Corrent, tensió, potència: característiques bàsiques de l'electricitat

L'electricitat ha estat utilitzada per l'home durant molt de temps per satisfer les seves necessitats, però és invisible, no la perceben els sentits, per tant és difícil d'entendre. Per simplificar l'explicació dels processos elèctrics, sovint es comparen amb les característiques hidràuliques d'un fluid en moviment.

Per exemple, ella ve al nostre apartament per cable Energia elèctrica de generadors remots i aigua de l'aixeta d'una bomba de pressió. Tanmateix, l'interruptor apaga els llums i l'aixeta d'aigua tancada evita que l'aigua surti de l'aixeta. Per fer la feina, cal encendre l'interruptor i obrir l'aixeta.

Un flux dirigit d'electrons lliures a través dels cables es precipitarà cap al filament de la bombeta (fluirà un corrent elèctric) que emetrà llum. L'aigua que surt de l'aixeta s'escorrerà a l'aigüera.

Aquesta analogia també permet entendre les característiques quantitatives, relacionar la força del corrent amb la velocitat de moviment del líquid i estimar altres paràmetres.

La tensió de la xarxa es compara amb el potencial energètic de la font líquida. Per exemple, un augment de la pressió hidràulica d'una bomba en una canonada crearà una gran velocitat de moviment del fluid i un augment de la tensió (o la diferència entre els potencials de la fase - el cable d'entrada i el zero de treball - la sortida) augmentarà la incandescència de la bombeta, la força de la seva radiació.

La resistència del circuit elèctric es compara amb la força de frenada del flux hidràulic. El cabal es veu afectat per:

• viscositat líquida;

• obstrucció i canvi en la secció transversal dels canals. (En el cas d'una aixeta d'aigua, la posició de la vàlvula de control.)

El valor de la resistència elèctrica es veu afectat per diversos factors:

• l'estructura de la substància que determina la presència d'electrons lliures en un conductor i afecta resistència; 

• àrea de la secció transversal i longitud del conductor actual;

• temperatura.

També es compara l'energia elèctrica amb el potencial energètic del flux en hidràulica i s'estima a partir del treball realitzat per unitat de temps. La potència d'un aparell elèctric s'expressa per la intensitat consumida i la tensió aplicada (per a circuits de CA i CC).

Totes aquestes característiques de l'electricitat van ser estudiades per famosos científics que van donar definicions de corrent, voltatge, potència, resistència i van descriure mitjançant mètodes matemàtics les relacions mútues entre elles.

La taula següent mostra les relacions generals dels circuits de CA i CC que es poden utilitzar per analitzar el rendiment de circuits específics.

Vegem alguns exemples del seu ús.

Exemple #1. Com calcular la resistència i la potència

Suposem que voleu seleccionar un limitador de corrent per alimentar el circuit d'il·luminació. Coneixem la tensió d'alimentació de la xarxa de bord «U», igual a 24 volts i el consum de corrent «I» de 0,5 amperes, que no s'ha de superar. Segons l'expressió (9) de la llei d'Ohm, calculem la resistència «R». R = 24 / 0,5 = 48 ohms.

A primera vista, es determina el valor de la resistència. No obstant això, això no és suficient. Per al funcionament fiable de sema, cal calcular la potència segons el consum actual.

Segons el funcionament de la llei de Joule-Lenz, la potència activa «P» és directament proporcional al corrent «I» que travessa el cable i la tensió aplicada «U». Aquesta relació es descriu per la fórmula (11) a la taula. baix.

Calculem: P = 24×0,5 = 12 W.

Obtenim el mateix valor si fem servir les fórmules (10) o (12).

El càlcul de la potència de la resistència pel seu consum actual mostra que al circuit seleccionat cal utilitzar una resistència de 48 Ohm i 12 W. Una resistència amb una potència inferior no suportarà les càrregues aplicades, s'escalfarà i es cremarà. amb el corrent del temps.

Aquest exemple mostra la dependència de com el corrent de càrrega i la tensió de xarxa afecten el poder de l'usuari.

Exemple #2. Com calcular el corrent

Per a un grup d'endolls destinats a alimentar electrodomèstics a la cuina, cal seleccionar un interruptor de protecció. La potència dels dispositius segons les dades del passaport és de 2,0, 1,5 i 0,6 kW.

Respon. L'apartament utilitza una xarxa de CA monofàsica de 220 volts. La potència total de tots els dispositius connectats per treballar al mateix temps serà de 2,0 + 1,5 + 0,6 = 4,1 kW = 4100 W.

Amb la fórmula (2), determinem el corrent total del grup de consumidors: 4100/220 = 18,64 A.

L'interruptor de circuit nominal més proper té una velocitat d'activació de 20 amperes. Nosaltres el triem. Una màquina amb un valor inferior a 16 A s'apagarà permanentment per sobrecàrrega.

Diferències en els paràmetres dels circuits elèctrics en corrent altern

Xarxes monofàsiques

En analitzar els paràmetres dels aparells elèctrics, cal tenir en compte les peculiaritats del seu funcionament en circuits de corrent altern, quan, a causa de la influència de la freqüència industrial, apareixen càrregues capacitives als condensadors (desplacen el vector actual en 90). graus per davant del vector de tensió) i als bobinatges de la bobina - inductiu (el corrent està 90 graus darrere de la tensió). En enginyeria elèctrica s'anomenen càrregues reactives... Junts creen pèrdues de potència reactiva «Q» que no fan feina útil.

Amb càrregues actives, no hi ha canvi de fase entre el corrent i la tensió.

D'aquesta manera, al valor actiu de la potència d'un aparell elèctric en circuits de corrent altern s'afegeix un component reactiu, per la qual cosa augmenta la potència total, que normalment s'anomena plena i s'indica amb l'índex «S».

Corrent sinusoïdal altern en una xarxa monofàsica

El corrent elèctric i la tensió de freqüència varien amb el temps de manera sinusoïdal. En conseqüència, hi ha un canvi de poder. Determinar els seus paràmetres en diferents moments no té gaire sentit. Per tant, els valors totals (integradors) es seleccionen durant un període de temps determinat, per regla general, el període d'oscil·lació T.

Conèixer les diferències entre els paràmetres dels circuits de corrent altern i continu permet calcular correctament la potència mitjançant corrent i tensió en cada cas concret.

Xarxes trifàsiques

Bàsicament, consten de tres circuits monofàsics idèntics, desplaçats entre si en el pla complex en 120 graus. Difereixen lleugerament en les càrregues de cada fase, desplaçant el corrent de la tensió en un angle phi. A causa d'aquest desnivell, es crea un corrent I0 al conductor neutre.

Corrent sinusoïdal altern en una xarxa trifàsica

La tensió en aquest sistema consta de tensions de fase (220 V) i tensions de línia (380 V).

La potència d'un dispositiu de corrent trifàsic connectat al circuit és la suma dels components de cada fase. Es mesura amb aparells especials: wattmetres (component actiu) i varmetres (reactiu). És possible calcular el consum total d'energia d'un dispositiu de corrent trifàsic a partir de les mesures del vatímetre i del varmetre mitjançant la fórmula del triangle.

També hi ha un mètode de mesura indirecta basat en l'ús d'un voltímetre i amperímetre amb càlculs posteriors dels valors obtinguts.

També es pot calcular el consum total de corrent, coneixent la magnitud de la potència aparent S. Per fer-ho, n'hi ha prou de dividir-la pel valor de la tensió de línia.