Какие бывают напряжения. Электрическое напряжение: виды, единицы измерения и принципы работы

Что такое электрическое напряжение. Какие бывают виды напряжения. Как измеряется напряжение. Какие существуют классы напряжения. Как работает напряжение в электрических цепях. Чем опасно высокое напряжение.

Что такое электрическое напряжение

Электрическое напряжение — это разность потенциалов между двумя точками электрической цепи. Оно измеряется в вольтах (В) и обозначается буквой U. Напряжение характеризует работу электрического поля по перемещению электрического заряда.

Основные характеристики напряжения:

• Является причиной возникновения электрического тока в проводнике
• Измеряется в вольтах
• Обозначается буквой U
• Характеризует энергию электрического поля
• Определяет силу тока при заданном сопротивлении

Виды электрического напряжения

Существует несколько основных видов электрического напряжения:

По роду тока:

• Постоянное напряжение — не меняется во времени по величине и направлению
• Переменное напряжение — периодически меняется по величине и направлению
• Пульсирующее напряжение — меняется по величине, но не по направлению

По величине:

• Низкое напряжение — до 1000 В
• Высокое напряжение — свыше 1000 В
• Сверхвысокое напряжение — от 330 кВ и выше

Единицы измерения напряжения

Основная единица измерения напряжения — вольт (В). Она названа в честь итальянского физика Алессандро Вольта.

Производные единицы измерения напряжения:

• Микровольт (мкВ) = 10^-6 В
• Милливольт (мВ) = 10^-3 В
• Киловольт (кВ) = 10^3 В
• Мегавольт (МВ) = 10^6 В

Какое напряжение считается нормальным для бытовой электросети? В России стандартное напряжение в розетках составляет 220 В с допустимыми отклонениями ±10%, то есть от 198 В до 242 В.

Классы напряжения в электроэнергетике

В электроэнергетике приняты следующие классы напряжения:

• Низкое напряжение (НН) — до 1 кВ
• Среднее напряжение (СН) — от 1 до 35 кВ
• Высокое напряжение (ВН) — от 110 до 220 кВ
• Сверхвысокое напряжение (СВН) — 330 кВ, 500 кВ, 750 кВ
• Ультравысокое напряжение (УВН) — 1150 кВ и выше

Какое напряжение считается высоким? Согласно принятой классификации, высоким считается напряжение от 110 кВ и выше.

Принцип работы напряжения в электрических цепях

Как работает напряжение в электрических цепях? Напряжение создает разность потенциалов между точками цепи, что вызывает движение электронов — электрический ток. Чем выше напряжение, тем большую работу способно совершить электрическое поле по перемещению зарядов.

Основные принципы работы напряжения в цепях:

• В последовательной цепи напряжение распределяется по элементам пропорционально их сопротивлению
• В параллельной цепи напряжение на всех элементах одинаково
• Общее напряжение в цепи равно сумме напряжений на отдельных участках
• Напряжение определяет силу тока через закон Ома: I = U / R

Измерение напряжения

Как измеряется напряжение в электрических цепях? Для измерения напряжения используются специальные приборы — вольтметры. Они подключаются параллельно тому участку цепи, на котором нужно измерить напряжение.

Основные способы измерения напряжения:

• Аналоговыми стрелочными вольтметрами
• Цифровыми мультиметрами
• Осциллографами для измерения формы переменного напряжения
• Электростатическими вольтметрами для высоких напряжений

Какое наведенное напряжение опасно для жизни? Согласно нормам, наведенное напряжение выше 25 В считается потенциально опасным для человека.

Источники напряжения

Основными источниками электрического напряжения являются:

• Гальванические элементы и аккумуляторы
• Электрические генераторы
• Солнечные батареи
• Термоэлектрические преобразователи
• Пьезоэлектрические преобразователи

В бытовых условиях основным источником напряжения служит электрическая сеть с номинальным напряжением 220 В.

Опасность высокого напряжения

Чем опасно высокое напряжение? Высокое напряжение представляет серьезную угрозу для жизни и здоровья человека, а также для электрооборудования.

Основные опасности высокого напряжения:

• Поражение электрическим током вплоть до летального исхода
• Возникновение электрической дуги и ожогов
• Повреждение изоляции электрооборудования
• Выход из строя электронных устройств
• Возникновение пожаров из-за короткого замыкания

Какое напряжение может выдержать человек? Безопасным для человека считается напряжение до 42 В переменного тока и до 110 В постоянного тока. Более высокие напряжения могут представлять угрозу жизни.

Защита от высокого напряжения

Для защиты от опасного воздействия высокого напряжения применяются следующие меры:

• Использование изоляционных материалов
• Заземление электроустановок
• Применение устройств защитного отключения (УЗО)
• Ограждение токоведущих частей
• Использование средств индивидуальной защиты
• Соблюдение правил электробезопасности

Правильное применение средств защиты позволяет значительно снизить риски при работе с высоким напряжением.

Заключение

Электрическое напряжение является одной из ключевых характеристик электрической энергии. Понимание принципов работы напряжения необходимо для безопасного и эффективного использования электричества во всех сферах жизни. При этом важно помнить об опасности высокого напряжения и соблюдать все меры предосторожности при работе с электроустановками.

Какие бывают высокие напряжения?

Статьи › Куда звонить › Скачет напряжение в доме куда звонить

Классификация электрических сетей по напряжению.

• Ультравысокое напряжение. 750 кВ и выше (1150 кВ, 1500 кВ).
• Сверхвысокое напряжение. 750 кВ, 500 кВ, 330 кВ.
• Высокое напряжение (ВН). 220 кВ, 150 кВ, 110 кВ.
• Среднее первое напряжение (СН-1). 35 кВ.
• Среднее второе напряжение (СН-2).
• Низкое напряжение (НН).

1. Какое напряжение является высоким?
2. Какие бывают виды напряжения?
3. Какое напряжение является высоковольтным?
4. Какое максимальное напряжение В сети?
5. Какое напряжение самое опасное?
6. Где самое высокое напряжение?
7. Сколько вольт бывает?
8. Как понять уровень напряжения?
9. Какое может быть напряжение?
10. Какое напряжение может выдержать человек?
11. Чем выше напряжение тем?
12. Что такое высокое напряжение?
13. Какое напряжение опасно для техники?
14. Чем опасно высокое напряжение В сети?
15. Какое напряжение опасно для электроники?
16. Какое наведенное напряжение опасно для жизни?
17. В чем разница 220 и 230 вольт?
18. Какой должен быть уровень напряжения?
19. Какой ток В розетке 220 вольт?
20. Какой класс напряжения?
21. Какой тип напряжения В розетке?
22. Какое напряжение считается низковольтным?
23. Какой ток идёт по ЛЭП?
24. Почему до и свыше 1000 вольт?
25. Почему у американцев 110 вольт?
26. Почему перешли от 127 вольт на 220?
27. Что сгорает при скачке напряжения?
28. Какое напряжение считается нормальным?
29. Какое напряжение в норме?
30. Какое напряжение можно считать безопасным?

Какое напряжение является высоким?

Высокое напряжение (ВН) — 110 кВ и выше; — Среднее напряжение 1 (СН1) — 35 кВ; — Среднее напряжение 2 (СН2) — от 1 до 20 кВ; — Низкое напряжение (НН) — 0,4 кВ.

Какие бывают виды напряжения?

В мире существуют два стандарта напряжения: европейский — 220-240В и американский 100-127В. И два стандарта частоты переменного тока: 50 Гц и 60 Гц. США, Япония и большинство стран Южной Америки используют связку 100-127В 60 Гц.

Какое напряжение является высоковольтным?

Высоковольтное оборудование — это особый вид электрических устройств и механизмов, выполняющих коммутацию, преобразование, а также распределение электроэнергии с высокой величиной напряжения, выше 1000 Вольт.

Какое максимальное напряжение В сети?

В правилах устройства электроустановок (ПУЭ-7) продолжает фигурировать величина 220, но фактически напряжение в сети почти всегда выше этого значения и достигает 230—240 В, варьируясь от 190 до 250 В.

Какое напряжение самое опасное?

Какое напряжение, ток, частота считается опасным? Безопасного напряжения не существует. Имеются многочисленные примеры смертельных случаев от поражения электрическим током с напряжением 65, 36 и 12 Вольт. Зарегистрированы случаи смертельного поражения при напряжении менее 4 Вольт.

Где самое высокое напряжение?

Линия электропередачи Экибастуз — Кокшетау — участок уникальной высоковольтной линии электропередачи переменного тока «Сибирь — Центр» проектного напряжения 1150 кВ. Ни одна другая линия в мире не способна работать под столь высоким напряжением. В настоящий момент работает под напряжением 500 кВ.

Сколько вольт бывает?

2) Напряжение.

В мире встречаются два диапазона напряжения в розетках: 100–127 вольт и 220–240 вольт. Смотрите список по странам.

Как понять уровень напряжения?

Законодательно такая ситуация не урегулирована, однако есть судебная практика, которая показывает, что уровень напряжения определяется по наивысшему питающему напряжению последней организации в этой цепочке. Таким образом, для нашего гипотетического потребителя тарифный уровень напряжения составит 110 кВ.

Какое может быть напряжение?

Различают напряжение переменного тока и постоянного тока.

Какое напряжение может выдержать человек?

Напряжение от 36 вольт и выше вполне способно вызвать остановку сердца или дыхания, однако убивает не напряжение, а сила тока. Смертельный исход вызывает электрический удар, при котором ток поражает все системы организма. Происходит резкий спазм мышц и внезапная остановка сердца.

Чем выше напряжение тем?

Напряжение измеряется в Вольтах и показывает разницу между двумя точками цепи: от этой разницы зависит, насколько сильно будет течь ток — чем больше разница, тем выше напряжение и ток будет течь сильнее.

Что такое высокое напряжение?

Высокое напряжение — большое по амплитуде электрическое напряжение, выражение также может обозначать: Высокое Напряжение (радиопередача)

Какое напряжение опасно для техники?

Максимально допустимые отклонения напряжения — 198-242 В, под эти пределы и проектируются электроприборы. Большее напряжение могут и выдержать, но не должны выходить из строя при напряжении 242 В.

Чем опасно высокое напряжение В сети?

Высокое напряжение опасно для электрических приборов. Значительное повышение напряжения может привести к сгоранию приборов, их перегреву, дополнительному износу. Особенно критичны к высокому напряжению электронное оборудование и электромеханические приборы.

Какое напряжение опасно для электроники?

195-245В — при таком напряжении в электрической сети, вы подвергаете риску любые бытовые приборы.

Какое наведенное напряжение опасно для жизни?

Напряжение переменного тока 2…20 В рассматривают в отдельных источниках как опасное наведенное напряжение на отключенных токоведущих частях электроустановки и на открытых проводящих частях электроустановки. В России законодательно установлено, что наведенное напряжение ниже 25 В является безопасным.

В чем разница 220 и 230 вольт?

В настоящее время в России стандартным напряжением в сети является напряжение 230В, но для поставщиков электроэнергии действует 220В. Действительно, ранее в Советском союзе стандартным напряжением было 220В, однако в последствии были приняты решения о переходе на общеевропейский стандарт — 230В.

Какой должен быть уровень напряжения?

Уровень напряжения на токоприемнике электроподвижного состава должен быть не менее 21 кВ при переменном токе, 2,7 кВ при постоянном токе и не более 29 кВ при переменном токе и 4 кВ при постоянном токе.

Какой ток В розетке 220 вольт?

Он называется переменным, потому что направление движения электронов постоянно меняется. У переменного тока из розеток бывает разная частота и электрическое напряжение. Что это значит? В российских розетках частота 50 герц и напряжение 220 вольт.

Какой класс напряжения?

Классификация классов напряжения

Сверхвысокий класс напряжения — от 330 кВ до 750 кВ. Высокий класс напряжения — от 110 кВ до 220 кВ. Средний класс напряжения — от 1 кВ до 35 кВ. Низший класс напряжения — до 1 кВ.

Какой тип напряжения В розетке?

По стандарту напряжение должно быть 220 В, а частота 50Гц, но может изменяться в пределах от 216 до 253 В. В некоторых гостиницах есть также розетки на 120 В. Розетка типа G встречается редко.

Какое напряжение считается низковольтным?

Низковольтное оборудование — это электротехнические устройства, работающие при напряжении переменного тока менее 1000 вольт.

Какой ток идёт по ЛЭП?

ЛЭП постоянного тока использует для передачи электроэнергии посто- янный ток, в отличие от наиболее распространенных линий электропере- дач переменного тока. Высоковольтные ЛЭП постоянного тока более эко- номичны при передаче электроэнергии на большие расстояния.

Почему до и свыше 1000 вольт?

Удостоверение с пометкой «до и свыше 1000 вольт» дает право на проведение ремонтных работ в составе бригады. Требования к стажу и образованию: наличие средне-специального образования либо солидного опыта работы в должности.

Почему у американцев 110 вольт?

Большая часть бытовой техники прекрасно работает и от 110, и от 127 Вольт. Просто в США так сложилось исторически, еще во времена первой электрификации. Все это не более, чем специфика местного производства. Неважно все это еще и потому, что в американских электросетях существенно выше частота переменного тока.

Почему перешли от 127 вольт на 220?

Основная причина неудачи — недостаточное производство счетчиков на 127 вольт. Сейчас же руководство постановило сосредоточиться на производстве и установке 220-вольтовых приборов учета электричества. Многие новостройки в столице стали получать именно это напряжение.

Что сгорает при скачке напряжения?

В ноутбуках и компьютерах, например, от сильных перепадов сгорает контроллер блока питания и стабилизатор напряжения. В смартфонах от скачка напряжения плавится разъем питания, сгорает аккумулятор, нарушается целостность корпуса.

Какое напряжение считается нормальным?

Какое напряжение в сети считается нормальным

Стабильных 220 вольт. Это не всегда получается, но практически все электрооборудование выдерживает незначительные отклонения сети от параметров — до 5%. Поэтому нормальным напряжением считается 209-231 вольт.

Какое напряжение в норме?

Согласно требований межгосударственного стандарту ГОСТ 29322-92 сетевое напряжение должно составлять 230В при частоте 50 Гц. Переход на этот стандарт напряжения должен был завершиться в 2003 году. В ГОСТ 30804.4.30-2013 так же есть упоминание о необходимости проведения измерений при стандартном напряжении 230В.

Какое напряжение можно считать безопасным?

В России законодательно установлено, что наведенное напряжение ниже 25 В является безопасным.

Гармоники тока и напряжения в электросетях

Проблема гармоник….

Любые приборы и оборудование с нелинейными характеристиками являются источниками гармоник в своей сети. Если вы сталкиваетесь с таким оборудованием или имеете опыт работы в сетях с гармониками, тогда дроссели с конденсаторами или фильтрокомпенсирующие установки (ФКУ) могут прийти вам на помощь. Гармонические искажения  и связанные с этим проблемы в электрических сетях, становятся все более превалирующими в распределительных сетях.

Проблемы создаваемые гармониками.

• дополнительный нагрев и выход из строя конденсаторов, предохранителей конденсаторов, трансформаторов, электродвигателей, люминесцентных ламп и т.п.;

• ложные срабатывания автоматических выключателей и предохранителей;

• наличие третьей гармоники и ее производных 9,12 и т.д. в нейтрали может потребовать увеличения сечения ее проводника;

• гармонический шум (частые переходы через 0) может служить причиной неправильной работой компонентов систем контроля;

• повреждение чувствительного электронного оборудования;

• интерференция систем коммуникации.

 

Следующие разделы являются описанием гармоник, характеризацией проблемы и поиском решения.

Происхождение гармонических искажений

Постоянно увеличивающиеся требования промышленности и народного хозяйства к стабильности, приспосабливаемости и точности контроля в электрическом оборудовании привело к появлению относительно дешевых силовых диодов, тиристоров, SCR (Silicon Controlled Rectifier) и других силовых полупроводников.

Сейчас, широко используемые в выпрямительных цепях UPS полупроводники, статические преобразователи переменного напряжения в постоянное, устройства плавного пуска пришедшие на смену устаревшим устройствам изменили картину формы тока и напряжения в электросетях. Хотя твердотельные реле, такие как тиристоры привнесли существенные изменения в схемотехнику систем контроля, они, также, создали проблему генерации гармоник тока. Гармоники тока могут сильно влиять на энергоснабжающие сети, а также перегружать косинусные конденсаторы служащие для компенсации реактивной мощности (при увеличении частоты, снижается сопротивление конденсатора и растет ток через него).

Мы сфокусировали наше внимание на таких источниках гармоник, как твердотельные элементы силовой электроники, однако существует много других источников гармонических токов. Эти источники могут быть сгруппированы в трех основных типах:

1. Силовое электронное оборудование: частотные привода переменного тока, привода постоянного тока, источники бесперебойного питания UPS, выпрямители (шестифазные, по схеме Ларионова), конвертеры, тиристорные системы, диодные мосты, плавильные печи высокой частоты.

2. Сварочное, дуговое оборудование: дуговые плавильные печи, сварочные автоматы, освещение (ДРЛ-ртутные лампы, люминесцентные лампы)

3. Насыщаемые устройства: Трансформаторы, двигатели, генераторы, и т.д. Гармонические амплитуды на этих устройствах являются обычно незначительна по сравнению с элементами силовой электроники и сварочным оборудованием, при условии что насыщение не происходит.

Форма синусоиды тока

Гармоники – это синусоидальные волны суммирующиеся  с фундаментальной (основной) частотой 50 Гц (т.е 1-я гармоника=50 Гц, 5-я гармоника = 250 Гц). Любая комплексная форма синусоиды может быть разложена  на составляющие частоты, таким образом комплексная синусоида есть сумма определенного числа четных или нечетных гармоник с меньшими или большими величинами.

Гармоники – есть продолжительные возмущения или искажения в электрической сети, имеющие различные источники и проявления такие как импульсы, перекосы фаз, броски и провалы, которые могут быть категоризованы как переходные возмущения.

Переходные возмущения обычно решаются путем установки подавляющих или разделяющих (изолирующих) устройств, таких как импульсных конденсаторов, изолирующих (разделяющих) трансформаторов. Эти устройства помогают устранить переходные возмущения, но они не помогают устранить гармоники низких порядков или устранить проблемы резонанса в связи с присутствием гармоник в сети.

 

Гармоническое содержание синусоиды

Тиристоры и SCR выпрямители обычно проявляются числом пульсаций постоянного тока которые они производят каждый период. Обычно это 6-и или 12-пульсные выпрямители. Есть много факторов, которые могут влиять на гармоническое содержание, но типичные гармонические токи, показанные как процент от фундаментального тока 50 Гц, показаны в таблице. Другие номера гармоник также будут присутствовать, в небольшой степени, но из практических соображений они не приводятся.

Номер гармоники	Типичное содержание в % гармоник тока
—	6-ти пульсный выпрямитель	12-ти пульсный выпрямитель
1	100	100
5	20	—
7	14	—
11	9	9
12	8	8
17	6	—
19	5	—
23	4	4
23	4	4

Разложение формы кривой тока на гармонические составляющие

Перегрузка конденсаторов гармониками

Согласно закону Ома сопротивление цепи определяет протекающий по ней ток. Так как сопротивление источника энергии является индуктивным, кроме того, импеданс сети увеличивается с частотой, в то время как сопротивление конденсатора с ростом частоты уменьшается. Это вызывает рост тока через конденсаторы и оборудование содержащее их. При определенных обстоятельствах, гармонические потоки могут превысить ток фундаментальной гармоники 50 Гц протекающей через конденсатор. Эти гармонические проблемы могут также вызвать увеличение напряжения на конденсаторе, которое может превысить максимально допустимое значение и привести к пробою конденсатора.

Гармонический резонанс

Резонанс в сети достигается когда сопротивление конденсатора равно сопротивлению источника. Когда мы применяем конденсаторы для компенсации реактивной мощности в распределительных сетях, которые содержат и емкостную и индуктивную (индуктивность линии, силовых трансформаторов) составляющую, всегда существует частота на которой возможно явление параллельного резонанса конденсатора с источником.

Если это происходит, или частота близка к частоте резонанса, то гармоники генерируемые силовыми полупроводниками (большие токи гармоник) начинают циркулировать между генерирующей сетью  и конденсаторным оборудованием. Эти токи ограничиваются только сопротивлением линии. Такие токи приводят к возмущениям и искажениям напряжения в сети. Как результат: повышенное напряжение на конденсаторах, и повышенный ток через них, Резонанс может произойти на любой частоте, но в основном это 5-я, 7-я, 11-я и 13-я гармоники которые генерируются 6-пульсными системами выпрямления трехфазного напряжения.

Предотвращение резонанса в электросетях

Есть несколько путей, чтобы избежать явлений резонанса в распределительных сетях где установлены конденсаторы. В больших распределительных сетях, есть возможность установки их в части сети, которая не имеет параллельного резонанса с индуктивностью трансформатора. Изменяя выходную мощность конденсаторной установки, мы можем отстроиться от опасной резонансной частоты. Резонансная частота с включением каждого шага конденсаторной установки изменяется.

Резонансные явления при использовании конденсаторов в электросетях с нелинейными потребителями

Сдвиг резонансной частоты

Если резонанса нельзя избежать вышеприведенным методом, необходимо альтернативное решение. Последовательно с каждым конденсатором ставится реактор (трехфазный дроссель)  таким образом, чтобы система конденсатор-дроссель имела индуктивный характер на критических частотах, и емкостной характер на основной частоте 50 Гц. Для этого система конденсатор-дроссель должна иметь резонансную частоту ниже наименьшего частоты гармоники присутствующей в сети, которая обычно бывает 5-ой (250 Гц). Это означает, что частота настройки системы конденсатор дроссель д.б. между значениями 175…270 Гц. В системе конденсатор дроссель напряжение основной частоты на дросселе повышается, соответственной мы должны использовать конденсаторы на повышенное напряжение.

Снижение гармонических искажений

Гармонические искажения могут подавляться в электрических системах при использовании гармонических фильтров. В классическом виде фильтр представляет собой последовательно соединенные конденсатор и индуктивность и настроенные на определенную гармоническую частоту. В теории сопротивление фильтра равно нулю на частоте резонанса, поэтому гармонический ток абсорбируется фильтром. Этот эффект вместе с сопротивлением линии означает, что таким образом можно хорошо подавлять гармоники в сети.

Типы фильтров гармоник

Эффективность фильтра любой формы зависит от его реактивной мощности, точности настройки, и импеданса сети в точке подключения. Гармоники ниже частоты резонанса фильтра будут усиливаться. Схемотехника фильтра важна, чтобы быть уверенным в том что искажения не будут усиливаться до неприемлемых уровней. Когда несколько различных порядков гармоник присутствуют в сети мы можем подавлять одни в то же время усиливая другие. Фильтр 7-ой гармоники создает параллельный резонанс на частоте 5-ой и усиливает ее, поэтому к фильтру 7-ой гармоники необходим фильтр 5-ой гармоники. Поэтому часто необходимо использовать несколько фильтров, настроенных каждый на свою частоту.

Анализ и измерение гармоник в сети

Прежде чем приступать к внедрению конденсаторных установок для компенсации реактивной мощности на предприятии, а также фильтров гармоник необходимо провести всесторонние измерения параметров сети: активную реактивную, полную мощность, величину и уровни  гармоник тока и напряжения, провалы и перенапряжения в линии, фликкер. Для этих целей компания Матик электро имеет в своем штате профессиональных инженеров с анализаторами сети и ноутбуками для обработки информации на месте съема. Мы проводим выездные измерения по всей России, предоставляем отчет и рекомендации с последующим внедрением энергосберегающего оборудования (конденсаторных установок для компенсации реактивной мощности) и фильтров гармоник.

Как работает напряжение — Основы схем

В статье Что такое электричество? мы обсуждали, что электричество можно определить как поток заряда. Но чтобы понять электричество более подробно, нам нужно обсудить понятия напряжения , тока и сопротивления . Эти три свойства являются строительными блоками того, как мы моделируем и описываем электричество. В этой статье мы сосредоточимся на концепции напряжения .

Напряжение — это сила, которая заставляет течь заряды. Напряжение также известно как электродвижущая сила или ЭДС. Это разность потенциалов между двумя терминалами, где на одном терминале собрано больше электронов, чем на другом терминале.

Напряжение измеряется в вольтах (В), производной единице измерения электрического потенциала. Он назван в честь итальянского физика Алессандро Вольта, который в 1799 году изобрел первую химическую батарею, известную как гальваническая батарея . , один из меди, а другой из кожи, пропитанной кислотой. Кислота в коже лишает атомы цинка двух валентных электронов. Атомам цинка теперь не хватает двух электронов, поэтому они «крадут» два валентных электрона у меди.

В результате на цинковых пластинах появляется много лишних электронов, а на медных — много недостающих электронов. Это пример накопленной электрической потенциальной энергии. Разница в потенциальной электрической энергии между цинковыми и медными пластинами называется напряжением.

Если два конца башни соединить, электроны могут течь от цинковых пластин к медным пластинам, что создает явление электричества, поток заряда.

Определение напряжения

Напряжение определяется как потенциальная энергия на один заряд:

Где V — напряжение, E — разность потенциальной энергии в джоулях, а Q — заряд в кулонах.

С помощью этого уравнения напряжение связано с зарядом и потенциальной энергией. И, следовательно, 1 вольт эквивалентен 1 джоулю на кулон заряда.

Последовательные и параллельные цепи

Существует два типа цепей, в которых напряжение ведет себя по-разному: последовательные и параллельные цепи. Это схема последовательной цепи:

Последовательная цепь

Последовательная цепь состоит из компонентов, соединенных по одному пути, что дает электричеству только один путь. В этой цепи напряжение рассеивается пропорционально сопротивлению каждой нагрузки/компонента. Сопротивления компонентов складываются, и общее падение напряжения должно быть эквивалентно ЭДС источника питания.

Это схема параллельной цепи:

Параллельная цепь

Параллельная цепь состоит из компонентов, которые соединены несколькими путями. В этой цепи напряжение постоянно на каждом пути, тогда как сопротивление рассчитывается по следующему уравнению:

Мы предполагаем, что полное падение напряжения в цепи эквивалентно ЭДС источника питания. Разность потенциалов между положительной и отрицательной клеммами всегда должна быть равна разности потенциалов батареи, так как предполагается, что отрицательная клемма имеет напряжение 0 В, иначе известное как заземление (GND).

Аккумуляторы делятся на две основные категории — по выходному напряжению и по емкости. Емкость батареи обычно измеряется в ампер-часов (Ах). Ампер-час — это максимальное количество тока, которое батарея может отдать за один час. Например, аккумулятор емкостью 12 Ач может обеспечить ток 12 А в течение 1 часа.

Большинство небольших аккумуляторов имеют небольшую емкость, поэтому их ампер-часы указаны в миллиампер-часах (мАч). Один ампер-час равен 1000 миллиампер-часам.

Конфигурации батарей

Батареи могут быть подключены последовательно или параллельно, и их напряжение и емкость будут различаться в зависимости от того, как они подключены.

В последовательной конфигурации емкость остается неизменной, но напряжения двух батарей складываются. В соответствии с уравнением E = QV полная потенциальная энергия системы удвоилась. Но так как емкость аккумуляторов остается прежней, эта конфигурация способна поставлять в два раза больше энергии, но на те же ампер-часы.

В параллельной конфигурации напряжение остается прежним, а емкости аккумуляторов складываются. Однако мы знаем, что энергия этой системы вдвое больше, чем у одной батареи. Таким образом, эта конфигурация позволяет батарее подавать в два раза больше тока за то же время.

Измерение напряжения

Падение напряжения – это уменьшение электрического потенциала на пути прохождения тока в электрической цепи. Чем больше сопротивление компонента, тем больше падение напряжения на его клеммах. Когда ток встречает сопротивление, электрическая потенциальная энергия теряется, поскольку она преобразуется в другую форму энергии для совершения работы. Например, в резисторах электрическая потенциальная энергия преобразуется в тепловую энергию.

Мы можем измерить эту разность потенциалов, подключив вольтметр или мультиметр в параллельной конфигурации следующим образом:

Для измерения напряжения в более сложных цепях можно использовать правило делителя напряжения. Это правило применяется только к последовательным цепям, которые имеют более одной нагрузки/компонента. Подключите вольтметр или мультиметр к отдельным компонентам цепи, как показано ниже.

Выходное напряжение (Vout) пропорционально отношению сопротивления нагрузки к общему сопротивлению цепи. В этом случае выходное напряжение рассчитывается следующим образом:

Интересные применения напряжения

Электричество играет важную роль в нашей повседневной жизни, и многие из нас знакомы с его использованием. Однако, чтобы еще больше проиллюстрировать концепцию напряжения, есть два применения электричества, о которых вы, возможно, не слышали.

Плитки Пельтье

Плитки Пельтье — это плитки, работающие с использованием эффекта Пельтье. При приложении напряжения к аноду и катоду плитки с одной стороны плитки может наблюдаться эффект нагрева, а с другой стороны — эффект охлаждения. Разность потенциалов в электричестве способна создать аналогичную разность потенциалов в температуре. Чем больше напряжение, тем больше разница температур между двумя сторонами плитки.

Еще одна интересная особенность плитки Пельтье заключается в том, что эффект обратим. Если одна сторона плитки подвергается воздействию источника горячей температуры, а другая — источнику холодной температуры, возникает напряжение. Напряжение будет зависеть от величины разницы температур.

Пьезоэлектрические диски

Пьезоэлектрические диски представляют собой небольшие датчики, работающие на основе пьезоэлектрического эффекта. Когда к диску прикладывается механическое напряжение, деформация двух разных материалов может создавать небольшое напряжение, которое может питать небольшие компоненты.

Надеюсь, это помогло вам лучше понять напряжение. Обязательно оставьте комментарий ниже, если у вас есть какие-либо вопросы или что-то еще, чтобы добавить…

Понимание того, как работает коммерческое напряжение

В США существует ряд стандартов и правил, регулирующих коммерческое и бытовое электроснабжение. Эти руководящие принципы и правила были разработаны для обеспечения максимально возможной безопасности и надежности электроснабжения, но может возникнуть путаница при определении того, какой тип питания и что означают различные термины. Вот шпаргалка с пояснениями к часто используемым терминам.

Мощность переменного тока

Мощность переменного тока или переменный ток — это термин, описывающий тип электроэнергии, в которой ток часто меняет направление. По сути, ток течет не только в одном направлении, а, скорее, циклически удваивается. Циклы измеряются в герцах. Это тип мощности, который вы чаще всего найдете в своем здании, а в США это, скорее всего, 60 Гц.

Мощность постоянного тока, используемая в большинстве батарей, означает постоянный ток или мощность, которая течет только в одном направлении.

Однофазное питание по сравнению с трехфазным

Однофазное питание, которое чаще всего используется в жилых помещениях, представляет собой тип электроэнергии, в котором все напряжения электричества изменяются в унисон. Другими словами, все волны или циклы силы происходят одновременно. Если бы вы нарисовали их на листе бумаги, все они оказались бы друг над другом, образуя одну линию. В США фазы часто разделяются, что приводит к так называемому раздельному питанию.

Трехфазное питание, с другой стороны, имеет каждый из трех циклов фазы, происходящих последовательно или друг за другом. Каждая из них не синхронизирована с другой на одну треть своего цикла, и если бы вы нарисовали этот узор на листе бумаги, у вас было бы три отчетливых волны или цикла. Коммерческая и промышленная электроэнергия, как правило, трехфазная, и она способна стабильно и последовательно питать гораздо более крупное и требовательное к току оборудование.

Напряжение

Напряжение — это разница электрических потенциалов между двумя точками. Оно измеряется с помощью вольтметра, и в большинстве случаев все, что вам нужно знать, это то, какое напряжение требуется для работы конкретной установки или оборудования.

Электроснабжение в США обычно составляет 120 или 230 В для большинства жилых помещений. Большинство бытовых вилок рассчитаны на 120 вольт.

В коммерческих и промышленных целях используются несколько различных напряжений, включая 208, 240, 480 и 600 вольт. Напряжение, необходимое для конкретного приложения, также будет варьироваться в зависимости от требований к питанию здания или установки.

Проектирование и установка коммерческого электроснабжения

Коммерческое и промышленное электроснабжение является сложной задачей, включающей множество факторов, обеспечивающих, чтобы электроснабжение вашего магазина, фабрики или склада соответствовало выполняемой вами работе. Как правило, электрические системы для этих типов зданий проектируются инженером на основе определенного набора требований и устанавливаются коммерческим подрядчиком по электроснабжению. Поскольку существует так много сложных элементов, из которых состоит коммерческое и промышленное электроснабжение, а также поскольку существуют строгие правила для обеспечения безопасности, любые работы с коммерческим электроснабжением должны выполняться только квалифицированным, сертифицированным подрядчиком по коммерческому электроснабжению.