательно, p ( t ) в одни моменты времени положителен, а в другие отрицателен, указывая на то, что емкостные и индуктивные элементы производят мощность в одни моменты времени и поглощают ее в другие.

Рисунок 15.16 График мгновенной мощности для различных элементов цепи. (a) Для резистора Pave=I0V0/2, Pave=I0V0/2, тогда как для (b) конденсатора и (c) катушки индуктивности Pave=0.Pave=0. (d) Для источника Pave=I0V0(cosϕ)/2, Pave=I0V0(cosϕ)/2, что может быть положительным, отрицательным или нулевым, в зависимости от ϕ.ϕ.

Поскольку мгновенная мощность изменяется как по величине, так и по знаку в течение цикла, она редко имеет какое-либо практическое значение. Что нас почти всегда интересует, так это мощность, усредненная по времени, которую мы называем средней мощностью. Он определяется средней по времени мгновенной мощностью за один цикл:

Pave=1T∫0Tp(t)dt,Pave=1T∫0Tp(t)dt,

где T=2π/ωT=2π/ω – период колебаний. С заменами v(t)=V0sinωtv(t)=V0sinωt и i(t)=I0sin(ωt−ϕ),i(t)=I0sin(ωt−ϕ) этот интеграл принимает вид

Pave=I0V0T∫0Tsin( ωt−ϕ)sinωtdt.Pave=I0V0T∫0Tsin(ωt−ϕ)sinωtdt.

Использование тригонометрической связи sin (a -b) = sinacosb -sinbcosa, sin (a -b) = sinacosb -sinbcosa, мы получаем

pave = i0v0cosСТry∫0tsin2ωtdt -I0V0Sinót∫0TSTCOSTDSINTDSIN0VSIN0VSIN0SIN0SIN0SIN0SIN0SIN0SIN0SIN0SININTD. 0Tsinωtcosωtдт.

Вычисление этих двух интегралов дает

Следовательно, средняя мощность, связанная с элементом схемы, определяется как

Pave=12I0V0cosϕ.Pave=12I0V0cosϕ.

15.12

В технических приложениях cosϕcosϕ известен как коэффициент мощности, который представляет собой величину, на которую мощность, подаваемая в цепь, меньше теоретического максимума цепи из-за несовпадения фаз напряжения и тока. Для резистора ϕ=0,ϕ=0, поэтому средняя рассеиваемая мощность равна

Задать=12I0V0.Задать=12I0V0.

Сравнение p ( t ) и PavePave показано на рис. 15.16(d). Чтобы сделать Pave=(1/2)I0V0Pave=(1/2)I0V0 похожим на его аналог постоянного тока, мы используем среднеквадратичные значения IrmsandVrmsIrmsandVrms тока и напряжения. По определению это

Irms=iave2andVrms=vave2,Irms=iave2andVrms=vave2,

, где )dt и vave2=1T∫0Tv2(t)dt.

При i(t)=I0sin(ωt−ϕ) и v(t)=V0sinωt, i(t)=I0sin(ωt−ϕ)и v(t)=V0sinωt получаем

Irms=12I0и Vrms=12V0.Irms=12I0andVrms=12V0.

Затем мы можем написать для средней мощности, рассеиваемой резистором,

Pave=12I0V0=IrmsVrms=Irms2R.Pave=12I0V0=IrmsVrms=Irms2R.

15.13

Это уравнение еще раз подчеркивает, почему для обсуждения выбрано среднеквадратичное значение, а не пиковые значения. Оба уравнения для средней мощности верны для уравнения 15. 13, но среднеквадратические значения в формуле дают более четкое представление, поэтому дополнительный коэффициент 1/2 не нужен.

Переменные напряжения и токи обычно описываются их среднеквадратичными значениями. Например, 110 В от бытовой розетки является среднеквадратичным значением. Амплитуда этого источника составляет 1102 В = 156 В. 1102 В = 156 В. Поскольку большинство счетчиков переменного тока откалиброваны по среднеквадратичным значениям, типичный вольтметр переменного тока, подключенный к бытовой розетке, покажет 110 В.

Для конденсатора и катушки индуктивности , ϕ=π/2 и −π/2рад, ϕ=π/2 и −π/2рад соответственно. Поскольку cosπ/2=cos(−π/2)=0, cosπ/2=cos(−π/2)=0, из уравнения 15.12 мы находим, что средняя мощность, рассеиваемая любым из этих элементов, равна Pave=0.Pave =0. Конденсаторы и катушки индуктивности поглощают энергию из цепи в течение одного полупериода, а затем возвращают ее обратно в цепь в течение другого полупериода. Это поведение проиллюстрировано на графиках рис. 15.16, (б) и (в), которые показывают p( t) колеблется синусоидально около нуля.

Фазовый угол генератора переменного тока может иметь любое значение. Если cosϕ>0,cosϕ>0, генератор вырабатывает мощность; если cosϕ<0,cosϕ<0, он поглощает мощность. В терминах среднеквадратичных значений средняя мощность генератора переменного тока записывается как

Pave=IrmsVrmscosϕ.Pave=IrmsVrmscosϕ.

Для генератора в цепи RLC ,

tanϕ=XL−XCRtanϕ=XL−XCR

и

cosϕ=RR2+(XL−XC)2=RZ.cosϕ=RR2+(XL−XC)2= РЗ.

Следовательно, средняя мощность генератора равна

Pave=IrmsVrmscosϕ=VrmsZVrmsRZ=Vrms2RZ2.Pave=IrmsVrmscosϕ=VrmsZVrmsRZ=Vrms2RZ2.

15.14

Это также можно записать как

Pave=Irms2R,Pave=Irms2R,

, что означает, что мощность, вырабатываемая генератором, рассеивается в резисторе. Как мы видим, закон Ома для среднеквадратичного значения переменного тока находится путем деления среднеквадратичного значения напряжения на импеданс.

Пример 15,3

Выходная мощность генератора

Генератор переменного тока, ЭДС которого определяется выражением

v(t)=(4,00 В)sin[(1,00×104 рад/с)t]v(t)=(4,00 В)sin[(1,00×104 рад/с)t]

подключен к RLC , для которой L=2,00×10-3HL=2,00×10-3H, C=4,00×10-6FC=4,00×10-6F и R=5,00ΩR=5,00Ω. а) Чему равно среднеквадратичное напряжение на генераторе? б) Чему равно сопротивление цепи? в) Какова средняя мощность генератора?

Стратегия

Среднеквадратичное напряжение – это амплитуда напряжения, умноженная на 1/21/2. Полное сопротивление цепи включает сопротивление и реактивные сопротивления конденсатора и катушки индуктивности. Средняя мощность рассчитывается по уравнению 15.14 или, точнее, по последней части уравнения, потому что у нас есть импеданс цепи Z , среднеквадратичное напряжение VrmsVrms и сопротивление R .

Решение

1. Поскольку V0=4,00 В, V0=4,00 В, среднеквадратичное значение напряжения на генераторе равно

   Вэфф=12(4,00В)=2,83В. Вэфф=12(4,00В)=2,83В.

2. Полное сопротивление цепи

   Z=R2+(XL-XC)2={(5,00 Ом)2+[(1,00×104 рад/с)(2,00×10-3H)−1(1,00×104рад/с)(4,00×10-6F)] 2}1/2=7,07 Ом. Z=R2+(XL-XC)2={(5,00 Ом)2+[(1,00×104 рад/с)(2,00×10-3H)−1(1,00×104 рад/с) (4,00×10-6F)]2}1/2=7,07 Ом.

3. Из уравнения 15.14 средняя мощность, передаваемая в цепь, равна

   Pave=Vrms2RZ2=(2,83 В)2(5,00 Ом)(7,07 Ом)2=0,801 Вт. Pave=Vrms2RZ2=(2,83 В)2(5,00 Ом)(7,07 Ом)2=0,801 Вт.

Значение

Если сопротивление намного больше, чем реактивное сопротивление конденсатора или индуктора, средняя мощность представляет собой уравнение цепи постоянного тока P=V2/R, P=V2/R, где В заменяет среднеквадратичное значение напряжения.

Проверьте свое понимание 15,4

Вольтметр переменного тока, подключенный к клеммам генератора переменного тока частотой 45 Гц, показывает 7,07 В.