איך למצוא כוח: נוסחה, חישוב זרם, מתח והתנגדות

פעולה ללא תקלות של המכשיר תלויה בהתאמה של המאפיינים הטכניים של המכשיר עם הנורמות של רשת האספקה. לדעת את המתח, ההתנגדות והאמפר במעגל, חשמלאי יבין כיצד למצוא את הכוח. הנוסחה לחישוב פרמטר חשוב תלויה במאפייני הרשת שאליה מחובר הצרכן.

עבודת החשמל

מכשירים מכניים ומוצרי חשמל נועדו לבצע את העבודה. לפי החוק השני של ניוטון, אנרגיה קינטית הפועלת על נקודה חומרית למשך פרק זמן מסוים מבצעת פעולה שימושית. באלקטרודינמיקה, שדה שנוצר מהפרש פוטנציאל מעביר מטענים לאורך קטע של מעגל חשמלי.

כמות העבודה שמפיק הזרם תלויה בעוצמת החשמל. באמצע המאה ה-19, ד. נ.ס. ג'ול ו-E. נ.ס. לנץ פתר את אותה בעיה. בניסויים שבוצעו, חוממה חתיכת חוט בעל התנגדות גבוהה כאשר הועבר דרכה זרם. מדענים התעניינו בשאלה כיצד לחשב את הקרדינליות של שרשרת. כדי להבין את התהליך המתרחש במוליך, יש להציג את ההגדרות הבאות:

• P - כוח.
• A היא העבודה שעושה המטען במעגל החשמלי.
• U הוא ירידת המתח במוליך.
• אני הוא הכוח הנוכחי.
• Q הוא כמות המטענים החשמליים המועברים ליחידת זמן.

כוח הוא העבודה שנעשה על ידי זרם במוליך לאורך תקופה. ההצהרה מתוארת בנוסחה: P = A ∕ ∆t.

בקטע המעגל, הפרש הפוטנציאלים בנקודות a ו-b מבצע עבודה להעברת מטענים חשמליים, אשר נקבעת על ידי המשוואה: A = U ∙ Q. הזרם הוא סך המטען העובר במוליך ליחידת זמן, אשר מבוטא מתמטית ביחס: U ∙ I = Q ∕ ∆t. לאחר התמורות מתקבלת הנוסחה להספק הזרם החשמלי: P = A ∕ ∆t = U ∙ Q ∕ ∆t = U ∙ I. ניתן לטעון כי העבודה מתבצעת במעגל, אשר תלוי בכוח שנקבע על ידי הזרם והמתח במגעים של המכשיר החשמלי המחובר.

ביצועי DC

במעגל ליניארי ללא קבלים ומשרנים, חוק אוהם מתקיים. מדען גרמני גילה את הקשר בין זרם ומתח לבין ההתנגדות של מעגל. הפתיחה מתבטאת במשוואה: I = U ∕ R. עם ערך ידוע של התנגדות העומס, ההספק מחושב בשתי דרכים: P = I ² ∙ R או P = U ² ∕ R.

אם הזרם במעגל זורם מפלוס למינוס, אנרגיית הרשת נספגת על ידי הצרכן. תהליך זה מתרחש כאשר הסוללה נטענת. אם הזרם נע בכיוון ההפוך, אז הכוח מופסק למעגל החשמלי. זה קורה במקרה של אספקת חשמל מגנרטור פועל.

כוח רשת משתנה

החישוב של מעגלים משתנים שונה מחישוב פרמטר הביצועים בקו DC. זה נובע מהעובדה ש מתח וזרם משתנים בזמן ובכיוון.

במעגל עם שינוי פאזה של זרם ומתח, נחשבים סוגי הכוח הבאים:

1. פָּעִיל.
2. תְגוּבָתִי.
3. לְהַשְׁלִים.

רכיב פעיל

החלק הפעיל של הכוח השימושי לוקח בחשבון את קצב ההמרה הבלתי הפיכה של חשמל לאנרגיה תרמית או מגנטית. בהתייעלות עם שלב אחד, הרכיב הפעיל מחושב לפי הנוסחה: P = U ∙ I ∙ cos ϕ.

במערכת היחידות הבינלאומית, SI, ערך הפריון נמדד בוואטים. הזווית ϕ מגדירה את ההיסט של המתח ביחס לזרם. במעגל תלת פאזי, החלק הפעיל מורכב מסכום ההספקים של כל שלב בודד.

הפסדים הפוכים

להפעלת קבלים, משרנים, פיתולי מנוע חשמלי, הכוח של הרשת מתבזבז. בשל התכונות הפיזיקליות של מכשירים כאלה, אנרגיה, אשר נקבעת על ידי כוח תגובתי, מוחזרת למעגל. ערך הרתיעה מחושב באמצעות המשוואה: V = U ∙ I ∙ sin ϕ.

יחידת המידה היא וואט. אפשר להשתמש במדד מחוץ למערכת של ספירת var, ששמה מורכב מהמילים האנגליות volt, amper, reaction. תרגום לרוסית, בהתאמה, פירושו "וולט", "אמפר", "פעולה הפוכה".

אם המתח לפני הזרם, אזי תזוזת הפאזה נחשבת גדולה מאפס. אחרת, שינוי הפאזה שלילי. בהתאם לערך של sin ϕ, הרכיב התגובתי הוא חיובי או שלילי. הנוכחות של עומס אינדוקטיבי במעגל מאפשרת לנו לדבר על החלק ההפיך הגדול מאפס, והמכשיר המחובר צורך אנרגיה. השימוש בקבלים הופך את הביצועים התגובתיים לשליליים והמכשיר מוסיף אנרגיה לרשת.

כדי למנוע עומס יתר ושינויים במקדם ההספק שנקבע, מותקנים מפצים במעגל. אמצעים כאלה מפחיתים את הפסדי ההספק, מפחיתים את עיוות צורת הגל הנוכחי ומאפשרים שימוש במוליכים קטנים יותר.

במלוא העוצמה

סך ההספק החשמלי קובע את העומס שהצרכן מטיל על הרשת. הרכיבים הפעילים וההפיכים משולבים עם ההספק הכולל באמצעות המשוואה: S = √ (P ² + V ²).

עם עומס אינדוקטיבי, V 0, ושימוש בקבלים הופכים את V ˂ ל-0. היעדר קבלים ומשרנים הופך את החלק התגובתי לשווה לאפס, מה שמחזיר את הנוסחה לצורתה הרגילה: S = √ (P ² + V ²) = √ (P ² + 0) = √ P ² = P = U ∙ אני. הספק לכאורה נמדד ביחידת "וולט-אמפר" שאינה SI. גרסה מקוצרת - ב ∙ א.

קריטריון תועלת

גורם ההספק מאפיין את עומס הצרכן מבחינת נוכחות החלק התגובתי של העבודה. במובן הפיזי, הפרמטר קובע את הסטת הזרם מהמתח המופעל והוא שווה ל-cos ϕ. בפועל, המשמעות היא כמות החום שנוצרת על הלידים המחברים. רמת החימום יכולה להגיע לערכים משמעותיים.

בהנדסת כוח, גורם ההספק מסומן באות היוונית λ. טווח השינוי הוא מאפס לאחד או מ-0 ל-100%. כאשר λ = 1, האנרגיה המסופקת לצרכן נצרכת לעבודה, הרכיב התגובתי נעדר. ערכים λ ≤ 0.5 נחשבים כלא מספקים.

פעולה בטוחה בכשל של מכשירים בקו החשמל נובעת מחישוב נכון של הפרמטרים הטכניים. קבוצה של נוסחאות שנגזרות מחוקי ג'ול-לנץ ואוהם עוזרת למצוא את עוצמת הזרם במעגל. התרשים הסכמטי, שנערך בצורה מוכשרת תוך התחשבות במאפיינים של המכשירים המשמשים, מגדיל את הביצועים של רשת החשמל.