Как определить напряжение: Электрическое напряжение. Видеоурок. Физика 8 Класс

Содержание

Формула электрического напряжения для новичков

Домашний мастер, затеявший ремонт бытовой проводки или электрического прибора, должен хорошо представлять электротехнические процессы, уметь проводить сложные расчеты. 

Самая простая формула электрического напряжения, выраженная для участка цепи, позволяет быстро выполнять такие вычисления. 

Я подготовил советы и рекомендации, которые помогут лучше запомнить сложные алгоритм. Рассчитываю, что вы станете правильно применять их на практике, зарекомендуете себя грамотными специалистами в глазах окружающих. 

Содержание статьи

Что такое напряжение и как его легко представлять

Мне нравится сравнение электрических процессов с более понятными механическими явлениями. Поэтому показываю такую картинку. 

Имеем какую-то горку с высотой h относительно начального уровня. На вершине стоит груз весом Р. Он не закреплён, может скатиться под действием совсем небольшого усилия, например, дуновения ветра. 

Но его нет, а если подует, то груз упадет на высоту h3. При этом им будет совершена работа, связанная с перемещением на расстояние h2. 

Такая же аналогия, на мой взгляд, действует в электротехнике. 

Рассматриваем два отличающихся потенциала φ1 и φ2, которые накопили разные материальные тела, например, облака при движении воздушных масс с противоположными знаками зарядов q. 

Они отделены слоем воздушной атмосферы, обладающей сопротивлением R, которое препятствует перемещению заряда q. 

Точно так же воробьи сидят на фазном проводе и даже аист сплел свое гнездо на столбе воздушной линии, как показано на верхней картинке. Но с ними пока ничего не происходит: от второго потенциала они отделены большим сопротивлением. 

Однако, под действием ветра груз Р может скатиться, а облака перемещаются относительно земли и друг друга: воздушная прослойка между ними изменяется. 

В какой-то момент времени разность потенциалов φ1-φ2 между заряженными телами пробьет сопротивление R и будет совершена работа по перемещению заряда q. 

Вот и получается определение формулировки напряжения U, как разность потенциалов φ1 и φ2 или работа А, совершаемая при переносе заряда q. 

Напряжение измеряется в вольтах специальными приборами — вольтметрами. Оно появляется на всех электрических схемах, где присутствуют разные потенциалы: 

  • проводах фазы и нуля домашней проводки при поданном питании от трансформаторной подстанции;  
  • шинах вводного щитка в дом или подъезд; 
  • контактных выводах любой заряженной аккумуляторной батареи либо гальванического элемента; 
  • выходных контактах включенного блока питания, зарядного устройства; 
  • многих других местах. 

Когда груз Р уже скатился вниз или произошел разряд потенциалов φ1 и φ2 между собой, то работа по перемещению зарядов произойти не сможет. В этом случае, если φ1-φ2=0, напряжение отсутствует. 

Допускаю, что опытного электрика такое мое объяснение не устроит из-за упрощений. Что ж: пишите в комментариях. Будем приходить к общему мнению. Ведь я изложил самые начальные знания для новичков. 

Виды напряжения в квартире простыми словами

А вот здесь надо ориентироваться на то, как образуются потенциалы зарядов электрической энергии. 

Как работают источники постоянного тока для бытовых приборов

На выходных клеммах элементов солнечных батарей или гальванических элементов, сборок из них накапливаются потенциалы зарядов противоположной полярности: положительные и отрицательные. Они образуют цепи постоянного напряжения. 

На графике времени его вычерчивают горизонтальной линией U, которая не меняет свою величину. 

Хотя в принципе это довольно условно: по мере разряда от приложенной нагрузки происходит снижение разности потенциалов (ничего вечного в нашей жизни не существует) и уровень сигнала со временем все же падает. Но, этим качеством при расчетах, как правило, пренебрегают. 

Как определить уровень напряжения

Если вернуться к определению термина, основанного на разности потенциалов или совершении работы по перемещению зарядов, то мы попадем в тупик: их простыми методами оценить невозможно.  

При практической работе с цепями постоянного тока пользуются измерением или вычислением электрических величин на основе известного закона Ома для участка цепи U = i * R.

Простой онлайн калькулятор, спроектированный для этих целей, значительно облегчает такие вычисления. К тому же он построен на использовании еще одной функции: мощности потребления прибора, включенного в шпаргалку электрика. 

Воспользоваться можете любым из указанных способов. Каждая приведенная формула электрического напряжения работает правильно. 

Цепи переменного тока в квартире: откуда приходят и как формируются

Электрическая энергия в дома и квартиры поступает от трансформаторных подстанций различного напряжения по линиям электропередач 0,4 киловольта (кВ). 

Как появляется напряжение в розетке

От трансформаторной подстанции электроэнергия подводится в квартиру по: 

  • двухпроводной схеме — система заземления TN-C; 
  • или трехпроводной — система заземления TN-S либо TN-C-S. 

У них используются разные алгоритмы защит в аварийных ситуациях. 

В первом случае обеспечивается меньшая электрическая безопасность. Когда возникает пробой изоляции бытового прибора на корпус, то, случайно оказавшийся поблизости человек получает электрическую травму: через его тело проходит опасный потенциал на контур заземления подстанции. 

Трёхпроводная схема электропроводки сразу обеспечивает отвод опасного потенциала через дополнительный контур защитного РЕ проводника. 

На этой картинке допущены некоторые упрощения, которые я использовал, чтобы не усложнять понимание процессов. О них будет идти речь в других статьях. 

Если отключить от розетки потенциал фазы или нуля, то совершить работу не получится: напряжения в ней не будет — отсутствует разность потенциалов.

Формулы расчета напряжения для переменного тока, приведенные в шпаргалке электрика, остаются действующими. Но, на практике требуется учитывать многие нюансы работы электроэнергии, схемы подключения оборудования, особенности прохождения частотных сигналов. 

Важные характеристики синусоиды для выполнения расчетов

Электроэнергию производят промышленные генераторы, работающие на принципе вращения ротора с витками изолированного провода (рамки) в магнитном поле статора. 

На их выводах создается синусоидальное напряжение симметричной переменной формы с гармоничными колебаниями. 

Синусоида характеризуется следующим параметрами: 

  • амплитудой; 
  • частотой или периодом колебаний; 
  • фазой. 

При этом под фазой понимают сдвиг угла между сигналами разных синусоид или относительно начала координат. 

Что такое действующее напряжение

При измерениях и вычислениях параметров синусоиды следует учитывать то обстоятельство, что ее величина постоянно изменяется по времени от нуля до максимального значения и обратно. 

Чтобы исключить ошибки и правильно вести расчет принято обозначение действующего напряжения. 

Его величина соответствует той работе, которую может выполнить одна полуволна гармоники. Ее приравнивают к действию постоянного тока за это же время Т/2. 

Для этого определяют площадь половины гармоники интегральным исчислением за полупериод. Приравнивают ее к прямоугольнику с такой же шириной. 

Далее вычисляют высоту, поделив площадь на ширину. Получается действующее значение напряжение. Оно в √2 или 1,41 раз меньше амплитудного синусоидального U max. 

Можно использовать и другую формулу расчета действующего напряжения на основе амплитудного: умножать его на 0,707. 

Все измерительные приборы — вольтметры работают за счет определения действующей величины напряжения, а не амплитудной.

Для сравнения: привычное нам значение 220 вольт является действующим, а амплитудное составляет 310. 

Что такое “импульсное напряжение”

В своей практике надо быть готовым к тому, что в бытовую проводку может проникнуть импульс перенапряжения от аварийного режима в системе электроснабжения, например, от удара молнии в воздушную линию. 

На ВЛ установлены специальные защиты от подобных случаев: разрядники. Они гасят полученные разряды, срабатывая в несколько ступеней. 

Но все равно такой импульс, хоть и пониженной величины, проникает по проводам в бытовые приборы. Он способен повредить их внутреннюю схему.

Для защиты от него используют УЗИП (устройства защиты от импульсного перенапряжения), которые рассчитывают и выбирают под местные условия. 

Как рассчитывать трехфазное напряжение

Промышленная передача электроэнергии использует три симметрично расположенных по времени синусоиды напряжения, которые вырабатывают генераторы. 

Три обмотки их ротора разнесены между собой на 120 градусов и вращаются в магнитном поле статора, поочередно пересекая его силовые линии. Поэтому у них наводится таким же образом смещенная электродвижущая сила. 

Синусоиды сдвинуты между собой на такой же угол, как показано правее. Их векторное выражение на комплексной плоскости тоже отображается с углом 120О

При этом формируется система линейных и фазных напряжений, показанная на картинке. 

Между всеми линейными проводами образуется разность потенциалов в 380 вольт. В то же время относительно каждого этого проводника и нулем присутствует так нам привычное 220. 

Такая система постоянно работает в сбалансированном режиме: токи однофазных потребителей циркулируют по своим замкнутым цепочкам, постоянно складываясь в нулевом проводнике. Сложение это не чисто арифметическое, а векторное, учитывающее направление потока энергии. 

Поэтому при геометрическом сложении векторов происходит снижение тока в проводе нуля и его, как правило, делают тоньше, чем остальные жилы.  

Формулы электрического напряжения для линейных и фазных величин, а также токов смотрите прямо на картинке. 

Обрыв нуля: как возникает и чем опасен

Нормальная работа электрооборудования происходит в сбалансированном режиме при нормально поданном напряжении на него. Если ноль пропадет, то бытовые приборы прекращают свою работу. 

Здесь есть важные отличия при эксплуатации проводки, собранной по схеме однофазного или трехфазного питания. 

Обрыв нуля в однофазной сети: опасность возникновения

Квартирная проводка подключается для подачи напряжения по двум проводам с потенциалами фазы и нуля (контура земли). Электрический ток нагрузки, совершающий полезную работу, может протекать только по замкнутому контуру. 

Это значит, что если один потенциал от обмотки трансформаторной подстанции не будет подведен к розетке или лампочке в квартире, то на них напряжения, а, следовательно, и работы не будет. 

Однако здесь есть особенность, связанная с безопасностью жильцов. 

Обычно розеточные группы собираются шлейфом при параллельном подключении между собой. В одну из них может быть вставлена вилка шнура питания какого-то прибора: холодильника, стиральной машины, микроволновки и т п. 

В такой ситуации через внутреннюю схему этого прибора потенциал фазы пройдет на контакт нуля розетку и дальше — к концу подключенного, но оборванного провода. 

Электрики говорят по этому поводу: две фазы в розетке! Их легко заметить однофазным индикатором напряжения. Его контрольная лампочка будет светиться в обоих контактных гнездах. 

Этот режим опасен тем, что оторванный конец не изолирован. Под действие вновь образованного потенциала может попасть человек, получить электрическую травму. 

Обрыв нуля в трехфазной сети и как от него защититься

Теперь еще раз внимательно посмотрим, как работает схема трехфазного подключения к квартирной проводке, приведенная выше. Разберем случай, когда оборван ноль не в однофазной цепи, а в общей питающей.  

 В этой ситуации до места обрыва практически ничего не изменяется: сформированная система напряжений 380/220 остается прежней. А вот внутри квартир происходят ну очень нехорошие вещи.  

Потребители остаются подключенными по схеме “звезды”. Но ее средняя точка, где был подвод нулевого потенциала, отсоединен от нейтрали трансформаторной подстанции. 

В итоге создаются новые контура последовательного подключения потребителей квартир к линейному напряжению 380, как я показал на правой картинке, взяв за основу сопротивления Rа и Rв.  

Теперь представим, что жильцы квартиры А очень бережливые. Они мало потребляют энергии, экономят деньги на ее оплате. При этом владелец второй квартиры B эксплуатирует большое количество бытовой техники. У него всегда высокое потребление. 

Другими славами электрика: сопротивление Rа и его мощность потребления близки к нулю, а Rв — завышены. 

Вместе они создали последовательную цепочку Rа+Rв, через которую потечет ток, вызванный приложенной разностью потенциалов 380 вольт. Этот общий ток по закону Ома на каждом сопротивлении создаст падение напряжения. (Перемножьте составляющие формулу величины). 

Все приборы в квартире подключены параллельно. Чем больше их в работе, тем выше суммарная мощность потребления и ниже сопротивление. По оборудованию обоих квартир течет один и тот же ток. К ним прикладывается напряжение, зависящее от сопротивления.

Получим, что к одной квартире будет приложено очень мало вольт, а к другой около максимального предела 380.

Что из этого следует:

  1. у экономного владельца к приборам будет приложено очень высокое напряжение порядка 380 В;
  2. во второй квартире электрооборудование станет запитано от очень низкого напряжения. Оно станет работать на износ или отключится.

Расточительный хозяин останется без света до устранения неисправности, а у бережливого выйдут из строя работающие электродвигатели, перегорят лампочки, блоки питания электронной аппаратуры и вся подключенная дорогостоящая техника.

Обрыв нуля в трехфазной сети на стороне питания энергоснабжающей организации очень опасен для бытовых потребителей. Но, от этого аварийного режима существует простая и эффективная защита — реле РКН.

Этот модуль очень быстро, за время роста первой четверти гармоники
напряжения, вычисляет неисправность и до окончания первого периода
колебания отключает питание с квартиры, разрывая цепи подвода
электроэнергии. 

За счет этого все электрооборудование обесточивается, остается в исправном состоянии. 

Кстати, формулы расчета электрического напряжения для этого случая я привел прямо на картинке. Пользуйтесь на здоровье, делайте правильные выводы для себя. 

Я постарался очень простенько объяснить сложные процессы, связанные с электричеством. Поэтому у вас могут появиться дополнительные вопросы. Задавайте их. Будем выяснять совместно.

Что такое электрическое напряжение

Электрическое напряжение

Что такое электрическое напряжение – это разность потенциалов между двумя точками электрического поля; это физическая величина, значение которой равно работе электрического поля по перемещению единичного заряда между двумя точками. Всем всё понятно? Думаю нет.

Сейчас я попытаюсь максимально легко рассказать, что такое электрическое напряжение. Надеюсь у меня получится! Итак, поехали…

Обратите внимание на рисунок

В одной бутылке уровень воды составляет 300 мм, в другой 150мм, разница воды в бутылках получается 150мм. В электричестве это называется разностью потенциалов, т.е разность потенциалов в наших бутылках равна 150 мм.

Разность потенциалов

А теперь давайте соединим эти бутылки между собой шлангом и поместим в шланг шарик, что будет?

Вода начнёт перетекать из бутылки, в которой уровень воды больше, в другую бутылку. И соответственно поток воды будет перемещать наш шарик по шлангу. Процесс перетекания воды прекратится тогда, когда уровень в бутылках станет одинаковым (принцип сообщающихся сосудов).

Когда уровень воды в бутылках стал одинаковым, разность потенциалов стала равна нулю, т.е. электродвижущая сила (ЭДС) равна нулю и наш шарик остаётся на месте.

Что такое ЭДС

Что такое ЭДС, думаете Вы? Сейчас расскажу!

Электродвижущая сила (ЭДС) тоже измеряется в Вольтах, как и напряжение.

Давайте возьмём прибор, который измеряет вольты (вольтметр), батарейку и произведём замер.

Прибор показывает 1,5 Вольта и это не напряжение, а электродвижущая сила (ЭДС).

А теперь подключим к батарейке лампочки.

Измерение напряжения на различных участках электрической цепи.

Заметили, что на одной лампочке напряжение (не ЭДС) составляет 1 Вольт, а на другой 0,3 вольта

Напряжение на лампочках зависит от их мощности.Мощность измеряется в Ваттах.

 Мощность= Напряжение * ток (P=U*I)

Чем больше мощность лампочки, тем больше будет на ней напряжение.

Если батарейка у нас 1,5 вольта= 1 Вольт +0,3 Вольта= 1,3 Вольта, куда делись 0,2 Вольта? У батарейки есть тоже своё внутреннее сопротивление, вот туда они и ушли.

Подводим ИТОГИ:

Что такое электродвижущая сила (ЭДС)- это физическая величина, которая характеризует работу сторонних сил в источниках тока (батарейки, генераторы и т.д). ЭДС показывает нам работу источника тока по переносу заряду через всю цепь.

А напряжение показывает нам работу по переносу заряда на участке цепи.

Что такое напряжение простыми словами — это  внешняя сила, которая перемещает  наш с вами шарик в показанном примере выше.

А в электричестве — это сила, которая перемещает электроны от одного атома к другому.

Приведу ещё один пример, что такое электрическое напряжение :

Представьте, что вы можете поднять камень весом 50 кг, т.е Ваша подъёмная сила равна 50 кг (в электричестве это электродвижущая сила). Идетё вы и на пути у вас лежит камень массой 20 кг, вы берёте его и несёте 10 метров. Вы затратили определённую энергию по переносу этого камня  (в электричестве это — напряжение). Следующий камень уже весит 40 кг и чтобы его перенести из одной точки в другую вы затратите больше энергии, чем затратили по переносу камня весом 20 кг. Подъёмная сила (в электричестве-это ЭДС) у Вас всегда одна, но в зависимости от веса камня вы всегда тратите разное количество энергии (в электричестве — это напряжение). Т.е. на каждом отрезке пути у Вас разное напряжение.

Надеюсь вы поняли, что такое электрическое напряжение!

Зависимость тока от напряжения

Давайте вспомним закон Ома

Все помнят, что такое ток, если нет, то прочтите вот эту статью http://svoedelo.net/chto-takoe-tok-prostymi-slovami.html

По формуле видно, что ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению. Т.е. чем больше ток, тем больше и напряжение и наоборот.

Как померить напряжение мультиметром

В этом видео я рассказываю как померить напряжение мультиметром в розетке.

Формула напряжения тока. Как найти, вычислить электрическое напряжение.

 

 

 

Тема: как рассчитать величину напряжения зная ток, сопротивление, мощность.

 

как рассчитать величину напряжения зная ток, сопротивление, мощностьКак известно у электрического напряжения должна быть своя мера, которая изначально соответствует той величине, что рассчитана для питания того или иного электротехнического устройства. Превышение или снижение величины этого напряжения питания негативно влияет на электрическую технику, вплоть до полного выхода ее из строя. А что такое напряжение? Это разность электрических потенциалов. То есть, если для простоты понимания его сравнить с водой, то это примерно будет соответствовать давлению. По научному электрическое напряжение — это физическая величина, показывающая, какую работу совершает на данном участке ток при перемещении по этому участку единичного заряда.

 

Наиболее распространенной формулой напряжения тока является та, в которой имеются три основные электрические величины, а именно это само напряжение, ток и сопротивление. Ну, а формула эта известна под названием закона Ома (нахождение электрического напряжения, разности потенциалов).

 

формула электрического напряжения по закону ома

 

Звучит эта формула следующим образом — электрическое напряжение равно произведению силы тока на сопротивление. Напомню, в электротехнике для различных физических величин существуют свои единицы измерения. Единицей измерения напряжения является «Вольт» (в честь ученого Алессандро Вольта, который открыл это явление). Единица измерения силы тока — «Ампер», и сопротивления — «Ом». В итоге мы имеем — электрическое напряжение в 1 вольт будет равно 1 ампер умноженный на 1 ом.

 

 

 

 

Помимо этого второй наиболее используемой формулой напряжения тока является та, в которой это самое напряжение можно найти зная электрическую мощность и силу тока.

 

как вычислить напряжение зная мощность и силу тока формула

 

Звучит эта формула следующим образом — электрическое напряжение равно отношению мощности к силе тока (чтобы найти напряжение нужно мощность разделить на ток). Сама же мощность находится путем перемножения тока на напряжение. Ну, и чтобы найти силу тока нужно мощность разделить на напряжение. Все предельно просто. Единицей измерения электрической мощности является «Ватт». Следовательно 1 вольт будет равен 1 ватт деленный на 1 ампер.

 

Ну, а теперь приведу более научную формулу электрического напряжения, которая содержит в себе «работу» и «заряды».

 

формула напряжения электрического работа и заряд

 

В этой формуле показывается отношение совершаемой работы по перемещению электрического заряда. На практике же данная формула вам вряд ли понадобится. Наиболее встречаемой будет та, которая содержит в себе ток, сопротивление и мощность (то есть первые две формулы). Но, хочу предупредить, что она будет верна лишь для случая применения активных сопротивлений. То есть, когда расчеты производятся для электрической цепи, у которой имеется сопротивления в виде обычных резисторов, нагревателей (со спиралью нихрома), лампочек накаливания и так далее, то приведенная формула будет работать. В случае использования реактивного сопротивления (наличии в цепи индуктивности или емкости) нужна будет другая формула напряжения тока, которая учитывает также частоту напряжения, индуктивность, емкость.

 

ps smail

P.S. Формула закона Ома является фундаментальной, и именно по ней всегда можно найти одну неизвестную величину из двух известных (ток, напряжение, сопротивление). На практике закон ома будет применяться очень часто, так что его просто необходимо знать наизусть каждому электрику и электронику.

 

чему равно напряжение, как найти сопротивление нагрузки

В наши дни электричество играет в жизни человека очень большую роль, в следствие чего базовые знания в области физики и электротехники нужны практически каждому. Напряжение является одной из главных физических величин, которая позволяет объяснить теорию возникновения электрического поля и методы подбора оптимального сечения кабеля для применения его в повседневной жизни.

Что такое напряжение в сети электричества.

Напряжение – это физическая величина, которая характеризует электрическое поле. Иными словами, оно показывает, какую работу оно совершает при перемещении одного положительного заряда на определённое расстояние.

Показатель напряжения на вольтметре

За единицу напряжения в международной системе принимается такой показатель на концах проводника, при котором заряд в 1 Кл совершает работу в 1 Дж для перемещения его по этому проводнику. Общепринятой единицей измерения напряжения считается 1 В – Вольт.

Важно! Работа измеряется в Джоулях, заряды в Кулонах, а напряжение в Вольтах, следовательно, 1 Вольт равняется 1 Джоулю, деленному на 1 Кулон.

Чему равно напряжение.

Напряжение напрямую связано с работой тока, зарядом и сопротивлением. Чтобы измерить напряжение непосредственно в электрической цепи, к ней нужно подключить вольтметр. Он присоединяется к цепи параллельно, в отличие от амперметра, который подключается последовательно. Зажимы измерительного прибора крепятся к тем точкам, между которыми нужно вычислить напряжение. Чтобы он правильно показал значение, нужно включить цепь. На схемах вольтметр обозначается буквой V, обведенной в кружок.

Изображение вольтметра и электрической цепи

Напряжение обозначается латинской [U], а измеряется в [В]. Оно равно работе, которое совершает поле при перемещении единичного заряда. Формула напряжения тока – это U = A/q, где A – работа тока, q – заряд, а U – само напряжение.

Обратите внимание! В отличие от магнитного поля, где заряды неподвижны, в электрическом поле они находятся в постоянном движении.

Электрическое поле

Формула закона Ома

Свои опыты Ом направлял на изучение такой физической величины, как сопротивление, в результате чего в 1826 году он стал автором закона, который не потерял совей актуальность вплоть до сегодняшнего дня. Из своих опытов Ом вывел, что в различных цепях сила тока может возрастать с различной скоростью, и происходит это по мере увеличения напряжения.

Также, Ом сделал вывод, что каждый проводник обладает индивидуальными свойствами проводимости.

Сопротивление обозначается заглавной латинской [R] и измеряется в Омах. Сопротивление – физическая величина, характеризующая свойства проводника оказывать влияние на идущий по нему ток. Оно прямо пропорционально напряжению  в сети и обратно пропорционально  силе тока. В виде формулы данный закон можно записать как R = U/I, где U – напряжение, а I – сила тока. 1 Ом равняется 1 Вольту, деленному на 1 Ампер.

Запомните! Реостат – прибор, обеспечивающий возможность изменять сопротивление. Прежде всего, он влияет на показатель R в цепи, а, следовательно, на 2 другие величины, описанные в законе Ома. Силу тока может помочь определить амперметр.

Ползунковый реостат

Из формулы закона Ома можно вывести практически любую зависимость, связанную с электричеством. Также, существует понятие удельного сопротивления проводника – физической величины, которая демонстрирует, каким сопротивлением будет обладать проводник из определенного вещества. Обозначается эта величина буквой ρ и через неё можно также найти сопротивление в цепи как произведению удельного сопротивления и длины проводника, деленного на площадь его поперечного сечения.

Важно! В виде формулы нахождение сопротивления через удельное сопротивление выглядит так: R = ρ*(l/S), где l – длина проводника, а S – площадь поперечного сечения.

Физический смысл удельного сопротивления показывает, какое влияние будет оказывать проводник длиной в 1 м с площадью поперечного сечения в 1 квадратный мм, изготовленный из определенного вещества. Измеряется в Омах, умноженных на метр: [ρ] = [Ом*м].

Ом и формула

Как найти сопротивление нагрузки

Сопротивление нагрузки обозначается латинскими буквами Rn или Rн. По сути, это является тем же сопротивлением участка цепи и вычисляется также по формулам закона Ома. Нагрузка обозначается символами, которые на электрической схеме изображаются в виде крестиков в кружке – лампочкой; то есть двигатель, лампа, конкретный прибор и т. д.

Каждая нагрузка имеет своё собственное сопротивление. Например, если к сети подключена одна лампочка, то сопротивление нагрузки – показатель этого единственного прибора в цепи. Если к цепи подключено несколько нагрузок, то сопротивление считается суммарно для каждой из них.

Сопротивление нагрузки вычисляется в соответствии с законом Ома, то есть Rn = U/I. Если к сети подключено несколько нагрузок, то оно будет рассчитываться следующим образом: сначала находится сопротивление каждой отдельной «лампочки». Далее Rn вычисляется в зависимости от того, какой тип подключения в цепи: последовательное или параллельное. При параллельном 1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/Rn, где n –количество подключенных приборов. Если же соединение последовательное, общее R равно сумме всех R цепи.

Последовательное/параллельное соединения

Как найти с помощью формулы напряжение

Людей, интересующихся электричеством и физикой, всегда волнует вопрос, как найти напряжения, если известны другие характеристики. Его можно найти через многие формулы: в соответствии с законом Ома, через работу тока, путём сложения всех напряжений в электрической цепи и практическим способом – с помощью вольтметра. Как вычислить показатель с помощью последнего способа было описано выше.

Важно! В цепях с последовательным соединением общее напряжение – сумма значений каждой нагрузки. При параллельном соединении общее напряжение равно значению каждой лампочки, у которых оно также эквивалентно.

Измерение напряжения

По каким формулам вычисляется напряжение через работу и сама сила тока, рассказывают на уроках физики, так как эти величины считаются базовыми. Работа тока равна произведению напряжения и заряда: A = U*q. Также, из этой формулы выводится A = U*I*t, так как заряд – произведение силы тока и времени. Из них следует, что U = A/q или U = A/(I*t). Кроме того, одной из основных является формула напряжения, выведенная из закона Ома: U = R/I.

Важно! Определить напряжение можно и через мощность электрического тока. Мощность [P] равна A/t, и, так как A = U*I*t, конечная формула выглядит, как P = (U*I*t)/t. Здесь t сократится, и останется P = U*I, из которой следует, что U = P/I.

Как найти силу тока через сопротивление и напряжение

Сила тока обозначается латинскими [I] или [Y], и она зависит от количества заряда, перенесенного от одного полюса к другому за определенный промежуток времени, т.е. I = q/t. Измеряется сила тока в амперах, а узнать её значение в цепи можно при помощи амперметра.

Мужчина считает силу тока

Существуют формулы определения силы тока через напряжение и сопротивление. В первом случае произведение силы тока на время равняется работе, деленной на напряжение: I*t = A/U, во втором – по закону Ома, I = U/R. Через мощность сила будет равняться P/U.

При последовательном соединении, сила тока одинакова на всех участках цепи, следовательно, равна общему значению в цепи. В противоположном случае сила электрического тока равняется сумме силы тока всех нагрузок.

Таким образом, существует огромное множество формул для нахождения силы тока, напряжения и сопротивления. Они всегда могут пригодиться для теории, а на практике всегда помогут специальные приборы – амперметр и вольтметр.

сопротивления через силу тока и напряжение

Электротехника как область науки, занимающаяся использованием электроэнергии, в том числе ее получением, распределением и учетом, оперирует значениями тока, напряжения, мощности и сопротивления. Это основные величины. Кроме этого, имеется множество других характеристик и понятий, но в рамках данной статьи будут рассматриваться именно эти основополагающие понятия.

Многообразие устройств электротехники

Многообразие устройств электротехники

Электрический ток

Согласно определению, ток представляет собой упорядоченное движение заряженных частиц в среде. Такими частицами могут быть свободные электроны или ионы, частицы вещества, в которых число протонов в ядре не равно количеству электронов, то есть имеющие определенный заряд, положительный или отрицательный. Электроток может быть постоянный или переменный.

Электрическое напряжение

Электрическое напряжение – это разность потенциалов на противоположных участках цепи. Точное определение понятия подразумевает работу по переносу электрического заряда между участками цепи.

Сопротивление

Любой проводник в цепи препятствует прохождению через себя тока. Данная характеристика определяет такую физическую величину, как сопротивление. Исходя из величины сопротивления, все вещества относят к проводникам или изоляторам. Точная граница весьма расплывчата, поэтому при некоторых условиях некоторые вещества можно отнести как к изоляторам, так и к проводникам. Участок электросхемы может иметь элемент с определенным значением величины, который именуется резистор.

Резисторы различных типов

Резисторы различных типов

Мощность

Скорость преобразования, передачи и потребления электрической энергии определяется мощностью.

Взаимосвязь параметров электрической цепи

Все параметры любой электрической цепи строго взаимосвязаны, поэтому в любой момент времени можно точно определить величину любого из них, зная остальные.

К сведению. Основополагающий закон, по которому производится большинство расчетов, – закон Ома, согласно которому сила тока обратно пропорциональна его сопротивлению и прямо пропорциональна приложенной разности потенциалов.

Закон Ома и его основатель

Закон Ома и его основатель

Формула напряжения тока закона Ома выглядит следующим образом:

I=U/R.

Так, цепь с большим напряжением пропускает больший ток, а при одинаковом напряжении ампераж будет больше там, где меньше сопротивление.

Принятые обозначения в формуле расчета напряжения и тока понятны во всем мире:

  • I – сила тока;
  • U – напряжение;
  • R – сопротивление.

Путем простейшего математического преобразования находится формула расчета сопротивления через силу тока и напряжение.

Кроме закона Ома, используется формула расчета мощности:

P=U∙I.

Символом P здесь обозначена мощность тока.

Любая схема может содержать участки, где имеется последовательное соединение, или есть элемент, подключенный параллельно. Расчеты при этом усложняются, но базовые формулы остаются одинаковыми.

Единицы измерения в формуле

Невозможно выполнять расчеты или измерения, не зная, какими величинами оперировать. Общепринятые обозначения, согласно международной системе измерения СИ:

  • Напряжение – Вольт. Обозначается символом В или V в англоязычной литературе;
  • Сила тока – Ампер. Обозначается символом А;
  • Электрическое сопротивление – Ом. Используется обозначение Ом или Ohm;
  • Электрическая мощность – Ватт. Обозначается как Вт или W.

Как работает закон в реальной жизни

Используя совместно формулу расчета мощности и закон Ома, можно производить вычисления, не зная одной из величин. Самый простой пример – для лампы накаливания известны только ее мощность и напряжение. Применяя приведенные выше формулы, можно легко определить параметры нити накаливания и ток через нее.

Лампа накаливания

Лампа накаливания

Сила тока формула через мощность:

I=P/U;

Сопротивление:

R=U/I.

Такой же результат можно найти из мощности, не прибегая к промежуточным расчетам:

R=U2/P.

Аналогично можно вычислить любую величину, зная только две из них. Для упрощения преобразований имеется мнемоническое отображение формул, позволяющее находить любые величины.

Правило для запоминания расчетов

Правило для запоминания расчетов

Внимательно посмотрев на формулы, можно заметить, что, если уменьшить напряжение на лампе в два раза, ожидаемая мощность не снизится аналогично в два раза, а в четыре, согласно формуле:

P=U2/R.

Это довольно распространенная ошибка среди далеких от электротехники людей, которые неправильно соотносят мощность и напряжение, а также их действие на остальные параметры.

Кстати. Сила тока, найденная через сопротивление и напряжение, справедлива как для постоянного, так и для переменного тока, если в ней не используются такие элементы, как конденсатор или индуктивность.

Облегчить расчеты можно, используя онлайн калькулятор.

Пример с обычной водой

Существуют вещества, которые можно отнести одновременно к проводникам и изоляторам. Самый простой пример – обыкновенная вода. Дистиллированная вода является хорошим изолятором, но наличие в ней практически любых примесей делает ее проводником. Особенно это относится к солям различных металлов. При растворении в воде соли диссоциируются на ионы, их наличие – прямой повод для возникновения тока. Чем больше концентрация солей, тем меньшим сопротивлением будет обладать вода.

Зависимость сопротивления воды от содержания солей

Зависимость сопротивления воды от содержания солей

Для наглядности можно взять дистиллированную воду для приготовления электролита для автомобильных аккумуляторных батарей.  Опустив щупы омметра в воду, можно увидеть, что его показания велики. Добавление всего нескольких кристаллов поваренной соли через некоторое время вызывает резкое уменьшение сопротивления, которое будет тем меньше, чем больше соли перейдет в раствор.

По какой формуле определяется напряжение

Использование той или иной формулы напряжения электрического тока для вычисления зависит от того, какие величины известны:

  • Ток и сопротивление – U=I∙R;
  • Ток и мощность – U=P/I;
  • Мощность и сопротивление – U=√P∙R

Различные используемые величины

Кроме основных величин: вольт, ампер, ом, ватт, используют кратные, большие или меньшие. Для обозначений применяют соответствующие приставки:

  • Кило – 1000;
  • Мега – 1000000;
  • Гига – 1000000000;
  • Милли – 0.001.

Таким образом, получается:

  • Киловольт (кВ) – тысяча вольт;
  • Мегаватт (Мвт) – миллион ватт;
  • Миллиом (мОм) – одна тысячная Ом;
  • Гигаватт (ГВт) – тысяча мегаватт или миллиард ватт.

Как найти напряжение

Формула нахождения напряжения как разности потенциалов в электрическом поле:

U=ϕA-ϕB, где ϕAи ϕB – потенциалы в точках А и В, соответственно.

Также можно записать напряжение как работу по переносу единицы заряда из точки А в точку В в электрическом поле:

U=A/q, где q – величина заряда.

Работа тем больше, чем выше напряженность электрического поля Е, то есть сила, действующая на неподвижный заряд.

Потенциальную энергию заряда в электростатическом поле называют электростатический потенциал.

Гидравлическая аналогия

Чтобы легче усвоить законы электрических цепей, можно представить себе аналогию с гидравлической системой, в которой соединение насоса и трубопроводов образует замкнутую систему. Для этого нужны следующие соответствия:

  • Источник питания – насос;
  • Проводники – трубы;
  • Электроток – движение воды.

Без особых усилий становится понятнее, что чем меньше диаметр труб, тем медленнее по ним движется вода. Чем мощнее насос, тем большее количество воды он способен перекачать. При одинаковой мощности насоса уменьшение диаметра труб приведет к снижению потока воды.

Гидравлическая аналогия

Гидравлическая аналогия

Измерительные приборы

Для измерения параметров электрических цепей служат измерительные приборы:

  • Вольтметр;
  • Амперметр;
  • Омметр.

Наиболее часто используется класс комбинированных устройств, в которых переключателем выбирается измеряемая величина – ампервольтомметры или авометры.

Один из самых распространенных авометров

Один из самых распространенных авометров

Типичные напряжения

Для стандартизации и возможности использования различного оборудования в быту и технике применяются электрические сети со стандартными значениями:

  • Бытовая сеть –220В;
  • Бортовая сеть автомобиля – 12 или 24В;
  • Батареи и аккумуляторы – 1.5, 3 или 9В.

Потенциал Гальвани

В электрохимии используется понятие потенциала Гальвани, который означает разность потенциала между различными фазами вещества, например, между электродом и электролитом, между электродами из разнородных металлов.

Видео

Как определить напряжение линий электропередач: простые способы

Узнайте, как определить напряжение ЛЭП по внешнему виду, количеству изоляторов, маркировке и другим параметрам. Общая классификация ЛЭП по напряжению.

Если вы любитель загородных прогулок и пикников, а охота и рыбалка – ваша страсть, велика вероятность, что когда-нибудь вы попадёте под опасное напряжение в зоне ЛЭП. Ведь к определённым электрическим магистралям, вообще, не стоит приближаться. Для электрика определение напряжения — задача несложная. Как же непрофессионалу узнать, какое напряжение в линии электропередач опасно для жизни и здоровья? Ниже мы расскажем читателям сайта Сам Электрик, как определить напряжение ЛЭП по внешнему виду, количеству изоляторов и другим параметрам.

Содержание:

Классификация ВЛ

По напряжению ЛЭП могут быть:

  1. Низковольтными, на 0,4 киловольта, передающими электроэнергию в пределах небольших населённых пунктов.
  2. Средними, на 6 или на 10 киловольт, передающими электричество на расстояние менее 10 км.
  3. Высоковольтными, на 35 киловольт, для электроснабжения небольших городов или посёлков.
  4. Высоковольтными, на 110 киловольт, распределяющими электричество между городами.
  5. Высоковольтными, на 150 (220, 330, 500, 750) кВ, передающими энергию на дальние расстояния.

Самое высокое напряжение на ЛЭП составляет 1150 киловольт.

Безопасные расстояния

Правилами охраны труда на каждое напряжение ЛЭП определяются минимальные расстояния до проводящих ток частей. Сокращать эту дистанцию запрещено.


Определение напряжения по внешнему виду

Следующий этап — определение мощностей ВЛ.

Как же узнать напряжение на ЛЭП по её внешнему виду? Легче всего это сделать по количеству проводов и по числу изоляторов. Самый простой способ — определение по изоляторам.

Существуют ВЛ разных классов напряжения. Рассмотрим поочередно каждую.

ЛЭП на 0,4 киловольта (400 Вольт) — низковольтные, встречающиеся во всех населенных пунктах. В них всегда используются штыревые изоляторы из фарфора или стекла. Опоры изготавливают из железобетона или дерева. В однофазной линии два провода. Если фазы три, проводников будет четыре и более.

Далее идут ЛЭП на 6 и 10 киловольт. Визуально они неотличимы друг от друга. Здесь всегда по три провода. В каждом используется два штыревых фарфоровых или стеклянных изолятора или один, но большего номинала. Используются эти трассы для подведения питания к трансформаторам. Минимальное расстояние до частей, проводящих ток, здесь составляет 0,6 м.

Часто в целях экономии совмещают подвеску проводников 0,4 и 10 кВ. Охранной зоной таких трасс является расстояние 10 м.

В ЛЭП на напряжение 35 кВ, используются подвесные изоляторы в количестве от 3 до 5 штук в гирлянде к каждому из трёх фазных проводов.

Обычно такие воздушные магистрали через территорию городов не проходят. Допустимым считается расстояние – 0,6 м, а охранная зона определяется 15 метрами. Опоры должны быть железобетонными или металлическими, с разнесенными друг от друга на допустимое расстояние проводниками, несущими ток.

В ЛЭП на напряжение 110 кВ монтаж каждого из проводов осуществляется на отдельной гирлянде из 6-9 подвесных изоляторов. Минимально близким к проводникам, является расстояние в 1 метр, а охранная зона определяется 20 метрами.

Материалом для опоры служит железобетон или металл.

Если напряжение 150 кВ, применяют 8-9 подвесных изоляторов на каждую гирлянду в ЛЭП. Расстояние 1,5 м до проводников тока считается в этом случае минимальным.

Когда напряжение 220 кВ, число используемых изоляторов находится в пределах от 10 до 40 единиц. Фаза передаётся по одному проводу.

Линии используют для подведения электроэнергии к крупным подстанциям. Наименьшее расстояние приближения к проводникам составляет 2 м. Величина охранной зоны – 25 м.

В последующих классах высоковольтных ЛЭП появляется отличие по числу проводов на фазу.

Если произведен монтаж двух проводников на одну фазу, а изоляторов в гирляндах по 14, перед вами магистраль 330 кВ.

Минимальным расстоянием до токоведущих частей в ней считается 3,5 м. Необходимое увеличение охранной зоны до 30 м. Материалом для опор служит железобетон или метал.

Если фаза расщепляется на 2-3 проводника, а подвесных изоляторов в гирляндах по 20, то напряжение ВЛ составляет 500 кВ.

Охранная зона в этом случае ограничивается 30 метрами. Опасной считается дистанция менее 3,5 м до проводов.

В случае разделения фазы на 4 или 5 проводников, соединение которых кольцевое или квадратное, и присутствия в гирляндах 20 и более изоляторов, напряжение ВЛ составляет 750 кВ.

Охранная территория таких трасс — 40 м, а приближение к токопроводящим частям ближе 5 м опасно для жизни.

В России есть единственная в мире ЛЭП, напряжение которой 1150 кВ. Фазы в ней делятся на 8 проводов каждая, а в гирляндах присутствуют 50 и более изоляторов.

К этой трассе не стоит приближаться более чем на 8 метров. Увидеть такую высоковольтную линию можно, например, на участке магистрали «Сибирь – Центр».

Получить подробную информацию о любой ВЛ, её местоположении можно на интерактивной карте в сети интернет.

Маркировка на опорах

Возможно определение мощности ВЛ по маркировкам, нанесенным непосредственно на опоры. Первыми в такой записи идут заглавные буквы, означающие класс напряжения:

  • Т — 35 кВ,
  • С – 110 кВ,
  • Д – 220 кВ.

Через тире пишут номер линии. Следующая цифра – порядковый номер опоры.


Сети железных дорог

Около 7% электроэнергии, вырабатываемой на электростанциях России, передаётся по трассам ВЛ на объекты ЖД. В целом, длина железнодорожного полотна составляет 43 тысячи километров. Из них 18 тысяч км питаются постоянным током напряжением в 3 000 Вольт, а остальные 25 тысяч км работают на переменном токе напряжением в 25 000 Вольт.

Энергия электрифицированных дорог используется не только для движения поездов. Ею питают промышленные предприятия, населенные пункты, другие объекты недвижимости, расположенные вдоль железных дорог или в непосредственной близости к магистралям. По статистике, более половины электроэнергии контактной сети ЖД расходуется на электроснабжение объектов, не включенных в транспортную инфраструктуру.

Заключение

После того, как удалось выяснить, как по количеству изоляторов можно определить напряжение на ЛЭП, осталось понять, насколько можно доверять такому способу.

Климатические условия на территории России довольно разнообразны. Например, умеренно континентальный климат в Москве значительно отличается от влажных субтропиков Сочи. Поэтому, ВЛ одинакового класса напряжения, расположенные в различных климатических и природных условиях, могут отличаться друг от друга и по типу опор, и по количеству изоляторов.

В случае комплексного анализа по всем критериям, предложенным в статье, определение напряжения ЛЭП по внешним признакам будет довольно точным. А вот каким может быть напряжение в конкретной высоковольтной магистрали, со 100% точностью вам подскажут местные энергетики.

Материалы по теме:

  • Причины потерь электроэнергии на больших расстояниях
  • Что такое электрическое поле
  • Шаговое напряжение и пути его преодоления

Опубликовано: 12.11.2019 Обновлено: 12.11.2019 нет комментариев
основные понятия, нахождение через силу тока и сопротивление

Формула расчёта напряжения При проектировании схем различных устройств радиолюбителю необходимо производить точные расчеты c помощью измерительных приборов и формул. В электротехнике используются формулы для вычислений величин электричества (формулы напряжения, сопротивления, силы тока и так далее).

Общие сведения об электрическом токе

Электрическим током является процесс движения заряженных частиц (свободных электронов), имеющий вектор направленности. Частицы перемещаются под действием напряженности электрического поля, имеющей векторное направление. Это поле совершает работу по перемещению этих частиц. Влияют на работу электрического поля сила тока, напряжение и сопротивление.

Физический смысл

Физический смыслПод физическим смыслом понимается работа тока на участке, соотносящаяся с величиной заряда. Положительный заряд перемещается из одной точки, обладающей одним потенциалом, в другую, причем потенциал в этой точке отличается от предыдущего. В результате этого и возникает разность потенциалов, именуемая напряжением или ЭДС (электродвижущей силой).

Для полного понимания этого физического процесса и выяснения физического смысла напряжения необходимо провести аналогию с трубой. Допустим, труба наполнена водой и к ней прикручен кран для слива воды. Эта труба также оборудована краном для заливания воды с помощью мощного насоса.

Для демонстрации аналогии нужно открыть кран полностью, вода начнет выливаться и можно сделать вывод о незначительном давлении. Во втором случае спускной кран открыт не полностью и происходит набор воды при помощи насоса. В трубе создается давление и напор усиливается. Насос, создающий давление, и является в этом примере напряженностью электрического поля.

Электричество, если его не контролировать и не знать о пагубном влиянии на организм человека, способно создать множество проблем начиная от сгорания приборов и пожаров, и заканчивая угрозой жизни и здоровью человека. Техника безопасности очень важна в любой сфере.

Пагубное влияние на человека

Электричество очень опасно и является причиной несчастных случаев. Радиолюбители подвержены риску поражения электрическим током довольно часто. Некоторые радиолюбители пробуют наличие напряжения пальцами и пренебрегают техникой безопасности. Большинство из них считает опасным для жизни напряжение от 500 В, а 110 и 220 — не наносящими вреда здоровью. Удары от маломощных источников тока (маломощный силовой трансформатор, конденсатор), по их мнению, являются неопасными.

Согласно технике безопасности при работах с электричеством, они ошибаются, но есть и другая сторона этого вопроса: организм каждого человека индивидуален, обладает разными параметрами. Из этого утверждения следует, что смертельные характеристики электричества (напряжение и ток) индивидуальны для каждого человека. Одних может ударить 36 В, а других не пробивает и 220 В.

Действие электричества на организм человека зависит от нескольких факторов: силы и частоты, времени и пути прохождения через организм, сопротивления организма или участка тела, по которому протекает ток.

Пагубное влияние на человекаИсследованиями ученых установлено, что величина смертельного тока, поражающего сердце, составляет более 100 мА. Токи от 50 мА до 100 мА вызывают потерю сознания при кратковременном касании к поверхности, которая проводит ток. Токи до 50 мА могут стать причиной травм, например, падения с лестницы, выпускания из рук токоведущего проводника и т. д.

Влияние на фактор поражения еще оказывает и сопротивление тела человека. Сопротивление для каждого индивида определить сложно и диапазон его составляет от 30 кОм до 200 кОм. Эта величина зависит от множества факторов: толщины кожи, влажности тела и окружающей среды, усталости, нервно-эмоционального состояния, болезни и других факторов. Сопротивление резко уменьшается при повышенной влажности воздуха и работе на влажных участках.

Формула расчета напряжения, опасного для жизни, предполагая, что Rч = 2кОм и I = 60 мА, выглядит так: U = I * R = 0,06 * 2000 = 120 В. В этой ситуации опасным напряжением можно считать 120 В и выше.

Частота тока является еще одной опасной характеристикой, обладающей поражающим действием. При увеличении частоты опасность уменьшается прямо пропорционально. Ток оказывает и тепловое действие, поэтому считать высокочастотные токи безопасными нельзя.

Травмы, происходящие из-за электричества, называются электротравмами. Каждая из них несет в себе меньшую или большую опасность. Наиболее опасными являются травмы, полученные от электрической дуги, которая обладает высокой температурой от 5 тыс. до 12 тыс. градусов по Цельсию. Виды электрических травм:

  1. Формула расчета напряженияЭлектрические ожоги происходят при тепловом воздействии на ткани организма человека, по которым течет ток.
  2. Обожженные участки на коже возникают при прямом контакте ее с токоведущей частью проводника. Пораженный участок приобретает серый или бледно-серый цвет.
  3. Металлизация кожи — пропитывание кожи частицами металла при коротком замыкании или сварке.
  4. Механические повреждения — самопроизвольная судорога мышц, приводящая к падению. При падении происходят переломы, ушибы вывихи суставов и т. д.
  5. Электроофтальмия — воспаление слизистой оболочки глаз при воздействии излучения электрической дуги.

Существует еще один вид поражения — электрический удар. Этот вид поражения можно условно разделить на 5 групп: без потери сознания; с потерей сознания, связанной с нарушением сердечной деятельности или без нее; клиническая смерть и электрический шок.

Единицы измерения

Работа электрического поля по перемещению заряда измеряется в Дж (Джоуль), заряд в Кл (кулон). Вот, как обозначается напряжение или его единица измерения: отношение этих величин (работа по перемещению в Дж к электрическому заряду в Кл) и является разностью потенциалов, измеряется в вольтах (В) и обозначается U. Разность потенциалов бывает:

  1. Переменной (амплитуда и полярность изменяются с течением времени, в зависимости от характерной частоты).
  2. Постоянной (имеет постоянное значение амплитуды и полярность есть величина постоянная).

А также у единиц измерения есть приставки, например, кВ (Киловольт = 1000В) и МВ (мегавольт = 1000000В). Существуют о совсем низкие значения, например, мВ (милливольт = 0,001В).

Цепи переменного и постоянного тока

Цепи переменного и постоянного токаВ цепях постоянного и переменного тока U обладает различными свойствами и производит иные влияния на проводники. Для постоянного напряжения существуют законы по вычислению его характеристик, но для переменного способы вычисления показателей заметно отличаются. Разберем более подробно все различия и сходства.

Расчет и анализ цепей выполняется при помощи закона Ома: сила тока полной цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сумме сопротивлений цепи и источника питания.

Следствие из закона при условии пренебрежения внутренним сопротивлением источника электричества: сила тока участка цепи прямо пропорциональна ЭДС и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка.

Запись закона Ома, из которого следует формула напряжения, тока и сопротивления: I = U / (Rц + Rвн), где I — сила тока, U — ЭДС, Rц — сопротивление цепи, Rвн — внутреннее сопротивление источника питания.

Формула силы тока через сопротивление и напряжение: I = U / Rц.

Формула напряжения электрического тока: U = I * Rц.

Для расчета мощности необходимо U умножить на I: P = U * I = U * U / R, где P — мощность.

Переменное однофазное напряжение

В цепях для переменного тока происходят совершенно другие явления и процессы, для них справедливы другие законы. Различают такие основные виды:

  1. Переменное однофазное напряжениеМгновенное (разность потенциалов в конкретный промежуток времени: u = u (t)).
  2. Амплитудное значение (максимальное значение мгновенного U в момент времени: u (t) = Uм * sin (wt + f), где w — угловая частота, t — конкретный момент времени и f — угол начальной фазы напряжения).
  3. Среднее значение (для синусоиды равно нулю).
  4. Среднеквадратичное — Uq (U за весь период колебаний и для синусоиды имеет вид: Uq = 0,707 * Uм).
  5. Средневыпрямленное — Uv (среднее значение модуля U: Um примерно равно 0,9 * Uq).

В цепях 3-фазного тока различают 2 вида напряжений: линейное (фаза-фаза) и фазное (фаза-ноль). При соединении в цепь «треугольником» фазное и линейное U равны. В случае соединения «звездой» — фазное в 1,732050808 раз меньше линейного.

Рекомендации по выбору прибора

Для расчетов необходимо измерять значения величин электричества. Существуют специальные приборы, которые помогают произвести точные расчеты. Для измерения разности потенциалов применяют вольтметр.

Вольтметр (вольт — единица измерения ЭДС, метр — измеряю) — прибор для измерения ЭДС в цепи, подключаемый параллельно участку, на котором необходимо провести замер.

Для конкретного случая необходимо применять тот или иной прибор. Для более точных расчетов приобретаются приборы с высоким классом точности. Классификация вольтметров:

  1. Принцип действия: электромеханические (стрелочные) и электронные.
  2. Назначение: постоянного и переменного тока, импульсные, селективные и универсальные.
  3. Конструктивное исполнение: щитовые, переносные и стационарные.

Аналоговый электромеханический вольтметр имеет большие погрешности измерений в высокоомных цепях, но отлично зарекомендовал себя в низкоомных цепях и возможностью модернизации (увеличение значений измерения U за счет добавочного резистора).

Рекомендации по выбору прибораВыпрямительный вольтметр обладает более высоким классом точности. Состоит из самого измерительного прибора (обладает чувствительностью к постоянному току) и выпрямительного устройства. Они получили не очень широкое распространение из-за высоких погрешностей, и применяются в качестве сигнальных приборов (примерное значение U).

Цифровые вольтметры применяются в комбинированных приборах-мультиметрах. Поступающее напряжение на клеммы (измерительные щупы) прибора преобразовывается в сигнал при помощи аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Происходит отображение на цифровом табло. Этот вид приборов получил широкое применение благодаря высокой точности и универсальности.

Импульсный вольтметр необходимо применять при измерении амплитуд импульсных сигналов и одиночных импульсов.

Основным применением фазочувствительных вольтметров является измерение квадратурных составляющих комплексного напряжения (наличие мнимой и действительной частей) первичной гармоники. Они, как правило, снабжены 2-мя индикаторами для выявления мнимой и действительной частей. Они получили широкое применение в измерении АФХ (амплитудно-фазовая характеристика) для подбора деталей и настройки усилителей.

Для измерения номинала постоянного напряжения используются вольтметры подгруппы В2 (вольтметры для постоянного напряжения), а также В7 (универсальные).

Для определения переменного напряжения необходимо использовать устройства из подгруппы В3 или универсального типа (В7). Однако часто в этих вольтметрах применяются специальные преобразователи из переменного напряжения в постоянное.

Измерение номинала постоянного напряжения В3 и В7 рассчитаны только для определения среднеквадратического гармонического напряжения. В этих электроизмерительных приборах возможно применение детекторов (преобразователей): пикового, выпрямительного и квадратичного. Оптимальным вариантом является вольтметр на квадратичном детекторе, при этом измеряемое значение выдается напрямую без всяких преобразований. Измерительные приборы на пиковых и выпрямительных детекторах пересчитывают значения, тем самым уменьшая точность измерений. Для измерения периодического негармонического напряжения выбирают вольтметр на квадратичном детекторе.

Таким образом, расчет напряжения играет важную роль в электротехнике. Расчеты для переменных и постоянных цепей электрического тока существенно отличаются, в результате чего необходимо определить сначала тип тока, а затем производить расчеты. Но также необходимо соблюдать технику безопасности при работах с электричеством. Ведь ее основные положения основаны на горьком опыте человечества.

Как использовать мультиметр для измерения напряжения, тока и сопротивления

Что такое мультиметр?

Цифровой мультиметр или цифровой мультиметр является полезным измерительным прибором для измерения напряжения, тока и сопротивления, а некоторые измерители имеют средства для тестирования транзисторов и конденсаторов. Вы также можете использовать его для проверки целостности проводов и предохранителей. Если вы любите заниматься своими делами, занимаетесь обслуживанием автомобилей или устраняете неисправности электронного или электрического оборудования, мультиметр — это удобный аксессуар, который можно использовать в вашем домашнем комплекте инструментов.

Если у вас есть какие-либо вопросы, просто оставьте комментарий в конце этого руководства. Также, если вы найдете эту статью полезной, пожалуйста, поделитесь ссылкой на нее в Facebook, Pinterest или других социальных сетях, используя кнопки быстрого доступа.

Спасибо!

Вольт, Ампер, Ом — Что все это значит?

Прежде чем мы научимся использовать мультиметр, нам необходимо ознакомиться с величинами, которые мы собираемся измерять. Самая основная схема, с которой мы столкнемся, — это источник напряжения, который может быть подключен к нагрузке.Источником напряжения может быть батарея или источник питания. Нагрузка может представлять собой прибор, такой как лампочка или электронный компонент, называемый резистором . Схема может быть представлена ​​схемой, называемой схемой . В приведенной ниже цепи источник напряжения V создает электрическое давление, которое заставляет ток I течь вокруг цепи и через нагрузку R. Закон Ома говорит нам, что если мы разделим напряжение V на сопротивление R, измеренное в омах, это дает нам значение тока I в амперах:

V / R = I

Количества и термины, используемые в электротехнике

Вольт

Это давление между двумя точками в электрической цепи.Это может быть измерено на источнике напряжения или других компонентах, подключенных к цепи.

Ампер

Это мера тока, протекающего между двумя точками в электрической цепи.

Ом

Мера сопротивления течению в цепи.

Источник напряжения

Это создает ток в цепи. Это может быть аккумулятор, переносной генератор, электросеть к дому, генератор переменного тока на двигателе вашего автомобиля или настольный источник питания в лаборатории или мастерской.

Груз

Устройство или компонент, который получает питание от источника напряжения. Это может быть электронный резистор, лампа, электронагреватель, двигатель или любой электрический прибор. Нагрузка имеет сопротивление, измеренное в Омах.

Земля

Обычно это точка в цепи, к которой подключен отрицательный вывод батареи или источника питания.

DC

Постоянный ток. Ток течет только одним способом от источника постоянного тока, примером которого является батарея.

AC

переменного тока. Ток течет в одну сторону от источника, переворачивается, а затем течет в другую сторону. Это происходит много раз в секунду со скоростью, определяемой частотой , которая обычно составляет 50 или 60 Гц. Питание в доме осуществляется от сети переменного тока.

Полярность

Термин, используемый для описания направления потока тока в цепи или какие точки являются положительными, а какие отрицательными по отношению к контрольной точке.

Для получения более подробной информации об этих количествах и условиях, обратитесь к моей другой статье:

вольт, ватт, ампер, киловатт-час, что все это значит? — Основы электричества

Что измеряет мультиметр?

Базовый мультиметр облегчает измерение следующих величин:

  • DC напряжение
  • постоянного тока
  • переменное напряжение
  • переменный ток (не все базовые счетчики имеют эту функцию)
  • Сопротивление
  • Непрерывность — указывается зуммером или тоном

Кроме того, счетчики могут иметь следующие функции:

  • Измерение емкости
  • Транзистор HFE или DC, усиление тока
  • Измерение температуры с помощью дополнительного зонда
  • Диодный тест
  • Измерение частоты

Значение, измеренное прибором, отображается на ЖК-дисплее или в шкале.

Как настроить мультиметр для измерения вольт, ампер или ом?

Диапазоны напряжения, тока и сопротивления обычно устанавливаются поворотом диска выбора диапазона. Это установлено для измеряемой величины, например, Вольт переменного тока, вольт постоянного тока, ампер (ток) или ом (сопротивление).

Если счетчик не имеет автоматического выбора диапазона, каждая функция будет иметь несколько диапазонов. Так, например, функциональный диапазон постоянного напряжения будет иметь диапазоны 1000 В, 200 В, 20 В, 2 В и 200 мВ. Использование минимально возможного диапазона дает более значимые цифры в чтении.

Как измерять напряжение

  1. Выключите тестируемую цепь / проводку, если существует опасность закорачивания близко расположенных соседних проводов, клемм или других точек, которые имеют различные напряжения.
  2. Вставьте черный провод заземления в разъем COM на счетчике (см. Фото ниже).
  3. Вставьте красный положительный провод датчика в розетку с маркировкой V (обычно также обозначается греческой буквой «омега» Ω и, возможно, символом диода).
  4. Если счетчик имеет ручку выбора диапазона вручную, поверните его, чтобы выбрать переменный или постоянный ток, и выберите диапазон, чтобы обеспечить необходимую точность.Так, например, измерение 12 вольт в диапазоне 20 вольт даст больше десятичных разрядов, чем в диапазоне 200 вольт.
    Если измеритель работает в автоматическом режиме, поверните циферблат в положение «V» с символом переменного или постоянного тока (см. «Что означают символы на шкале диапазона?» Ниже).
  5. Мультиметр должен быть подключен параллельно в цепи (см. Схему ниже) для измерения напряжения. Таким образом, это означает, что два тестовых зонда должны быть подключены параллельно с источником напряжения, нагрузкой или любыми другими двумя точками, в которых необходимо измерять напряжение.
  6. Прикоснитесь к черному зонду к первой точке цепи / проводки.
  7. Включите оборудование.
  8. Прикоснитесь другим красным щупом ко второй точке испытания. Убедитесь, что вы не перекрываете разрыв между проверяемой точкой и смежной проводкой, клеммами или дорожками на печатной плате.
  9. Снимите показания на ЖК-дисплее.

Примечание. Очень удобен провод с банановой вилкой 4 мм на одном конце и зажимом для крокодилов на другом конце. Зажим Croc может быть подключен к земле в цепи, освобождая одну из ваших рук.

Безопасность прежде всего при измерении напряжения сети!

  1. Перед использованием измерительного прибора для измерения напряжения сети убедитесь, что измерительные провода не повреждены и что нет открытых проводников, к которым можно случайно прикоснуться.
  2. Дважды проверьте , чтобы измерительные провода были подключены к общему разъему и к разъему напряжения цифрового мультиметра (см. Фото ниже), а не к текущему. Это важно, чтобы избежать взрыва счетчика.
  3. Установите шкалу диапазона на измерителе на переменное напряжение и максимальный диапазон напряжения.
  4. Если вы хотите проверить напряжение на розетке, отключите питание с помощью переключателя на розетке. Затем вставьте щупы в розетку. Если в розетке нет переключателя и вы не можете отключить питание, сначала вставьте датчик в нейтральный контакт, прежде чем вставлять датчик в горячий (действующий) контакт розетки. Если вы сначала вставите датчик в горячий (действующий) контакт, а измеритель неисправен, ток может пройти через измеритель к нейтральному датчику. Если вы случайно коснетесь кончика зонда или зонд останется на проводящей металлической поверхности, это может привести к удару.
  5. Зонды с зажимами типа «крокодил» позволяют выполнять подключения при отключенном питании и не требуют фиксации при включенном питании.
  6. Наконец включите выключатель питания и измерьте напряжение.

Идеально купить и использовать счетчик с минимальной защитой CAT III или предпочтительно CAT IV для проверки напряжения сети. Этот тип счетчика будет включать предохранители с высокой разрывной способностью (HRC) и другие внутренние компоненты безопасности, которые обеспечивают самый высокий уровень защиты от перегрузок и переходных процессов в тестируемой линии.Измеритель с меньшей защитой может взорваться, что может привести к травме, если он подключен неправильно или переходное напряжение создает внутреннюю дугу.

Если вы измеряете напряжение на потребительском блоке / блоке выключателя / блоке предохранителей, в этом видео от Fluke Corporation изложены меры предосторожности, которые следует предпринять

Безопасная практика при проведении однофазного измерения

Кроме того, в настоящих правилах безопасности Fluke объясняется опасность скачков напряжения и категории установки перенапряжения

.

Азбука мультиметра безопасности

Автоматические измерители диапазона

Автоматические измерители диапазона определяют величину напряжения и автоматически выбирают диапазон, чтобы получить наибольшее количество значащих цифр на дисплее.Однако вы должны установить режим на сопротивление, вольт или ток, а также подключить выводы датчика к соответствующим разъемам при измерении тока.

Определение действующих или горячих проводов

Бесконтактный детектор напряжения Fluke «VoltAlert ™» является стандартным инструментом в любом наборе инструментов для электриков, но также полезным для домовладельцев. Я использую один из них для определения того, какой проводник находится под напряжением, когда я занимаюсь домашним обслуживанием. В отличие от неонового тестера отвертки (фазового тестера), вы можете использовать один из них в ситуациях, когда токоведущие части / провода окутаны или покрыты изоляцией, и вы не можете вступить в контакт с проводами.Он также полезен для проверки, есть ли перерыв в силовом прогибе и где происходит перерыв.

Примечание. Всегда рекомендуется использовать неоновый тестер для двойной проверки того, что питание отключено при проведении любого технического обслуживания электрооборудования.

Какой мультиметр я должен купить?

В ответ на вопрос Fluke, являющийся ведущим в США производителем цифровых измерительных приборов, порекомендовал модель Fluke 113 для общего применения дома или для обслуживания автомобилей. Это отличный измеритель, который может измерять переменное и постоянное напряжение, сопротивление, проверку целостности цепи и диодов.Измеритель имеет автоматическое регулирование, поэтому диапазоны устанавливать не нужно. Это также измеритель истинного RMS. Он не измеряет ток, поэтому, если вам нужно измерить переменный и постоянный ток, Fluke 115 имеет эту дополнительную возможность.

Альтернативой является модель Fluke 177, которая является высокоточным прибором (точность составляет 0,09% при постоянном напряжении). Я использую эту модель для более точного тестирования и профессионального использования, и она может измерять переменное и постоянное напряжение и ток, сопротивление, частоту, емкость, целостность и диодную проверку.Он также может указывать максимальные и минимальные значения в каждом диапазоне.

Измерение больших токов с помощью токоизмерительного клеща (Tong Tester)

На большинстве мультиметров максимальный диапазон тока составляет 10 или 20 ампер. Было бы нецелесообразно подавать очень большие токи через метр, потому что обычные 4-миллиметровые розетки и измерительные провода не могли бы выдерживать большие токи без перегрева. Вместо этого для этих измерений используются токоизмерительные клещи.

Измерители зажима

(как следует из названия), также известные как тестеры щипцов, имеют подпружиненный зажим, похожий на гигантский вешалка для одежды, которая зажимается вокруг токоведущего кабеля.Преимущество этого состоит в том, что цепь не должна разрываться, чтобы подключить счетчик последовательно, и нет необходимости отключать питание, как в случае измерения тока на стандартном цифровом мультиметре. Измерители токовых клещей используют встроенный трансформатор тока или датчик Холла для измерения магнитного поля, создаваемого протекающим током. Измеритель может быть автономным прибором с жидкокристаллическим дисплеем, который отображает ток, или, в качестве альтернативы, прибор может выводить сигнал напряжения через выводы зонда и 4-мм штекеры типа «банан» на стандартный цифровой мультиметр.Напряжение пропорционально измеренному сигналу, обычно 1 мВ представляет 1 ампер. Измерительные клещи
могут измерять сотни или тысячи ампер.
Чтобы использовать токовый зажим, вы просто зажимаете один кабель. В случае шнура питания или многожильного кабеля необходимо изолировать одно из жил. Если в челюсти заключены два сердечника, несущих один и тот же ток, но в противоположных направлениях (что может быть в случае, если вы зажмете шнур питания), магнитные поля из-за протекания тока погаснут, и показание будет равно нулю.

Как проверить целостность цепи и плавкие предохранители

Мультиметр полезен для проверки разрывов в изгибах приборов, перегоревших нитей в лампах и перегоревших предохранителях, а также отслеживания путей / дорожек на печатных платах

  1. Поверните диск выбора на измерителе в диапазон непрерывности. Это часто обозначается символом, который выглядит как серия дуг окружности ( См. Фото, показывающее символы, используемые на метрах выше).
  2. Подсоедините провода датчика к измерителю, как показано на фотографии ниже.
  3. Если необходимо проверить проводник на плате / провод в приборе, убедитесь, что устройство выключено.
  4. Поместите наконечник зонда на каждом конце проводника или предохранителя, который необходимо проверить.
  5. Если сопротивление составляет менее 30 Ом, прибор показывает это звуковым сигналом или жужжанием. Сопротивление обычно также отображается на дисплее. Если в тестируемом устройстве есть разрыв в непрерывности, на счетчике будет отображаться индикация перегрузки, обычно цифра «1».

Как проверить диоды

Мультиметр можно использовать для проверки наличия короткого замыкания или разомкнутого диода. Диод — это электронный односторонний клапан или обратный клапан , который ведет только в одном направлении. Мультиметр при подключении к рабочему диоду показывает напряжение на компоненте.

  1. Поверните ручку счетчика в положение проверки диода, которое обозначено треугольником с полосой в конце ( см. Фото, показывающее символы, используемые на счетчиках выше).
  2. Подключите щупы, как показано выше.
  3. Прикоснитесь к наконечнику отрицательного датчика к одному концу диода, а к концу положительного датчика — к другому концу.
  4. Когда черный зонд находится в контакте с катодом диода (обычно обозначается полоской, отмеченной на компоненте), а красный зонд контактирует с анодом, диод проводит ток, а измеритель показывает напряжение. Это должно быть около 0,6 В для кремниевого диода и около 0,2 В для диода Шоттки.Когда датчики меняются местами, счетчик должен показывать «1», потому что диод разомкнут и непроводящий.
  5. Если счетчик показывает «1», когда датчики установлены в любом направлении, вероятно, диод неисправен и разомкнут. Если счетчик показывает значение, близкое к нулю, диод замкнут накоротко.
  6. Если компонент находится в цепи, параллельные сопротивления будут влиять на показания, и измеритель может показывать не «1», а значение несколько меньше.

Как измерить мощность и потребляемую мощность прибора с помощью мультиметра

Вт = Вольт х Ток


Таким образом, чтобы измерить мощность в ваттах нагрузки / прибора, необходимо измерить как напряжение на нагрузке, так и ток, проходящий через нее.Если у вас есть два цифровых мультиметра, вы можете измерять напряжение и ток одновременно. В качестве альтернативы сначала измерьте напряжение, а затем отключите нагрузку, чтобы цифровой мультиметр можно было подключить последовательно для измерения тока. Когда измеряется любая величина, измерительное устройство оказывает влияние на измерение. Таким образом, сопротивление измерителя немного уменьшит ток и даст более низкое значение, чем фактическое значение, если измеритель не подключен.

Самый безопасный способ измерить энергопотребление устройства, работающего от сети, — это использовать адаптер питания.Эти устройства подключаются к розетке, а затем устройство подключается к адаптеру, который отображает информацию на ЖК-дисплее. Типичными отображаемыми параметрами являются напряжение, ток, мощность, кВт-ч, стоимость и время, в течение которого прибор был включен (полезно для холодильников, морозильных камер и кондиционеров, которые включаются и выключаются). Вы можете прочитать больше об этих гаджетах в моей статье здесь:

Проверка энергопотребления приборов с адаптером мониторинга энергии

Альтернативный способ безопасного измерения тока, потребляемого электрическим прибором, заключается в изготовлении испытательного провода с использованием короткого отрезка шнура питания с замыкающей розеткой на одном конце и сетевой вилкой на другом.Внутренний нейтральный сердечник шнура питания может быть освобожден и отделен от внешней оболочки, а ток измерен с помощью токоизмерительного прибора или щупа (не снимайте изоляцию!). Другой способ — разрезать нейтральный сердечник, добавить 4-миллиметровые банановые заглушки на каждый из отрезанных концов и вставить их в прибор. Подключайте и настраивайте диапазон на измерителе только при отключенном питании!

Как проверить пиковые напряжения — с помощью адаптера DVA

У некоторых счетчиков есть кнопка, которая устанавливает счетчик на считывание максимального и минимального среднеквадратичного напряжения и / или пикового напряжения (сигнала).Альтернативой является использование DVA или адаптера прямого напряжения. Некоторые компоненты, такие как модули зажигания разряда конденсатора на транспортных средствах, лодках и небольших двигателях, генерируют импульсы, которые различаются по частоте и могут быть кратковременными. Адаптер DVA сэмплирует и удерживает пиковое значение формы сигнала и выводит его в виде напряжения постоянного тока, чтобы можно было проверить компонент на предмет правильности уровня напряжения. Адаптер DVA обычно имеет два измерительных провода в качестве входа для измерения напряжения и два выходных провода с банановыми штекерами или разъем с фиксированными штекерами, подключенными для подключения к счетчику со стандартными разнесенными розетками.Измеритель настроен на высокий диапазон постоянного напряжения (например, 1000 вольт постоянного тока), и адаптер обычно выдает 1 вольт постоянного тока на вход 1 вольт переменного тока.

Важная информация для тех, кто использует DVA для проверки цепей зажигания!

В этом приложении адаптер используется для измерения первичного напряжения статора / катушки зажигания, а не вторичного напряжения, которое может составлять около 10000 вольт или более.

Fluke также производит счетчики, которые могут фиксировать пиковый уровень коротких переходных процессов e.грамм. — модели Fluke-87-5, Fluke-287 и Fluke-289.

True RMS Multimeter

Напряжение в вашем доме — переменный ток, а напряжение и ток со временем меняются по полярности. Форма волны является синусоидальной, как на диаграмме ниже, и изменение направления тока называется частотой и измеряется в герцах (Гц). Эта частота может составлять 50 или 60 Гц, в зависимости от того, в какой стране вы живете. Среднеквадратичное напряжение сигнала переменного тока является эффективным напряжением и аналогично среднему напряжению.Если пиковое напряжение V пиковое , то среднеквадратичное напряжение синусоидального напряжения V пиковое / √2 (примерно 0,707 от пикового напряжения). Мощность в цепи — это среднеквадратичное напряжение, умноженное на среднеквадратичное значение тока, протекающего в нагрузке. Напряжение, обычно печатаемое на приборах, является среднеквадратичным напряжением, хотя это обычно не указывается.
Базовый мультиметр будет отображать среднеквадратичное напряжение для синусоидальных сигналов напряжения. Подача в наши дома синусоидальна, так что это не проблема. Однако, если напряжение не является синусоидальным, e.грамм. прямоугольная или треугольная волна, то измеритель не будет указывать истинное среднеквадратичное напряжение. Однако истинные среднеквадратичные измерители предназначены для правильного указания среднеквадратичных значений для всех формных сигналов.

Удаленное измерение напряжений и регистрация показаний

Если вам необходимо измерять напряжения и регистрировать их с течением времени, вы можете использовать мультиметр регистрации данных. Такой продукт, как мультиметр Fluke 289 True-RMS, может регистрировать 15 000 показаний. Еще одна особенность этого измерителя заключается в том, что он может быть настроен с беспроводным разъемом для связи с мобильным устройством Android, что позволяет удаленно просматривать показания, в то время как измеритель находится в другом месте.

Часто задаваемые вопросы о мультиметрах

Как проверить напряжение с помощью мультиметра?

Подключите черный зонд к COM, а красный зонд к разъему с маркировкой VΩ. Установите диапазон на постоянное или переменное напряжение и коснитесь наконечниками щупа двумя точками, между которыми необходимо измерять напряжение.

Как проверить, что провод подключен к мультиметру?

Для этого лучше всего оставаться в безопасности и использовать бесконтактный вольтметр или отвертку для фазометра. Они будут указывать, если напряжение е.г> 100 вольт. Мультиметр может измерять напряжение между токоведущим и нейтральным или токоведущим и заземлением, если эти проводники / клеммы доступны, что может не всегда иметь место.

Как проверить падение напряжения с помощью мультиметра?

Падение напряжения происходит через сопротивление или вдоль силового кабеля. Поэтому следуйте той же процедуре, что и для измерения напряжения и измерения напряжения в двух точках смещения и вычитайте одну форму из другой для измерения падения напряжения.

Почему важно падение напряжения?

Если падение напряжения слишком велико, приборы могут работать неправильно.Кабель должен иметь соответствующие размеры, чтобы минимизировать падение напряжения для тока, который он должен нести, и расстояние, на которое проходит ток.

,

транзисторов — learn.sparkfun.com

Избранные любимец 71

Режимы работы

В отличие от резисторов, которые обеспечивают линейную зависимость между напряжением и током, транзисторы являются нелинейными устройствами. У них есть четыре различных режима работы, которые описывают ток, протекающий через них. (Когда мы говорим о протекании тока через транзистор, мы обычно имеем в виду ток , протекающий от коллектора к эмиттеру NPN .)

Четыре режима работы транзистора:

  • Насыщение — Транзистор действует как короткое замыкание . Ток свободно течет от коллектора к эмиттеру.
  • Cut-off — Транзистор действует как разомкнутая цепь . Ток не течет от коллектора к эмиттеру.
  • Активно — Ток от коллектора к эмиттеру пропорционален току, текущему в базу.
  • Reverse-Active — Как и в активном режиме, ток пропорционален базовому току, но течет в обратном направлении.Ток течет от эмиттера к коллектору (не совсем так, для чего предназначались транзисторы).

Чтобы определить, в каком режиме работает транзистор, нам нужно посмотреть на напряжения на каждом из трех контактов и как они связаны друг с другом. Напряжения от базы к эмиттеру (V BE ) и от базы к коллектору (V BC ) задают режим транзистора:

Упрощенный график квадранта выше показывает, как положительные и отрицательные напряжения на этих клеммах влияют на режим.На самом деле все немного сложнее.

Давайте рассмотрим все четыре транзисторных режима в отдельности; мы рассмотрим, как перевести устройство в этот режим и как оно влияет на ток.

Примечание: Большая часть этой страницы посвящена NPN-транзисторам . Чтобы понять, как работает PNP-транзистор, просто измените полярность или знаки> и <.

Режим насыщения

Насыщенность — это в режиме транзистора.Транзистор в режиме насыщения действует как короткое замыкание между коллектором и эмиттером.

В режиме насыщения оба «диода» в транзисторе имеют прямое смещение. Это означает, что V BE должно быть больше 0, и , как и V BC . Другими словами, V B должен быть выше, чем V E и V C .

Поскольку переход от базы к эмиттеру выглядит точно так же, как диод, на самом деле V BE должен быть больше, чем пороговое напряжение , чтобы войти в насыщение.Существует много сокращений для этого падения напряжения — V th , V γ и V d , и фактическое значение варьируется между транзисторами (и даже больше в зависимости от температуры). Для многих транзисторов (при комнатной температуре) мы можем оценить это падение примерно до 0,6 В.

Другой облом реальности: не будет идеальной проводимости между эмиттером и коллектором. Между этими узлами образуется небольшое падение напряжения. Таблицы транзисторов определяют это напряжение как CE напряжение насыщения V CE (sat) — напряжение от коллектора к эмиттеру, необходимое для насыщения.Это значение обычно составляет около 0,05-0,2 В. Это значение означает, что V C должен быть немного больше, чем V E (но оба они все же меньше, чем V B ), чтобы перевести транзистор в режим насыщения.

Режим отсечки

Режим среза противоположен насыщению. Транзистор в режиме отсечки от — ток коллектора отсутствует и, следовательно, ток эмиттера. Это почти похоже на разомкнутую цепь.

Чтобы перевести транзистор в режим отсечки, базовое напряжение должно быть меньше напряжений как эмиттера, так и коллектора.V BC и V BE оба должны быть отрицательными.

В действительности, V BE может быть где угодно между 0 В и V th (~ 0,6 В) для достижения режима отсечки.

Активный режим

Для работы в активном режиме транзистор V BE должен быть больше нуля, а V BC должен быть отрицательным. Таким образом, базовое напряжение должно быть меньше, чем у коллектора, но больше, чем у эмиттера. Это также означает, что коллектор должен быть больше, чем эмиттер.

В действительности нам нужно ненулевое падение прямого напряжения (сокращенно V th , V γ или V d ) от базы к эмиттеру (V BE ), чтобы «включить» транзистор. Обычно это напряжение обычно составляет около 0,6 В.

Усилитель
в активном режиме

Активный режим — самый мощный режим транзистора, потому что он превращает устройство в усилитель . Ток, поступающий в базовый вывод, усиливает ток, поступающий в коллектор и выходящий из эмиттера.

Наша краткая запись для коэффициента усиления транзистора (коэффициент усиления) равна β (вы также можете увидеть его как β F или ч FE ). β линейно связывает ток коллектора ( I C ) с базовым током ( I B ):

Фактическое значение β зависит от транзистора. Обычно это , а не 100 , но может варьироваться от 50 до 200 … даже 2000, в зависимости от того, какой транзистор вы используете и какой ток проходит через него.Например, если у вашего транзистора β = 100, это означает, что входной ток 1 мА в базу может генерировать ток 100 мА через коллектор.

Модель в активном режиме. V BE = V th и I C = I B .

А как насчет тока эмиттера I E ? В активном режиме ток коллектора и базы поступают в устройство , и выходит I E . Чтобы связать ток эмиттера с током коллектора, у нас есть другое постоянное значение: α .α — коэффициент усиления по общей базе, он соотносит эти токи как таковые:

α обычно очень близко к , но меньше, чем 1. Это означает, что I C очень близко, но меньше, чем I E в активном режиме.

Вы можете использовать β для расчета α или наоборот:

Например, если β равно 100, это означает, что α равно 0,99. Так, например, если I C равен 100 мА, то I E равен 101 мА.

Обратный Актив

Так же, как насыщенность противоположна отсечению, обратный активный режим противоположен активному режиму.Транзистор в обратном активном режиме проводит, даже усиливает, но ток течет в противоположном направлении от эмиттера к коллектору. Недостатком обратного активного режима является β (β R в данном случае) на , намного меньше на .

Чтобы перевести транзистор в реверсивный активный режим, напряжение эмиттера должно быть больше, чем база, которая должна быть больше, чем коллектор (V BE <0 и V BC > 0).

Обратный активный режим обычно не является состоянием, в котором вы хотите управлять транзистором.Приятно знать, что он есть, но он редко превращается в приложение.

Относящийся к PNP

После всего, о чем мы говорили на этой странице, мы все еще охватили только половину спектра BJT. А как насчет PNP транзисторов? Работа PNP во многом похожа на NPN — у них одинаковые четыре режима — но все перевернуто. Чтобы узнать, в каком режиме работает транзистор PNP, поменяйте местами все знаки <и>.

Например, чтобы поместить PNP в насыщение, V C и V E должны быть выше, чем V B .Вы опускаете основание низко, чтобы включить PNP, и делаете его выше, чем коллектор и эмиттер, чтобы выключить его. И, чтобы перевести PNP в активный режим, напряжение V E должно быть выше, чем напряжение V B , которое должно быть выше, чем напряжение V C .

В итоге:

Отношения напряжения NPN Mode PNP Mode
В Е В С Активно Обратное
V E B > V C Насыщенность Отсечка
V E > V B C Отсечка Насыщенность
V E > V B > V C Реверс Актив

Другой противоположной характеристикой NPN и PNP является направление потока тока.В активном режиме и режиме насыщения ток в PNP течет от эмиттера к коллектору . Это означает, что эмиттер обычно должен иметь более высокое напряжение, чем коллектор.


Если вам не хватает концептуальных вещей, отправляйтесь в следующий раздел. Лучший способ узнать, как работает транзистор, — изучить его в реальных цепях. Давайте посмотрим на некоторые приложения!



← Предыдущая страница
Расширение аналогии с водой ,

Опции напряжения и фазы генератора

При принятии решения о том, какой тип генератора лучше всего подходит для вашей среды, следует прежде всего убедиться, что вы выбрали правильную электрическую конфигурацию. Электрическая конфигурация обычно включает фазу, напряжение, кВт и герц, которые лучше всего подходят для вашего применения. Чтобы объяснить, как работают фазы и напряжение, полезно понять, что включает в себя генераторная установка. Генераторная установка (также известная как генераторная установка) состоит из двух основных компонентов — промышленного двигателя (обычно дизельного, природного газа или пропана) и конца генератора.Двигатель вырабатывает лошадиные силы и обороты, а конец покрывает его электричеством.

Объясняя Фазы

Однофазные генераторы — для небольших однофазных нагрузок эти генераторные установки обычно не превышают 40 кВт. Они обычно используются в жилых помещениях и имеют коэффициент мощности 1,0.

3-фазные генераторы — в основном для более крупной промышленной генерации электроэнергии, эти генераторные установки могут обеспечивать как однофазную, так и 3-фазную мощность для работы промышленных двигателей с более высокой мощностью, разветвления для отдельных линий и, как правило, более гибкие.Они обычно используются в коммерческих условиях и имеют коэффициент мощности 0,8.

Повышение номинальной выходной мощности — вы можете преобразовать однофазную в трехфазную мощность и иногда получить выходную мощность примерно 20-30% кВт, но конец должен быть повторно подключен, а также необходимо учитывать нагрузку балансы и несколько других переменных.

De-Rating (преобразование из 3-фазного в однофазное) — обычно снижает выходную мощность кВт примерно на 30%.Например, трехфазный генератор мощностью 100 кВт может упасть примерно до 70 кВт при преобразовании в однофазный.

• Чтобы точно рассчитать скорректированную мощность, которую вы получите после понижения номинальной мощности, вы всегда должны пытаться снизить номинальную мощность в кВА, а не в кВт. Формула составляет 2/3 кВА (например, однофазная мощность 150 кВА снизит до 100 кВА), а затем при необходимости преобразуется в киловатты.

• Для уменьшения частоты генераторной установки рассматриваемый конец генератора обычно должен иметь 12 или 10 выводов, которые можно подключить повторно.Нагрузка на сам двигатель не изменяется, потому что это конец генератора, по существу, толкающий в ускорение. Если генератор не подключается повторно (или подключается только для высокого / низкого напряжения), вы все равно можете подавать на него однофазные нагрузки, если не превышаете номинальные усилители на отдельной линии.

• Генератор ограничен своей электрической мощностью в зависимости от конца генератора и на самом деле не имеет ничего общего с двигателем.

Общие напряжения на коммерческих генераторных установках
Однофазный

• 120
• 240
• 120/240

3-фазный
• 208
• 120/208
• 240
• 480 (наиболее распространенное напряжение для промышленных генераторных установок)
• 277/480
• 600 (в основном для районов в Канаде)
• 4160 Вольт

Требования к напряжению могут сильно различаться для разных типов оборудования (например, другие варианты напряжения включают: 220, 440, 2400, 3300, 6900, 11500 и 13500)

Как определить требуемое напряжение

Чтобы убедиться, что конфигурация напряжения именно то, что вам нужно, вы всегда должны проконсультироваться с электриком или подрядчиком.Они могут оценить вашу среду и определить различные нагрузки, которые понадобятся вашему объекту или эксплуатации, а также смогут учитывать другие переменные, такие как напряжение, поступающее в здание, максимальную силу тока, выходную мощность электродвигателя и многое другое. Вы также можете ссылаться на наш калькулятор мощности для запуска чисел. Используйте эти цифры в качестве отправной точки и используйте таблицу температур, которая доступна здесь и на других сайтах различных производителей в Интернете. Обязательно примите во внимание следующие ключевые элементы, перечисленные ниже, чтобы определить правильное напряжение для вашей генераторной установки:

• Требуемое напряжение, поступающее на ваше предприятие, или питание от сетевого трансформатора, который подается в здание.

• Максимальная сила тока, необходимая для работы вашего конкретного оборудования. Если вы не знаете эту информацию, ампер генератора переменного тока (для 3-фазных генераторов переменного тока) обычно может иметь перекрестные ссылки с диаграммой для определения размера автоматического выключателя, который понадобится вашему генератору.

• Также следует учитывать силу пуска для промышленных двигателей. Многие двигатели будут работать при определенном кВт, но имеют гораздо более высокие требования к пусковым кВт. Например, вам может потребоваться 200 кВт и увеличение силы тока при запуске, даже если ваша средняя рабочая нагрузка составляет всего 90 кВт.Требования к мощности электродвигателя также хороши для оценки. Некоторые двигатели оснащены устройством плавного пуска, которое помогает контролировать ускорение путем подачи напряжения. Некоторые промышленные двигатели предоставляют всю эту информацию в своих данных.

• Частота коммунальных услуг также играет роль — большинство в США и в некоторых частях Азии имеют частоту 60 Гц, в то время как в остальном мире — в основном 50 Гц. Большинство крупных кораблей и самолетов используют специализированную частоту 400 Гц. Чтобы изменить мощность линии электропередачи на другую частоту, иногда можно использовать преобразователь частоты, но необходимо учитывать дополнительные факторы.Большинство генераторов могут конвертировать, но некоторые генераторные установки не будут работать должным образом или могут потребовать дополнительных деталей и настройки. Обратитесь к производителю вашего генератора за дополнительной информацией о ситуации такого типа.

Регулировка напряжения генератора

Регулировка напряжения генераторов — это то, что наши опытные специалисты выполняют каждые несколько дней, чтобы соответствовать всем различным комбинациям и специфическим электрическим требованиям наших клиентов.Хотя напряжение можно регулировать на большинстве генераторов, ваши конкретные параметры всегда будут ограничены в зависимости от стороны генератора, с которой вы работаете.

Сам процесс изменения напряжения является относительно технической электрической процедурой, которая в первую очередь включает в себя регулировку выводов на конце генератора. В большинстве трехфазных генераторных установок мы обычно берем 10 или 12 выводов на стороне генератора и реконфигурируем их расположение и подключение, корректируем их маршрут к панели управления и нескольким другим местам — в зависимости от того, чего мы пытаемся достичь.Мы хорошо изолируем провода, настраиваем чувствительные провода, если это необходимо, и затем вносим дополнительные изменения оттуда, если это необходимо. Именно здесь часто упоминаются такие термины, как догл и двойная дельта (или зигзаг), Y-конфигурация и другие различные схемы подключения. Для получения более подробной информации об этих условиях см. Нашу статью о фазовых преобразованиях. На трехфазных генераторах мы можем изменить напряжение, например, от 208 В до 480 В, или от 480 В до 240 В, или почти любое количество других комбинаций и фаз, используя все доступные в настоящее время напряжения (при условии, что конец генератора повторно подключается).

Конец генератора — это основной компонент, который будет определять реакцию генератора при изменении фазы и / или напряжения. При правильном завершении изменение напряжения не должно повредить или напрягать устройство в любой емкости. Многим клиентам требуется наличие двух или более системных напряжений от их резервной генераторной установки. Это может включать в себя электродвигатели, работающие на 480 Вольт, приборы и производственное оборудование, использующее 208 Вольт, а также малые нагрузки и электроинструменты на 240 Вольт.Этого можно добиться с помощью 3-фазного генератора либо с помощью переключателя, либо с помощью двойного генератора напряжения, который уже создан для этой цели. Однако имейте в виду, что вы не можете одновременно выводить несколько напряжений от одного генератора, вам необходимо вручную переключить выход на каждое другое напряжение или использовать трансформатор для этого.

Есть несколько ограничений, которые следует учитывать при рассмотрении изменения напряжения. Специализированные или высоковольтные генераторные установки (например, 4160 или 13 500 Вольт) не очень удобны для изменения.Вы можете изменить 600 В на 480 В, но не наоборот. Кроме того, на многих 3-фазных генераторах к некоторым элементам иногда бывает сложно получить доступ и обойти их. Например, они могут иметь гибкий кабелепровод, обвивающий дверцы панелей, которые находятся в нечетных местах, или кожухи, которые не позволят нашим специалистам легко получить доступ. Хотя почти всегда есть способ получить доступ к стволу и проводке на концах трехфазного генератора, иногда это может быть затруднено. Следует также помнить, что некоторые концы генераторов не подлежат повторному подключению, поэтому варианты и схемы проводки, доступные на этих типах генераторов, очень ограничены.

Еще одна распространенная вещь, которую мы делаем при изменении напряжения, — это обновление компонентов и анализ других потенциальных факторов оборудования в вашей системе, включая следующие:

Заменить датчики — всякий раз, когда мы меняем напряжение на старом генераторе, нам часто приходится заменять несколько датчики, чтобы мы могли прочитать новые уровни выхода. Одно приятное преимущество, которое предлагает более новая цифровая панель управления, состоит в том, что их обычно можно перепрограммировать.

выключателей — мы регулярно заменяем выключатели на блоках, чтобы удовлетворить требования наших потребителей к силе тока.Выключатель обычно присоединяется к концу генератора, и это важный компонент, который поможет защитить генератор, гарантируя, что вы не превысите номинальную силу тока для этого блока. В зависимости от того, хочет ли клиент все на одном выключателе или по какой-либо конкретной причине, мы можем изменить конфигурацию на что-то другое (например, один выключатель на 1200 А или два на 600 А).

• Регулятор напряжения — на большинстве генераторных установок при повторном подключении проводов к другому напряжению также необходимо тщательно отрегулировать чувствительные провода, которые проходят к регулятору и / или панели управления.Если это не сделано должным образом, вы можете сгореть на доске или нанести другой ущерб. Большинство современных коммерческих генераторов имеют регулятор напряжения, встроенный в панель управления, так что вы можете отрегулировать настройки напряжения оттуда, и это помогает сделать все регулирование. Это в первую очередь хорошее достижение, но оно делает замену платы намного более дорогостоящей из-за дополнительной функциональности. Более старые генераторные установки часто имеют отдельный элемент оборудования, который выполняет те же функции. Все эти регуляторы работают для автоматического поддержания постоянного напряжения, чтобы обеспечить стабильную выходную мощность вашего оборудования.

Transformer — если в вашей системе присутствует какой-либо из них, возможно, придется перенастроить некоторую часть проводки, чтобы соответствовать новому напряжению.

• Автоматический выключатель (ATS) — определение силы тока для этого типа выключателя также важно, потому что ATS является ключевой частью обеспечения того, что вы можете автоматически включить генератор во время отключения электричества, а также отключить его, как только власть возвращается.

Подводя итог, можно сказать, что существует множество вариантов, когда речь идет о комбинациях фаз и напряжений, конфигурациях и преобразованиях.Это может быть сложным процессом, поэтому лучше всего обратиться за профессиональной помощью к электрику или опытному специалисту по производству генераторов. Однако, если у вас есть какие-либо вопросы по вопросам, описанным в этой статье, вам нужна помощь в определении размера генератора или если вы хотите помочь определить, что лучше всего подходит для вашей конкретной среды, просто позвоните по номеру 800-853-2073 или свяжитесь с нами. онлайн.

,

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *