Πώς να υπολογίσετε την ισχύ, το ρεύμα και την τάση: αρχές και παραδείγματα υπολογισμών για οικιακές συνθήκες

Οι ιδιοκτήτες διαμερισμάτων, ιδιωτικών κατοικιών και άλλων ηλεκτρισμένων αντικειμένων αντιμετωπίζουν συχνά το ζήτημα του προσδιορισμού των τιμών των βασικών ηλεκτρικών μεγεθών, καθώς ο υπολογισμός της ισχύος με βάση την επιτρεπόμενη ισχύ ρεύματος και μια γνωστή τάση ή η επίλυση του αντίστροφου προβλήματος δεν είναι πολύ απλή. .

Η άμεση εφαρμογή του γνωστού νόμου του Ohm χωρίς να ληφθούν υπόψη τα χαρακτηριστικά των οικιακών δικτύων και συσκευών μπορεί να οδηγήσει σε εσφαλμένο αποτέλεσμα.

Σε αυτό το υλικό θα καταλάβουμε τι είναι η ισχύς και θα σας πούμε πώς να υπολογίσετε αυτόν τον δείκτη.

Βασικές έννοιες των ποσοτήτων

Οι ηλεκτρικοί υπολογισμοί βασίζονται σε γνωστές σχέσεις μεταξύ ρεύματος (I, Ampere), τάσης (U, Volt), τιμής ισχύος (P, Watt) και αντίστασης (R, Ohm). Οι πρακτικοί υπολογισμοί απαιτούν συνήθως γνώση των τιμών των τριών πρώτων.

Σας προειδοποιούμε ότι οι αριθμητικές εκφράσεις των αναγραφόμενων τιμών δεν επαρκούν - χρειάζονται πρόσθετα χαρακτηριστικά που αποκαλύπτουν τη λειτουργία κατανάλωσης ενέργειας.

Ισχύς ηλεκτρικού ρεύματος

Ο υπολογισμός της επαρκής διατομής των αγωγών και η ονομαστική τιμή του διακόπτη κυκλώματος για έναν συγκεκριμένο κλάδο του ηλεκτρικού δικτύου πραγματοποιείται σύμφωνα με την τιμή της μέγιστης δυνατής ισχύος ρεύματος για αυτό το τμήμα. Αυτό είναι απαραίτητο για να μην πιάσει φωτιά η καλωδίωση, η οποία συχνά οδηγεί σε πυρκαγιά.

Εργάτες παραμέτρους μηχανής και τα RCD επιλέγονται σύμφωνα με τις κανονιστικές απαιτήσεις.Για να προσδιορίσετε την επιτρεπόμενη διατομή των πυρήνων ανάλογα με τη μέγιστη δυνατή ισχύ ρεύματος, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιήσετε τον πίνακα που παρέχεται από τον κατασκευαστή του προϊόντος, επειδή τα καλώδια παράγονται συνήθως σύμφωνα με τις προδιαγραφές και όχι σύμφωνα με το GOST.

Έχοντας τις ίδιες σημάνσεις, τα καλώδια που παράγονται σύμφωνα με το GOST (αριστερά) και το TU (δεξιά) διαφέρουν τόσο οπτικά όσο και σε βασικά χαρακτηριστικά

Δεδομένου ότι η ισχύς του ηλεκτρικού ρεύματος μπορεί να υπολογιστεί με βάση την ισχύ που καταναλώνουν οι συσκευές και την τάση δικτύου, είναι απαραίτητο να προσδιοριστούν σωστά οι τιμές αυτών των δύο δεικτών.

Οικιακή τάση

Πολλοί ιδιοκτήτες διαμερισμάτων πιστεύουν ότι η τυπική τάση φάσης για τις οικιακές ανάγκες είναι περίπου 220 V. Στις περισσότερες περιπτώσεις, αυτό ισχύει. Αν και GOST 29322-2014 από 10/01/2015 εντός της Ρωσικής Ομοσπονδίας επρόκειτο να γίνει μετάβαση σε σύστημα 230 V συμβατό με τις χώρες της ΕΟΚ.

Μια απόκλιση 5% από το πρότυπο είναι αποδεκτή για οποιαδήποτε περίοδο και 10% για περίοδο που δεν υπερβαίνει τη 1 ώρα. Έτσι, σύμφωνα με τους παλιούς κανόνες, η τιμή τάσης μπορεί να κυμαίνεται στην περιοχή από 198 έως 242 V και σύμφωνα με το τρέχον GOST - από 207 έως 253 V.

Υπάρχουν επίσης περιπτώσεις όπου η τάση στο δίκτυο για μεγάλο χρονικό διάστημα είναι σημαντικά χαμηλότερη από την τυπική. Αυτή η κατάσταση προκύπτει όταν η συνολική ισχύς των ηλεκτρικών συσκευών που είναι συνδεδεμένες στον κλάδο είναι πολύ υψηλότερη από την προγραμματισμένη και όταν οι περισσότερες από αυτές είναι ενεργοποιημένες, εμφανίζεται «διακοπή δικτύου».

Αυτό το πρόβλημα εμφανίζεται στον τομέα ευθύνης των οργανισμών που είναι υπεύθυνοι για την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας και σχετίζεται με υπερφόρτωση μετασχηματιστών διανομής, φθορά των υποσταθμών ή ανεπαρκή διατομή καλωδίων.

Η μειωμένη τάση εισόδου οδηγεί όχι μόνο σε αλλαγή της παραμέτρου ρεύματος και πιθανή ενεργοποίηση της προστασίας, αλλά και σε ταχεία βλάβη ηλεκτρικών συσκευών που περιέχουν ασύγχρονους ηλεκτρικούς κινητήρες ή σύνθετα ηλεκτρονικά

Για να μάθετε το νόημα πραγματική τάση πρέπει να κάνετε περιοδικά μετρήσεις χρησιμοποιώντας ένα βολτόμετρο. Εάν οι δείκτες παρουσιάζουν μεγάλες διακυμάνσεις, τότε είναι απαραίτητο να χρησιμοποιήσετε σταθεροποιητής ή έναν πιο ακριβό μετατροπέα με λειτουργία αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας.

Αποχρώσεις στην έννοια της ισχύος των ηλεκτρικών συσκευών

Όλες οι συσκευές που καταναλώνουν ηλεκτρική ενέργεια έχουν μια τέτοια παράμετρο όπως η ισχύς. Όσο υψηλότερος είναι αυτός ο δείκτης, τόσο περισσότερη ενέργεια παίρνει η συσκευή από το κύκλωμα.

Υπάρχουν τρεις τύποι ισχύος:

• Ενεργός (Π). Χαρακτηρίζει το ρυθμό μετατροπής της ηλεκτρικής ενέργειας σε άλλη μορφή, για παράδειγμα ηλεκτρομαγνητική ή θερμική. Πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά τον υπολογισμό του μη αναστρέψιμου κόστους της ηλεκτρικής ενέργειας, άρα και του κόστους λειτουργίας της συσκευής. Μονάδα μέτρησης – W.
• Αντιδραστικό (Q). Χαρακτηρίζει την ενέργεια που προέρχεται από την πηγή (μετασχηματιστή) στα αντιδρώντα στοιχεία του καταναλωτή (πυκνωτές, περιελίξεις κινητήρα), αλλά στη συνέχεια σχεδόν αμέσως επιστρέφει στην πηγή. Η μονάδα μέτρησης είναι W ή var (η ερμηνεία είναι αντιδραστικό βολτ-αμπέρ).
• πλήρης (μικρό). Χαρακτηρίζει το φορτίο που επιβάλλει ο καταναλωτής στα στοιχεία του κυκλώματος. Χρησιμοποιείται κατά τον υπολογισμό της διατομής του καλωδίου και την επιλογή της βαθμολογίας των μηχανών, δηλαδή, η ισχύς ρεύματος υπολογίζεται με βάση την πλήρη ισχύ όλων των ηλεκτρικών συσκευών που είναι συνδεδεμένες στο κύκλωμα. Η μονάδα μέτρησης είναι W ή V*A (V*A – βολτ αμπέρ).

Όλες αυτές οι παράμετροι μπορούν να υπολογιστούν εκ νέου μέσω της γωνίας φάσης που εμφανίζεται μεταξύ του διανύσματος τάσης και του ρεύματος (φά):

Π = μικρό *cos(φά);

Q = μικρό *αμαρτία(φά);

μικρό² = Π² + Q².

Οι οικιακές συσκευές στις οποίες η συνολική ισχύς μπορεί να υπερβεί σημαντικά την ενεργό ισχύ περιλαμβάνουν ψυγεία, πλυντήρια ρούχων, λαμπτήρες φθορισμού και μερικούς λαμπτήρες εξοικονόμησης ενέργειας, καθώς και μονάδες ηλεκτρονικών ισχύος.

Στους κινητήρες, συνήθως υποδεικνύεται η ενεργή ισχύς και ο συντελεστής. Στην περίπτωση αυτή, η συνολική ισχύς υπολογίζεται ως εξής: S = P / cos(f) = 750 / 0,78 = 962 W

Υπάρχει επίσης κάτι όπως η ισχύς κορυφής ή εκκίνησης. Το γεγονός είναι ότι η επιτάχυνση των κινητήρων απαιτεί πολύ περισσότερη προσπάθεια από τη διατήρηση της περιστροφής τους. Επομένως, όταν ενεργοποιείτε συσκευές όπως ένα ψυγείο ή ένα πλυντήριο ρούχων, εμφανίζεται μια βραχυπρόθεσμη απότομη αύξηση του φορτίου σε ένα τμήμα του κυκλώματος.

Τα ρεύματα εκκίνησης μπορεί να είναι αρκετές φορές υψηλότερα από τα ρεύματα λειτουργίας. Κατά τον υπολογισμό των απαιτούμενων τμήματα καλωδίων Κατά την επιλογή της ονομαστικής τιμής του μηχανήματος, αυτό θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη.

Για να το κάνετε αυτό, πρέπει να προσδιορίσετε τη συσκευή με τη μεγαλύτερη διαφορά στην ισχύ εκκίνησης και λειτουργίας και να την προσθέσετε στη συνολική τιμή. Τα ρεύματα εκκίνησης άλλων συσκευών μπορούν να αγνοηθούν, καθώς η πιθανότητα ταυτόχρονης ενεργοποίησης κινητήρων για διαφορετικούς καταναλωτές είναι πρακτικά μηδενική.

Γραμμικές και φάσεις σχέσεις

Στις μέρες μας έχει γίνει ευρέως διαδεδομένη η πρακτική της σύνδεσης οικιακών αντικειμένων με τριφασικά ηλεκτρικά δίκτυα.

Αυτό δικαιολογείται για τους εξής λόγους:

• Σημαντική κατανάλωση ενέργειας. Σε αυτή την περίπτωση, η σύνδεση ενός μονοφασικού δικτύου υψηλής ισχύος θα είναι πολύ παράλογη λόγω της μεγάλης διατομής του καλωδίου και της υψηλής κατανάλωσης υλικού του μετασχηματιστή.
• Διαθεσιμότητα συσκευών που λειτουργούν σε τρεις φάσεις. Η υλοποίηση ενός κυκλώματος για τη σύνδεση μιας τέτοιας συσκευής σε ένα μονοφασικό κύκλωμα δεν είναι πολύ απλή και είναι γεμάτη παρεμβολές που συμβαίνουν, για παράδειγμα, κατά την εκκίνηση ενός ασύγχρονου κινητήρα.

Υπάρχουν δύο τρόποι σύνδεσης τριφασικών συσκευών - "αστέρι" και "τρίγωνο".

Σχηματικά διαγράμματα μετάδοσης ισχύος σε τρεις φάσεις. Έλαβαν το όνομα "αστέρι" και "τρίγωνο" λόγω της γεωμετρικής ομοιότητάς τους με αυτά τα αντικείμενα

Σε κυκλώματα τύπου αστεριού, το γραμμικό και το ρεύμα φάσης είναι πανομοιότυπα και η γραμμική τάση είναι 1,73 φορές μεγαλύτερη από την τάση φάσης:

Εγώ_μεγάλο = Εγώ_φά;

U_μεγάλο = 1.73 * U_φά.

Αυτός ο τύπος εξηγεί τη γνωστή αναλογία τάσης για οικιακά και βιομηχανικά δίκτυα χαμηλής τάσης με συχνότητα 50 Hz: 220 / 380 V (σύμφωνα με το νέο GOST: 230 / 400 V).

Με μια τριγωνική σύνδεση, αντίθετα, η τάση είναι η ίδια και τα γραμμικά ρεύματα είναι μεγαλύτερα από τα ρεύματα φάσης:

Εγώ_μεγάλο = 1.73 * Εγώ_φά;

U_μεγάλο = U_φά.

Αυτοί οι τύποι μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνο με συμμετρικά φορτία φάσης. Εάν η κατανάλωση ρεύματος στα καλώδια είναι διαφορετική (μη ισορροπημένος δέκτης), τότε οι υπολογισμοί πραγματοποιούνται χρησιμοποιώντας τους κανόνες της διανυσματικής άλγεβρας και το ρεύμα εξισορρόπησης που προκύπτει αντισταθμίζεται από το ουδέτερο καλώδιο. Ωστόσο, για δίκτυα με συνδεδεμένες οικιακές συσκευές, τέτοιες περιπτώσεις είναι σπάνιες.

Σχέση μεταξύ βασικών ποσοτήτων

Η πιο συνηθισμένη εργασία που αντιμετωπίζουν οι απλοί καταναλωτές είναι ο υπολογισμός της πραγματικής ισχύος ρεύματος. Πώς λοιπόν να υπολογίσετε σωστά την ένταση με βάση τις γνωστές τιμές τάσης και ισχύος; Είναι απαραίτητο να το λύσουμε αιτιολογώντας τις τιμές διατομής των πυρήνων και τη βαθμολογία του μηχανήματος, έχοντας τεχνικές πληροφορίες σχετικά με τις συσκευές που θα τροφοδοτηθούν σε αυτό το κύκλωμα.

Μετά τον υπολογισμό του ρεύματος, συχνά επιλέγονται καλώδια με τη μικρότερη επιτρεπόμενη διατομή. Ωστόσο, αυτό δεν είναι πάντα σωστό, καθώς μια τέτοια λύση οδηγεί σε σημαντικούς περιορισμούς όταν είναι απαραίτητο να προστεθούν νέες ηλεκτρικές συσκευές στο δίκτυο.

Μερικές φορές είναι απαραίτητο να πραγματοποιηθούν αντίστροφοι υπολογισμοί και να προσδιοριστεί ποια συνολική ισχύς μπορεί να συνδεθεί σε συσκευές με γνωστή τάση και μέγιστο επιτρεπόμενο ρεύμα, το οποίο περιορίζεται από την υπάρχουσα καλωδίωση.

Μπορείτε να λύσετε αυτά τα δύο προβλήματα για ένα μονοφασικό κύκλωμα χρησιμοποιώντας έναν απλό τύπο:

Εγώ = μικρό / U;

μικρό = U * Εγώ,

Οπου μικρό – συνολική συνολική ισχύς όλων των καταναλωτών ηλεκτρικής ενέργειας.

Ένα διάγραμμα πίτας που αντικατοπτρίζει το νόμο του Ohm και εκφράζει την εξάρτηση της ισχύος, του ρεύματος, της τάσης και της αντίστασης είναι κατάλληλο για τον υπολογισμό των παραμέτρων ενός μονοφασικού κυκλώματος

Για να λύσετε το πρόβλημα του υπολογισμού του ρεύματος χρησιμοποιώντας γνωστές ή υπολογισμένες τιμές ισχύος και τάσης σε ένα τριφασικό κύκλωμα, πρέπει να γνωρίζετε το συνολικό φορτίο που επιβάλλεται σε κάθε φάση.

Τόσο η απαιτούμενη διατομή των πυρήνων καλωδίων όσο και η ελάχιστη επιτρεπόμενη βαθμολογία του μηχανήματος επιλέγονται σύμφωνα με την πιο πολυσύχναστη γραμμή, λαμβάνοντας υπόψη ότι:

μικρό = 3 * μέγιστο{μικρό₁, μικρό₂, μικρό₃}.

Εγώ = μικρό / (U * 1.73).

Η επιτρεπόμενη ισχύς για κάθε φάση μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο:

μικρό_1,2,3 Εγώ * U / 1.73,

Οπου Εγώ – μέγιστο επιτρεπόμενο ρεύμα για υπάρχουσες καλωδιώσεις.

Συμπεράσματα και χρήσιμο βίντεο για το θέμα

Υπολογισμός ισχύος ρεύματος ανά ισχύ για επιλογή διατομής καλωδίου: