Сила тока и мощность тока. Simpleinfo – все сложное простыми словами!
07 Сентября 2017
7667
Подведем итоги по разделу. Обратим внимание на некоторые важные вещи и еще разберем пройденный материал.
1.В какую сторону течет ток?
Если вы обратили внимание, во всех предыдущих статьях, направление тока обозначено от (-) к (+), то есть с отрицательного полюса к положительному. Но в статье про закон Ома, мы указали с положительного полюса к отрицательному. В статье Электрическая проводимость мы выяснили, что носителем заряда являются отрицательно заряженные частицы, под воздействие поля происходит упорядоченное движение отрицательно заряженных частиц.
Таким образом направление движения тока с отрицательного полюса к положительному. Но в схематике (при разборе схем) и в быту используется направление от положительного к отрицательному. Как я понимаю это пришло с древности, пока точно не понимали, как движутся частицы.
наведите или кликните мышкой, для анимации
наведите или кликните мышкой, для анимации
Мы же, при разборе радиоэлементов, чтобы понять, как они работают будем использовать с отрицательного к положительному. А при разборе схем, с положительного полюса к отрицательному.
2. Более простой разбор электрической цепи. Сколько потребляет нагрузка?
Мы теперь знаем, что такое замкнутая электрическая цепь. И как течет по нему ток. Также выяснили, что в цепи существует определенная сила тока, напряжение тока, сопротивление нагрузки или нагрузок, а также возникает выработка мощности. Теперь на практике выясним более подробнее.
Нужно запомнить, что чаще всего в электрической цепи, мы можем изменять напряжение тока и сопротивление нагрузки или нагрузок.
К примеру, если у нас регулируемый источник питания, мы можем установить регулятор напряжения к отметке 5 В или 12 В. Если используются батарейки, можем взять 2 “пальчиковых” батарейки, это 3 В. Либо можем использовать 3 батарейки, таким образом уже
будет 4,5 В. Что касается нагрузки, мы можем подключить 1 лампу накаливания или 2 и т.д., что приведет к изменению общего сопротивления нагрузки. А сила тока будет подстраиваться согласно закону Ома.
Силу тока нужно представлять себе так: показатель силы тока в цепи — это “потребление” нагрузки. Чем больше сила тока в цепи, чем больше потребляется ток нагрузкой. Давайте рассмотрим на примере, если взять две одинаковые аккумуляторные батареи и присоединить к ним разные нагрузки. Быстрее сядет та батарея, в цепи которой было больше силы тока.
Теперь возникает вопрос, если, меняя нагрузку, мы можем менять “потребление” тока, то значит меняя напряжение, мы также можем повлиять на “потребление” тока, то есть на силу тока. Так и есть, если мы увеличим напряжение, увеличится и ток в нагрузке. Но тут необходимо быть осторожным, так как если слишком большой ток пройдет через нагрузку, он может его испортить, так же наоборот, если недостаток тока, то устройство может не работать или работать плохо.
3. Чем отличается сила тока от мощности тока?
Еще раз вспоминаем, что такое сила тока и мощность тока.
Сила тока — это прохождение частиц за единицу времени, выше мы с вами представили силу тока, как «потребление» нагрузки. К примеру, чтобы зажечь лампочку нужно создать в цепи 0,2 Ампера силы тока. Еще проще говоря, какая нужна сила, чтобы совершить, какое-то действие. (Зажечь лапочку, крутить двигатель, греть электроплиту и т.д.)
Мощность тока – это работа, которая выполняется за единицу времени нагрузкой. То есть, когда вращается двигатель — он совершает работу, когда электроплита греет — он совершает работу, когда лампочка горит – он так же совершает работу.
Таким образом, сила тока это, потребление тока нагрузкой или необходимое количества тока, для получения выработки мощности нагрузки. Мощность тока, это работа нагрузки за единицу времени. Сила тока и мощность тока взаимосвязаны. Что бы не путаться в голове нужно держать две вещи:
- 1. В источниках питания пишут, показатель силы тока, то есть, сколько он сможет отдать.
- 2. В нагрузках, в электроприборах пишут потребление в мощностях, то есть сколько ему нужно.
наведите или кликните мышкой, для анимации
Формула мощности электрического тока
При создании новой проводки часто возникает необходимость рассчитать мощность электроприборов, находящихся в одной комнате или на одной линии. У многих людей с этим возникают проблемы. В этой статье мы разберем, какая формула мощности электрического тока используется для подсчета и как правильно ей пользоваться.
Введение
Подсчет мощности силы тока потребления необходим для того, чтобы правильно рассчитать сечение проводов, купить автоматы и защитить систему от перегрузок и возгорания. Расчет общей суммы также поможет владельцу правильно выбрать стабилизатор на вход в квартиру. Неверные расчеты могут привести к серьезным последствиям, поэтому внимательно отнеситесь к информации, описанной в нашей статье.
Основные правила и понятияРассчитываем силу тока
В работающей сети силу тока можно легко узнать при помощи мультиметра, переключив его в режим амперметра.
Для чего нужно знать силу тока? Для правильного выбора сечения кабеля и автомата. Считается она по формуле I=P/(U×cosφ), где I – это сила тока, P – мощность прибора, U – напряжение в сети. Представленная выше формула справедлива для однофазной сети. Для трехфазной используется I=P/(1,73×U×cosφ). Косинус Фи в нашем случае показывает коэффициент мощности.
Пример: на одной линии висит холодильник мощностью 150 Вт, микроволновка (800 Вт), электрочайник (1300 Вт) и блендер (1500 Вт). Все это включено одновременно. Находим действующую силу тока: I=(150+800+1300+1500)/220*0.95=17.94 Ампера. Для подобной нагрузки необходим кабель на 2.5 мм2 и автомат на 25 Ампер.
Как найти мощность устройств, работающих на одной линии? Нужно сложить все паспортные данные на этих потребителей. Косинус Фи принят за 0,95, что является наиболее приближенным к реальности, хотя в некоторых случаях его принимают за 1.
Если в сеть подключаются “жирные” потребители, такие как бойлер, духовой шкаф, электрокотел или электрический твердый пол, то разумнее использовать коэффициент фи на уровне 0,8. Соответственно, для одной фазы считается напряжение на 220 вольт, для трех фаз – 380 вольт.
Немного теории
Теперь давайте рассмотрим действующую формулу электрической мощности. Прежде всего разберем, что это вообще такое. Мощностью называют скорость, с которой энергия перетекает из одного вида в другой, преобразуется или потребляется. Она измеряется в ваттах. Ток силой в один ампер обладает мощностью в один ватт при имеющейся разности потенциалов в один ватт.
Силу тока можно замерить амперметром или мультиметромДля подсчета используется формула P = I*U. Этот показатель показывает, сколько “кушает” прибор при работе.
Внимание: существуют различные виды мощности.
Их необходимо отличать, чтобы правильно собрать проводку и рассчитать нормативы для закупки кабелей и автоматов.
Виды
Существует два основных типа показателей:
- Номинальная. Та, которую устройство потребялет за единицу времени. Для холодильника это 150 ватт, для микроволновки, в зависимости от настроек – 600-800 ватт, для лампочки 65 или 99 ватт и пр.
- Стартовая. Формула расчета мощности этого типа не отличается от классической, несмотря на то, что стартовая может превышать на порядок номинальную. К примеру, тот же холодильник в момент старта потребляет до 2 кВт энергии, необходимой на запуск двигателя и всех систем.
Главное, что нужно знать о стартовой мощности – она временная и краткосрочная, но ее нужно обязательно учитывать при создании проводки. Обычно для этого делается запас. К примеру, кабель на 2,5 квадрата выдерживает до 4,5 кВт и на него ставится автомат на 25А. Поэтому, если у вас суммарный коэффициент по линии доходит до 4 или 4.3, то лучше не рисковать и поставить дополнительную линию, чем в один прекрасный момент ваша проводка просто сгорит.
Зная, чему равна мощность электрического тока для каждого устройства, находящегося на линии, выделите те, которые вполне могут работать одновременно. Почитайте о технических характеристиках своих устройств, после чего сложите мощность всех подключенных. Затем добавьте к получившемуся числу 30% на всякие тяги и помехи – вот это и станет запасом для стартовых неприятностей.
НЕ ЗАБЫВАЕМ: Законы Кирхгофа они же Правила Кирхгофа для тока и напряжения.Цепь переменного синусоидального тока c частотой ω.Применимость формул: пренебрегаем зависимостью сопротивлений от силы тока и частоты.Напомним, что любой сигнал, может быть с любой точностью разложен в ряд Фурье, т.е. в предположении, что параметры сети Закон Ома для цепей переменного тока:
|
Мощность. Сопротивление. Ток. Напряжение. Закон Ома.
Мощность электрического тока: формула
Прежде чем рассматривать электрическую мощность, следует определиться, что же представляет собой мощность вообще, как физическое понятие. Обычно, говоря об этой величине, подразумевается определенная внутренняя энергия или сила, которой обладает какой-либо объект. Это может быть мощность устройства, например, двигателя или действия (взрыв). Ее не следует путать с силой, поскольку это разные понятия.
Что такое мощность электрического тока
Любые физические действия совершаются под влиянием силы. С ее помощью проделывается определенный путь, то есть выполняется работа. В свою очередь, работа А, проделанная в течение определенного времени t, составит значение мощности, выраженное формулой: N = A/t (Вт = Дж/с). Другое понятие мощности связано со скоростью преобразования энергии той или иной системы. Одним из таких преобразований является мощность электрического тока, с помощью которой также выполняется множество различных работ. В первую очередь она связана с электродвигателями и другими устройствами, выполняющими полезные действия.
Мощность тока связана сразу с несколькими физическими величинами. Напряжение (U) представляет собой работу, затрачиваемую на перемещение 1 кулона. Сила тока (I) соответствует количеству кулонов, проходящих за 1 секунду. Таким образом, ток, умноженный на напряжение (I x U), соответствует полной работе, выполненной за 1 секунду. Полученное значение и будет мощностью электрического тока.
Приведенная формула мощности тока показывает, что мощность находится в одинаковой зависимости от силы тока и напряжения. Отсюда следует, что одно и то же значение этого параметра можно получить за счет большого тока и малого напряжения и, наоборот, при высоком напряжении и малом токе. Это свойство позволяет передавать электроэнергию на дальние расстояния от источника к потребителям. В процессе передачи ток преобразуется с помощью трансформаторов, установленных на повышающих и понижающих подстанциях.
Существует два основных вида электрической мощности – активная и реактивная. В первом случае происходит безвозвратное превращение мощности электрического тока в механическую, световую, тепловую и другие виды энергии. Для нее применяется единица измерения – ватт. 1Вт = 1В х 1А. На производстве и в быту используются более крупные значения – киловатты и мегаватты.
К реактивной мощности относится такая электрическая нагрузка, которая создается в устройствах за счет индуктивных и емкостных колебаний энергии электромагнитного поля. В переменном токе эта величина представляет собой произведение, выраженное следующей формулой: Q = U х I х sin(угла). Синус угла означает сдвиг фаз между рабочим током и падением напряжения. Q является реактивной мощностью, измеряемой в Вар – вольт-ампер реактивный. Данные расчеты помогают эффективно решить вопрос, как найти мощность электрического тока, а формула, существующая для этого, позволяет быстро выполнить вычисления.
Обе мощности можно наглядно рассмотреть на простом примере. Какое-либо электротехническое устройство оборудовано нагревательными элементами – ТЭНами и электродвигателем. Для изготовления ТЭНов используется материал, обладающий высоким сопротивлением, поэтому при прохождении по нему тока, вся электрическая энергия преобразуется в тепловую. Данный пример очень точно характеризует активную электрическую мощность.
Что касается электродвигателя, то внутри него расположена медная обмотка, обладающая индуктивностью, которая, в свою очередь, обладает эффектом самоиндукции. Благодаря этому эффекту, происходит частичный возврат электричества обратно в сеть. Возвращаемая энергия характеризуется небольшим смещением в параметрах напряжения и тока, оказывая негативное влияние на электрическую сеть в виде дополнительных перегрузок.
Такие же свойства имеют и конденсаторы из-за своей электрической емкости, когда накопленный заряд отдается обратно. Здесь также смещаются значения тока и напряжения, только в противоположном направлении.
Данная энергия индуктивности и емкости, со смещением по фазе относительно значений действующей электросети, как раз и есть реактивная электрическая мощность. Благодаря противоположному эффекту индуктивности и емкости в отношении сдвига фазы, становится возможным выполнить компенсацию реактивной мощности, повышая, тем самым, эффективность и качество электроснабжения.
По какой формуле вычисляется мощность электрического тока
Правильное и точное решение вопроса чему равна мощность электрического тока, играет решающую роль в деле обеспечения безопасной эксплуатации электропроводки, предупреждения возгораний из-за неправильно выбранного сечения проводов и кабелей. Мощность тока в активной цепи зависит от силы тока и напряжения. Для измерения силы тока существует прибор – амперметр. Однако не всегда возможно воспользоваться этим прибором, особенно когда проект здания еще только составляется, а электрической цепи просто не существует. Для таких случаев предусмотрена специальная методика проведения расчетов. Силу тока можно определить по формуле при наличии значений мощности, напряжения сети и характера нагрузки.
Существует формула мощности тока, применительно к постоянным значениям силы тока и напряжения: P = U x I. При наличии сдвига фаз между силой тока и напряжением, для расчетов используется уже другая формула: P = U x I х cos φ. Кроме того, мощность можно определить заранее путем суммирования мощности всех приборов, которые запланированы к вводу в эксплуатацию и подключению к сети. Эти данные имеются в технических паспортах и руководствах по эксплуатации устройств и оборудования.
Таким образом, формула определения мощности электрического тока позволяет вычислить силу тока для однофазной сети: I = P/(U x cos φ), где cos φ представляет собой коэффициент мощности. При наличии трехфазной электрической сети сила тока вычисляется по такой же формуле, только к ней добавляется фазный коэффициент 1,73: I = P/(1,73 х U x cos φ). Коэффициент мощности полностью зависит от характера планируемой нагрузки.
Если предполагается использовать лишь лампы освещения или нагревательные приборы, то он будет составлять единицу.
При наличии реактивных составляющих в активных нагрузках, коэффициент мощности уже считается как 0,95. Данный фактор обязательно учитывается в зависимости от того, какой тип электропроводки используется. Если приборы и оборудование обладают достаточно высокой мощностью, то коэффициент составит 0,8. Это касается сварочных аппаратов, электродвигателей и других аналогичных устройств.
Для расчетов при наличии однофазного тока значение напряжения принимается 220 вольт. Если присутствует трехфазный ток, расчетное напряжение составит 380 вольт. Однако с целью получения максимально точных результатов, необходимо использовать в расчетах фактическое значение напряжения, измеренное специальными приборами.
От чего зависит мощность тока
Мощность тока, различных приборов и оборудования зависит сразу от двух основных величин – силы тока и напряжения. Чем выше ток, тем больше значение мощности, соответственно, при повышении напряжения, мощность также возрастает. Если напряжение и сила тока увеличиваются одновременно, то мощность электрического тока будет возрастать как произведение той и другой величины: N = I x U.
Очень часто возникает вопрос, в чем измеряется мощность тока? Основной единицей измерения этой величины является 1 ватт (Вт). Таким образом, 1 ватт является мощностью устройства, потребляющего ток силой в 1 ампер, при напряжении 1 вольт. Подобной мощностью обладает, например, лампочка от обычного карманного фонарика.
Расчетное значение мощности позволяет точно определить расход электрической энергии. Для этого необходимо взять произведение мощности и времени. Сама формула выглядит так: W = IUt где W является расходом электроэнергии, произведение IU – мощностью, а t – количеством отработанного времени. Например, чем больше продолжается работа электрического двигателя, тем большая работа им совершается. Соответственно возрастает и потребление электроэнергии.
Работа и мощность тока | Физика
Какую работу совершает электрический ток, проходя по тому или иному участку цепи? Чтобы определить это, вспомним, что такое напряжение. Согласно формуле (11.1) U = A/q. Отсюда следует, что
A = qU, (18.1)
где A — работа тока; q — электрический заряд, прошедший за данное время через рассматриваемый участок цепи. Подставляя в последнее равенство выражение q = It, получаем
A = IUt. (18.2)
Итак, чтобы найти работу тока на участке цепи, надо напряжение на концах этого участка U умножить на силу тока I и на время t, в течение которого совершалась работа.
Действие тока характеризуют не только работой A, но и мощностью P. Мощность тока показывает, какую работу совершает ток за единицу времени. Если за время t была совершена работа A, то мощность тока P = A/t. Подставляя в это равенство выражение (18.2), получаем
P = IU. (18.3)
Итак, чтобы найти мощность электрического тока P, надо силу тока I умножить на напряжение U.
В Международной системе единиц (СИ) работу выражают в джоулях (Дж), мощность — в ваттах (Вт), а время — в секундах (с). При этом
1 Вт = 1 Дж/с, 1 Дж = 1 Вт · с.
Мощности некоторых электроустройств, выраженные в киловаттах (1 кВт = 1000 Вт), приведены в таблице 5.
Рассчитаем наибольшую допустимую мощность потребителей электроэнергии, которые могут одновременно работать в квартире. Так как в жилых зданиях сила тока в проводке не должна превышать I = 10 А, то при напряжении U = 220 В соответствующая электрическая мощность оказывается равной:
P = 10 A · 220 В = 2200 Вт = 2,2 кВт.
Одновременное включение в сеть приборов с большей суммарной мощностью приведет к увеличению силы тока и потому недопустимо.
В быту работу тока (или израсходованную на совершение этой работы электроэнергию) измеряют с помощью специального прибора, называемого электрическим счетчиком (счетчиком электроэнергии). При прохождении тока через этот счетчик внутри его начинает вращаться легкий алюминиевый диск. Скорость его вращения оказывается пропорциональной силе тока и напряжению. Поэтому по числу оборотов, сделанных им за данное время, можно судить о работе, совершенной током за это время. Работа тока при этом выражается обычно в киловатт-часах (кВт·ч).
1 кВт·ч — это работа, совершаемая электрическим током мощностью 1 кВт в течение 1 ч. Так как 1 кВт = 1000 Вт, а 1 ч = 3600 с, то
1 кВт·ч = 1000 Вт · 3600 с = 3 600 000 Дж.
??? 1. Как находится работа электрического тока? 2. По какой формуле находится мощность тока? 3. С помощью какого прибора измеряют работу тока? Какая единица работы при этом используется? 4. Сложите мощности всех имеющихся у вас дома электрических устройств. Допустимо ли их одновременное включение в сеть? Почему?
Экспериментальное задание. Рассмотрите у себя дома счетчик электроэнергии. Выясните, как снимаются с него показания. Измерьте с его помощью электроэнергию, израсходованную задень. В течение следующего дня старайтесь экономить энергию — не оставляйте включенным свет, если это не нужно; выключайте электроприборы, которыми в данный момент не пользуетесь; не смотрите все подряд по телевизору. После этого определите с помощью счетчика, сколько электроэнергии вам удалось сэкономить. Вычислите стоимость этой энергии. Сколько денег вам удастся сберечь при подобной экономии энергии за месяц?
Калькулятор перевода силы тока в мощность
Мощность в электрической цепи представляет собой энергию, потребляемую нагрузкой от источника в единицу времени, показывая скорость ее потребления. Единица измерения Ватт [Вт или W]. Сила тока отображает количество энергии прошедшей за величину времени, то есть указывает на скорость прохождения.
Измеряется в амперах [А или Am]. А напряжение протекания электрического тока (разность потенциалов между двумя точками) измеряется в вольтах. Сила тока прямо пропорциональна напряжению.
Чтобы самостоятельно рассчитать соотношение Ампер / Ватт или Вт / А, нужно использовать всем известный закон Ома. Мощность численно равна произведению тока, протекающего через нагрузку, и приложенного к ней напряжения. Определяется одним из трех равенств: P = I * U = R * I² = U²/R.
Следовательно, чтобы определить мощность источника потребления энергии, когда известна сила тока в сети, нужно воспользоваться формулой: Вт (ватты) = А (амперы) x I (вольты). А чтобы произвести обратное преобразование, надо перевести мощность в ваттах на силу потребления тока в амперах: Ватт / Вольт. Когда же имеем дело с 3-х фазной сетью, то придется еще и учесть коэффициент 1,73 для силы тока в каждой фазе.
Сколько Ватт в 1 Ампере и ампер в вате?
Чтобы перевести Ватты в Амперы при переменном или постоянном напряжении понадобится формула:
I = P / U, где
I – это сила тока в амперах; P – мощность в ваттах; U – напряжение у вольтахесли сеть трехфазная, то I = P/(√3xU), поскольку нужно учесть напряжение в каждой из фаз.
Корень из трех приблизительно равен 1,73.
То есть, в одном ватте 4,5 мАм (1А = 1000мАм) при напряжении в 220 вольт и 0,083 Am при 12 вольтах.Когда же необходимо перевести ток в мощность (узнать, сколько в 1 ампере ватт), то применяют формулу:
P = I * U или P = √3 * I * U, если расчеты проводятся в 3-х фазной сети 380 V.
А значит, если имеем дело с автомобильной сетью на 12 вольт, то 1 ампер — это 12 Ватт, а в бытовой электросети 220 V такая сила тока будет в электроприборе мощностью 220 Вт (0,22 кВт). В промышленном оборудовании, питающемся от 380 Вольт, целых 657 Ватт.
Таблица перевода Ампер – Ватт:
| 6 | 12 | 24 | 220 | 380 | Вольт | |
| 5 Ватт | 0,83 | 0,42 | 0,21 | 0,02 | 0,008 | Ампер |
| 6 Ватт | 1,00 | 0,5 | 0,25 | 0,03 | 0,009 | Ампер |
| 7 Ватт | 1,17 | 0,58 | 0,29 | 0,03 | 0,01 | Ампер |
| 8 Ватт | 1,33 | 0,67 | 0,33 | 0,04 | 0,01 | Ампер |
| 9 Ватт | 1,5 | 0,75 | 0,38 | 0,04 | 0,01 | Ампер |
| 10 Ватт | 1,67 | 0,83 | 0,42 | 0,05 | 0,015 | Ампер |
| 20 Ватт | 3,33 | 1,67 | 0,83 | 0,09 | 0,03 | Ампер |
| 30 Ватт | 5,00 | 2,5 | 1,25 | 0,14 | 0,045 | Ампер |
| 40 Ватт | 6,67 | 3,33 | 1,67 | 0,13 | 0,06 | Ампер |
| 50 Ватт | 8,33 | 4,17 | 2,03 | 0,23 | 0,076 | Ампер |
| 60 Ватт | 10,00 | 5,00 | 2,50 | 0,27 | 0,09 | Ампер |
| 70 Ватт | 11,67 | 5,83 | 2,92 | 0,32 | 0,1 | Ампер |
| 80 Ватт | 13,33 | 6,67 | 3,33 | 0,36 | 0,12 | Ампер |
| 90 Ватт | 15,00 | 7,50 | 3,75 | 0,41 | 0,14 | Ампер |
| 100 Ватт | 16,67 | 8,33 | 4,17 | 0,45 | 0,15 | Ампер |
| 200 Ватт | 33,33 | 16,67 | 8,33 | 0,91 | 0,3 | Ампер |
| 300 Ватт | 50,00 | 25,00 | 12,50 | 1,36 | 0,46 | Ампер |
| 400 Ватт | 66,67 | 33,33 | 16,7 | 1,82 | 0,6 | Ампер |
| 500 Ватт | 83,33 | 41,67 | 20,83 | 2,27 | 0,76 | Ампер |
| 600 Ватт | 100,00 | 50,00 | 25,00 | 2,73 | 0,91 | Ампер |
| 700 Ватт | 116,67 | 58,33 | 29,17 | 3,18 | 1,06 | Ампер |
| 800 Ватт | 133,33 | 66,67 | 33,33 | 3,64 | 1,22 | Ампер |
| 900 Ватт | 150,00 | 75,00 | 37,50 | 4,09 | 1,37 | Ампер |
| 1000 Ватт | 166,67 | 83,33 | 41,67 | 4,55 | 1,52 | Ампер |
Зачем нужен калькулятор
Онлайн калькулятор позволит быстро перевести ток в мощность.
Он позволяет пересчитать потребляемую силу тока 1 Ампер в Ватт мощности, какого-либо потребителя при напряжении 12 либо 220 и 380 Вольт.
Такой перевод мощности используют как при подборе генератора для потребителей тока в бортсети автомобиля 12 Вольт с постоянным током, так и в бытовой электронике, при прокладывании проводки.
Поэтому калькулятор перевода мощности в амперы или силу тока в ватты потребуется абсолютно всем электрикам или тем, кто занимается ею и хочет быстро перевести эти единицы. Но все же калькулятор главным образом предназначен для автовладельцев. С его помощью можно посчитать каждый электрокомпонент в автомобиле и использовать полученную сумму, чтобы понять, сколько электричества должен вырабатывать генератор или какой емкостью поставить аккумулятор.
Как пользоваться
Чтоб воспользоваться быстрым переводом и пересчитать Ампер в мощность Ватт необходимо будет:
- Ввести значение напряжения, которое питает источник.
- В одной ячейке указать значение потребляемого тока (в списке можно выбрать Ампер либо мАм).
- В другом поле сразу появится результат пересчета “ток в мощность” (по умолчанию отображается в Ватт, но есть возможность установить и кВт, тогда значение автоматически пересчитается в киловатты мощности).
Преобразование можно сделать как с амперов в ватты, так и на оборот с W в A, достаточно просто сразу ввести мощность потребителя, и тогда в другой ячейке отобразится сила потребляемого тока в сети с конкретно указанным напряжением.
Часто задаваемые вопросы
Сколько Ватт в Ампере?
Если речь об автомобильной сети, то в одном ампере 12 Ватт при напряжении 12В. В бытовой электросети 220 Вольт, сила тока в 1 ампер будет равна мощности потребителя на 220 Ватт, но если речь идет о промышленной сети 380 Вольт, то 657 Ватт в ампере.
12 ампер сколько ватт?
Сколько ватт мощности при 12 амперах потребления тока будет зависеть от того в сети с каким напряжением работает сам потребитель. Так 12А это может быть: 144 Ватт в автомобильной сети 12V; 2640 Ватт в сети 220V; 7889 Ватт в электросети 380 Вольт.
220 ватт сколько ампер?
Сила тока потребителя мощностью 220 Ватт будет отличаться зависимо от сети, в которой он работает. Это может быть: 18A при напряжении 12 Вольт, 1A если напряжение 220 Вольт либо 6A, когда потребление тока происходит в сети 380 Вольт.
5 ампер сколько ватт?
Чтобы узнать сколько Ватт потребляет источник на 5 ампер достаточно воспользоваться формулой P = I * U. То есть если потребитель включен в автомобильную сеть где всего 12 Вольт, то 5А будет 60W. При потреблении 5 ампер в сети 220V означает что мощность потребителя составляет 1100W. Когда потребление пяти ампер происходит в двухфазной сети 380V, то мощность источника составляет 3290 Ватт.
Онлайн калькулятор: Работа и мощность тока
Данный калькулятор можно использовать для проверки решений задач на тему «Постоянный ток. Работа и мощность тока», которая изучается в школьном курсе физики. Чтобы воспользоваться калькулятором, надо ввести известные в задаче значения, и оставить пустыми поля для неизвестных значений. Калькулятор, если ему хватает введенных данных, рассчитает и отобразит неизвестные значения.
Пример задачи: Подъемный кран потребляет ток силой 40А из сети с напряжением 380В. На подъем бетонной плиты кран затратил 3.5 минуты. Определите работу, которую совершил кран.
Для проверки решения этой задачи калькулятором надо ввести 40 в поле «Сила тока», 380 — в поле «Напряжение» и 3.5 — в поле «Время», поставив значение единиц времени в «минуты». В результате калькулятор рассчитает величину работы, а также мощности и сопротивления. Формулы расчета приведены под калькулятором.
Работа и мощность тока
ЕдиницымААмперкАМАЕдиницымВВольткВМВЕдиницымОмОмкОмМОмЕдиницыДжоульМДжкВт•часЕдиницыВатткВтМВтЕдиницысекундыминутычасыТочность вычисленияЗнаков после запятой: 2
Сила тока, Ампер
Напряжение, Вольт
Сопротивление, Ом
Работа, Джоуль
Мощность, Ватт
Время, секунд
content_copy Ссылка save Сохранить extension Виджет
Работа и мощность тока
Под работой тока понимают работу, совершаемую электрическими силами по переносу заряженных частиц. Эта работа оценивается как произведение величины перенесенного заряда на величину разности потенциалов (напряжения) между начальной и конечной точками переноса.
С другой стороны, силу тока можно также выразить через величину перенесенного заряда
Откуда можно выразить работу тока, как скалярную величину, равную произведению силы тока, напряжения и времени, в течении которого шел ток
Кстати, исходя из этого соотношения, 1Дж = 1В·1А·1с
Применяя закон Ома для участка цепи
Можно получить производные формулы для работы:
Так как мощность это работа, совершенная за единицу времени, соответственно, мощность тока — это работа тока, совершенная за единицу времени.
Соответственно, мощность можно выразить как
| Вин (В): 48 (26–55) | Vout (V): 1,5 (0,8 — 1,7) | Выходной ток (А): 50 | Упаковка: Половина чипа | Подробности | |
| Вин (В): 48 (26–55) | Vout (V): 1. 5 (0,8 — 1,7) | Выходной ток (А): 115 | Упаковка: Полный чип | Подробности | |
| Вин (В): 48 (26–55) | Vout (V): 2.0 (1,1 — 2,3) | Выходной ток (А): 40 | Упаковка: Половина чипа | Подробности | |
| Вин (В): 48 (26–55) | Vout (V): 2.0 (1,1 — 2,3) | Выходной ток (А): 80 | Упаковка: Полный чип | Подробности | |
| Вин (В): 48 (26–55) | Vout (V): 3. 0 (1,6 — 3,4) | Выходной ток (А): 70 | Упаковка: Полный чип | Подробности | |
| Вин (В): 48 (26–55) | Vout (V): 4.0 (2,17 — 4,58) | Выходной ток (А): 50 | Упаковка: Полный чип | Подробности | |
| Вин (В): 48 (26–55) | Vout (V): 6.0 (3,25 — 6,87) | Выходной ток (А): 20 | Упаковка: Половина чипа | Подробности | |
| Вин (В): 48 (26–55) | Vout (V): 6. 0 (3,25 — 6,87) | Выходной ток (А): 40 | Упаковка: Полный чип | Подробности | |
| Вин (В): 48 (26–55) | Vout (V): 8.0 (4,34 — 9,16) | Выходной ток (А): 30 | Упаковка: Полный чип | Подробности | |
| Вин (В): 48 (26–55) | Vout (V): 9.6 (6,4 — 11,0) | Выходной ток (А): 25 | Упаковка: Полный чип | Подробности | |
| Вин (В): 48 (26–55) | Vout (V): 16 (8. 67 — 18,3) | Выходной ток (А): 15 | Упаковка: Полный чип | Подробности | |
| Вин (В): 48 (26–55) | Vout (V): 24 (13.8 — 26,5) | Выходной ток (А): 12 | Упаковка: Полный чип | Подробности | |
| Вин (В): 48 (26–55) | Vout (V): 32 (17.3 — 36,7) | Выходной ток (А): 9 | Упаковка: Полный чип | Подробности | |
| Вин (В): 48 (26–55) | Vout (V): 48 (26–55) | Выходной ток (А): 6 | Упаковка: Полный чип | Подробности | |
| Вин (В): 48 (26–55) | Vout (V): 12 (6. 5 — 13,8) | Выходной ток (А): 10 | Упаковка: Половина чипа | Подробности | |
| Вин (В): 48 (26–55) | Vout (V): 12 (6.5 — 13,8) | Выходной ток (А): 25 | Упаковка: Полный чип | Подробности | |
| Вин (В): 48 (26–55) | Vout (V): 4.0 (2,17 — 4,58) | Выходной ток (А): 25 | Упаковка: Половина чипа | Подробности | |
| Вин (В): 48 (26–55) | Vout (V): 4. 0 (2,2 — 4,6) | Выходной ток (А): 50 | Упаковка: Полный чип | Подробности | |
| Вин (В): 48 (26–55) | Vout (V): 12 (6.5 — 13,8) | Выходной ток (А): 25 | Упаковка: Полный чип | Подробности | |
| Вин (В): 48 (0–60) | Vout (V): 12 (0–15) | Выходной ток (А): 12.5 | Упаковка: 2308 SM-чип | Подробности | |
| Вин (В): 48 (0–60) | Vout (V): 6 (0 — 7. 5) | Выходной ток (А): 25 | Упаковка: 2308 SM-чип | Подробности | |
| Показать все |
Что такое электрический ток? | Живая наука
Электрический ток — это движущийся электрический заряд.Он может принимать форму внезапного разряда статического электричества, например, разряда молнии или искры между вашим пальцем и пластиной выключателя заземления. Однако чаще, когда мы говорим об электрическом токе, мы имеем в виду более контролируемую форму электричества, вырабатываемую генераторами, батареями, солнечными элементами или топливными элементами.
Большая часть электрического заряда переносится электронами и протонами внутри атома. Протоны имеют положительный заряд, а электроны — отрицательный. Однако протоны в основном иммобилизованы внутри атомных ядер, поэтому перенос заряда из одного места в другое выполняют электроны.Электроны в проводящем материале, таком как металл, в значительной степени могут свободно перемещаться от одного атома к другому по своим зонам проводимости, которые являются высшими электронными орбитами. По словам Серифа Урана, профессора физики в Питтсбургском государственном университете, достаточная электродвижущая сила (ЭДС) или напряжение создает дисбаланс заряда, который может заставить электроны перемещаться по проводнику в виде электрического тока.
Хотя сравнивать электрический ток с потоком воды в трубе немного рискованно, есть некоторые сходства, которые могут облегчить понимание.По словам Майкла Дубсона, профессора физики из Университета Колорадо Болдера, мы можем представить поток электронов в проводе как поток воды в трубе. Предостережение: в этом случае труба всегда заполнена водой. Если мы откроем клапан на одном конце, чтобы впустить воду в трубу, нам не нужно ждать, пока вода дойдет до конца трубы. Мы получаем воду из другого конца почти мгновенно, потому что поступающая вода выталкивает воду, которая уже находится в трубе, к концу.Вот что происходит в случае электрического тока в проводе. Электроны проводимости уже присутствуют в проводе; нам просто нужно начать толкать электроны на одном конце, и они почти сразу начинают течь на другом конце.
Согласно веб-сайту HyperPhysics Государственного университета Джорджии, фактическая скорость электрона в проводе составляет порядка нескольких миллионов метров в секунду, но он не движется прямо по проводу. Он подскакивает почти наугад и движется только со скоростью несколько миллиметров в секунду.Это называется дрейфовой скоростью электрона. Однако скорость передачи сигнала, когда электроны начинают выталкивать другой конец провода после того, как мы щелкаем выключателем, почти равна скорости света, которая составляет около 300 миллионов метров в секунду (186 000 миль в секунду). В случае переменного тока, когда ток меняет направление 50 или 60 раз в секунду, большая часть электронов никогда не выходит из провода.
Несбалансированность начислений может быть создана несколькими способами.Первым известным способом было создание статического заряда путем трения друг о друга двух разных материалов, например, протирания кусочка янтаря мехом животных. Затем можно создать ток, прикоснувшись янтарем к телу с меньшим зарядом или к земле. Однако этот ток имел очень высокое напряжение, очень низкую силу тока и длился всего долю секунды, поэтому его нельзя было заставить выполнять какую-либо полезную работу.
Постоянный ток
Следующим известным способом создания дисбаланса зарядов была электрохимическая батарея, изобретенная в 1800 году итальянским физиком Алессандро Вольта, в честь которого названа единица электродвижущей силы — вольт (В).Его «гальваническая куча» состояла из стопки чередующихся цинковых и медных пластин, разделенных слоями ткани, пропитанной соленой водой, и производил устойчивый источник постоянного тока (DC). Он и другие улучшили и усовершенствовали свое изобретение в течение следующих нескольких десятилетий. По данным Национального музея американской истории, «батареи привлекли внимание многих ученых и изобретателей, и к 1840-м годам они обеспечивали током новые электрические устройства, такие как электромагниты Джозефа Генри и телеграф Сэмюэля Морса.»
Другие источники постоянного тока включают топливные элементы, которые объединяют кислород и водород в воду и вырабатывают в процессе электрическую энергию. Кислород и водород можно подавать в виде чистых газов или из воздуха и химического топлива, такого как спирт. Другой источник постоянного тока ток — это фотоэлектрический или солнечный элемент. В этих устройствах фотонная энергия солнечного света поглощается электронами и преобразуется в электрическую энергию.
Переменный ток
Большая часть электричества, которое мы используем, поступает в виде переменного тока (AC) от электрического Энергосистема.Переменный ток вырабатывается электрическими генераторами, которые работают по закону индукции Фарадея, с помощью которого изменяющееся магнитное поле может индуцировать электрический ток в проводнике. В генераторах есть вращающиеся катушки из проволоки, которые проходят через магнитные поля при их вращении. Когда катушки вращаются, они открываются и закрываются относительно магнитного поля и производят электрический ток, который меняет направление на противоположное каждые пол-оборота. Ток проходит полный прямой и обратный цикл 60 раз в секунду, или 60 герц (Гц) (50 Гц в некоторых странах).
Генераторы могут работать от паровых турбин, работающих на угле, природном газе, масле или ядерном реакторе. Они также могут приводиться в действие ветряными турбинами или водяными турбинами на плотинах гидроэлектростанций.
Из генератора ток проходит через серию трансформаторов, где он повышается до гораздо более высокого напряжения для передачи. Причина этого в том, что диаметр проводов определяет величину тока или силы тока, которую они могут проводить без перегрева и потери энергии, но напряжение ограничивается только тем, насколько хорошо линии изолированы от земли.Интересно отметить, что ток передается только по одному проводу, а не по двум. Две стороны постоянного тока обозначены как положительная и отрицательная. Однако, поскольку полярность переменного тока меняется 60 раз в секунду, две стороны переменного тока обозначаются как горячая и заземленная. В линиях электропередачи на большие расстояния провода проходят через горячую сторону, а земля проходит через землю, замыкая цепь.
Поскольку мощность равна напряжению, умноженному на силу тока, вы можете послать больше мощности по линии при той же силе тока, используя более высокое напряжение.Затем высокое напряжение понижается по мере того, как оно распределяется по сети подстанций, пока не достигает трансформатора рядом с вашим домом, где оно наконец понижается до 110 В. (В Соединенных Штатах настенные розетки и лампы работают от 110 В. при 60 Гц. В Европе почти все работает от 230 В при 50 Гц.)
Как только ток достигает конца линии, большая часть его используется одним из двух способов: либо для обеспечения тепла и света через электрическое сопротивление. , или механическое движение за счет электрической индукции.Есть еще несколько приложений — на ум приходят люминесцентные лампы и микроволновые печи — которые работают на разных принципах, но львиная доля энергии идет на устройства, основанные на сопротивлении и / или индуктивности. Фен, например, использует и то, и другое одновременно.
Это подводит нас к важной особенности электрического тока: он может выполнять работу. Он может освещать ваш дом, стирать и сушить одежду и даже поднимать дверь гаража одним щелчком выключателя. Однако все более важной становится способность электрического тока передавать информацию, особенно в виде двоичных данных.Хотя для подключения к Интернету вашего компьютера требуется лишь небольшая часть электрического тока, скажем, электрического обогревателя, он становится все более и более важным для современной жизни.
Дополнительные ресурсы
Война токов: мощность переменного тока и постоянного тока
Это #GridWeek на Energy.gov. Мы подчеркиваем наши усилия по поддержанию надежной, отказоустойчивой и безопасной электросети по всей стране и то, что это значит для вас. В четверг, 20 ноября, в 14:00 по восточноевропейскому времени мы проведем чат в Твиттере на тему «Как работает сеть».Присылайте нам свои вопросы в Twitter, Facebook и Google+, используя #GridWeek.
Начиная с конца 1880-х годов Томас Эдисон и Никола Тесла были втянуты в битву, известную теперь как Война течений.
Эдисон разработал постоянный ток — ток, который непрерывно течет в одном направлении, как в батарее или топливном элементе. В первые годы развития электричества постоянный ток (сокращенно DC) был стандартом в США.
Но была одна проблема. Постоянный ток нелегко преобразовать в более высокие или более низкие напряжения.
Тесла считал, что переменный ток (или переменный ток) был решением этой проблемы. Переменный ток меняет направление на обратное определенное количество раз в секунду — 60 в США — и может быть относительно легко преобразован в различные напряжения с помощью трансформатора.
Эдисон, не желая терять гонорары, которые он получал от своих патентов на постоянный ток, начал кампанию по дискредитации переменного тока. Он распространял дезинформацию, говоря, что переменный ток более опасен, и даже зашел так далеко, что публично казнил бездомных животных электрическим током, используя переменный ток, чтобы доказать свою точку зрения.
Всемирная выставка в Чикаго, также известная как Всемирная колумбийская выставка, проходила в 1893 году, в разгар нынешней войны.
General Electric предложила электрифицировать ярмарку, используя постоянный ток Эдисона, за 554 000 долларов, но проиграла Джорджу Вестингаузу, который сказал, что может обеспечить электроэнергию ярмарку всего за 399 000 долларов, используя переменный ток Tesla.
В том же году Niagara Falls Power Company решила заключить с Westinghouse, которая лицензировала патент на многофазный асинхронный двигатель переменного тока Tesla, контракт на производство электроэнергии на Ниагарском водопаде.Хотя некоторые сомневались, что этот водопад может привести в действие весь Буффало, штат Нью-Йорк, Тесла был убежден, что он может привести не только в действие Буффало, но и на всю восточную часть Соединенных Штатов.
16 ноября 1896 года Буффало был освещен переменным током от Ниагарского водопада. К этому времени General Electric тоже решила запрыгнуть на поезд переменного тока.
Похоже, что переменный ток почти уничтожил постоянный ток, но в последние годы постоянный ток пережил своего рода возрождение.
Сегодня наша электроэнергия по-прежнему в основном питается от переменного тока, но компьютеры, светодиоды, солнечные элементы и электромобили работают на постоянном токе. Теперь доступны методы преобразования постоянного тока в более высокие и более низкие напряжения. Поскольку постоянный ток более стабилен, компании находят способы использования постоянного тока высокого напряжения (HVDC) для транспортировки электроэнергии на большие расстояния с меньшими потерями электроэнергии.
Получается, что Война течений еще не окончена.Но вместо того, чтобы продолжать горячую битву переменного и постоянного тока, похоже, что два тока в конечном итоге будут работать параллельно друг другу в своего рода гибридном перемирии.
И ничего из этого было бы невозможно без гения Теслы и Эдисона.
Примечание.
Этот пост был первоначально опубликован в рамках серии статей «Эдисон против Теслы» в ноябре 2013 года.
Обзор технологии обработки энергии с питанием от тока
Импульсные источники питания в диапазоне мощности в несколько десятков киловатт постепенно вытесняют традиционные топологии на основе кремниевого управляемого выпрямителя (SCR) в течение последних нескольких десятилетий.Преимущества и недостатки хорошо известны. Высокочастотная работа импульсных источников питания позволяет уменьшить размер и вес магнитных компонентов, а также сократить время отклика на возмущения линии и нагрузки. Принципиальный недостаток состоит в том, что требования, предъявляемые к коммутационным устройствам, делают импульсные источники питания высокой мощности менее надежными, чем их аналоги на основе SCR.
В настоящее время развертываются многочисленные топологии силовых цепей для мощных импульсных приложений.Наиболее распространенные конфигурации состоят из трех ступеней преобразования мощности:
- Преобразователь переменного тока в постоянный, который преобразует трехфазную входящую сеть в постоянное напряжение.
- Инвертор или преобразователь постоянного тока в переменный, который преобразует напряжение на шине постоянного тока в высокочастотное переменное напряжение.
- Вторичный преобразователь переменного тока в постоянный, который преобразует высокочастотное переменное напряжение в постоянное напряжение.
Два преобразователя переменного тока в постоянный очень похожи по функциям, за исключением рабочих частот; преобразователи состоят в основном из выпрямителей, фильтров нижних частот и демпферов.Демпферы ограничивают коммутационные переходные напряжения и поглощают энергию паразитных компонентов. Вторая ступень, преобразователь постоянного тока в переменный, генерирует высокочастотное напряжение, которое приводит в действие трансформатор с частотой обычно 20 кГц или выше.
Трансформатор необходим для омической развязки и выработки выходного напряжения, определяемого соотношением витков трансформатора. Преобразователь постоянного тока в переменный является наиболее сложной ступенью, и в настоящее время в производстве используется множество топологий обработки энергии.
В большинстве высокомощных преобразователей постоянного тока в переменный используется H-мостовая конфигурация, четыре силовых устройства для возбуждения высокочастотного трансформатора. H-мост управляется с помощью широтно-импульсной модуляции (PWM) или других стратегий модуляции для создания напряжения с ограниченной длительностью или амплитудой импульса. Модуляция H-моста обеспечивает регулируемое выходное напряжение.
Топологии преобразователей постоянного тока в переменный токделятся на три группы: преобразователи с жесткой коммутацией, преобразователи с мягкой коммутацией и резонансные преобразователи.Основное различие между топологиями — линия нагрузки коммутирующего устройства в период коммутации (коммутационный переход). Именно в период коммутации силовые устройства рассеивают больше всего энергии.
Преобразователи с жесткой коммутацией позволяют силовым устройствам и / или демпферам поглощать энергию коммутации. Преобразователи с мягкой коммутацией имеют дополнительную пассивную схему для формирования формы сигнала мощности и уменьшения потерь во время периода коммутации. Преимущество снижения коммутационных потерь компенсируется повышенной сложностью схемы, дополнительными потерями в открытом состоянии (из-за изменения формы сигнала) и чувствительностью к условиям нагрузки.Резонансные преобразователи мощности имеют хорошо настроенные цепи резервуара, которые вызывают синусоидальное напряжение устройства или тока. Преимущества и недостатки аналогичны преобразователям с мягкой коммутацией. Резонансные преобразователи мощности являются преобразователями второго порядка, и синхронизация более критична, чем преобразователи с мягкой коммутацией.
Преобразователи с жесткой коммутацией, мягкой коммутацией и резонансные преобразователи обычно предназначены для работы от источника постоянного напряжения и обычно называются преобразователями с питанием от напряжения. Как правило, преобразователи с питанием от напряжения склонны к возникновению проблем, которые могут возникнуть, когда одно устройство не выключается до того, как включится другое последовательно подключенное устройство.Хотя схема защиты может быть спроектирована таким образом, чтобы минимизировать катастрофические проблемы, обычно такая схема защиты должна быть эффективной для обнаружения проблем с пробегом за одну-две микросекунды. Изменение параметров устройства и ненормальная модуляция преобразователей с питанием от напряжения могут вызвать дисбаланс полупериодного напряжения, что может привести к насыщению сердечника трансформатора. Защитная схема также должна иметь реакцию для обнаружения этих условий, прежде чем может произойти повреждение силовых полупроводников.
Преобразователи энергии с питанием от тока [1] — [3], двойное электрическое преобразование с преобразователями с питанием от напряжения, является еще одной, но менее известной и используемой альтернативой силовой цепи для преобразования энергии.Преимущество этих преобразователей мощности перед их аналогом с питанием от напряжения заключается в том, что сквозная симметрия и полупериодная симметрия не могут вызвать отказ устройства или насыщение сердечника. Это характерно для преобразователей на основе SCR и является одной из основных причин, почему преобразователи с током имеют тенденцию быть более надежными. Основным недостатком преобразователей с питанием от тока является то, что для преобразования напряжения шины постоянного тока в постоянный ток требуется четвертая ступень преобразования мощности. Хотя добавленная ступень приводит к дополнительной сложности и потерям, ступени преобразования энергии могут работать более эффективно.Топологии силовых преобразователей с питанием по току реализуются реже, чем преобразователи с питанием от напряжения, в первую очередь из-за стоимости.
В этой статье описываются различия между преобразователями с питанием по напряжению и по току, а также их чувствительность к условиям, вызывающим нагрузку на силовые полупроводники. Также обсуждаются вопросы реализации четвертого каскада преобразования мощности — преобразователя напряжения в ток.
Характеристики преобразователей с питанием от напряжения
Упрощенная схема преобразователя с питанием от напряжения показана на рисунке 1.Преобразователь состоит из H-образного моста, биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT) с Q1 по Q4, силового трансформатора T1 и выходных выпрямительных диодов с D5 по D8. Источником входного напряжения может быть аккумулятор, источник постоянного тока или выпрямленная шина переменного тока. По практическим соображениям конденсатор C1 необходим для обеспечения шины с низким импедансом на более высоких частотах. Катушка индуктивности L1 и конденсатор C2 образуют фильтр нижних частот, который удаляет компоненты переменного тока на выходе.
Рисунок 1.Преобразователь напряжения
При обычных схемах модуляции ШИМ с жесткой коммутацией Q1, Q4 проводят в течение части полупериода, а Q2, Q3 проводят в течение части другого полупериода. Это возбуждает трансформатор T1 одинаково на чередующихся полупериодах.Усреднение выпрямленного напряжения на вторичной обмотке трансформатора дает выходное напряжение постоянного тока, которое пропорционально периоду проводимости IGBT.
Время на преобразователях с питанием от напряжения имеет решающее значение. Если IGBT Q1, Q2 или Q3, Q4 проводят одновременно, ток в проводящих устройствах быстро возрастает, что приводит к отказу устройства за микросекунды. Чтобы предотвратить это критическое рабочее состояние, разработчики вводят задержки включения в схемы модуляции, контролируют токи шины постоянного тока и определяют состояние включенного состояния силовых устройств.Проблема успешной реализации этих схем защиты заключается в том, что схемы должны быть чувствительны как к высокоскоростным сбоям, так и нечувствительны к электрическим шумам. Это серьезная проблема, особенно когда уровни мощности составляют порядка десятков киловатт.
Второстепенная проблема преобразователей с питанием от напряжения — это выработка постоянного напряжения с вариациями напряжений в открытом состоянии, с изменениями времени нарастания и спада и с ошибочными состояниями переключения. Возбуждение трансформатора постоянным напряжением вызывает насыщение сердечника и отказ силового устройства, как описано ранее.Типичными методами предотвращения катастрофических событий являются размещение воздушных зазоров в трансформаторе, размещение блокирующих конденсаторов постоянного тока последовательно с первичной обмоткой трансформатора и применение модуляции режима тока для циклической балансировки тока.
Характеристики преобразователей тока с питанием
Преобразователи с питанием от тока — это двойная электрическая схема преобразователей с питанием от напряжения. Как показано на рисунке 2, преобразователи с питанием от тока состоят из H-моста, транзисторов IGBT с Q1 по Q4, силового трансформатора T1 и выходных выпрямительных диодов с D5 по D8.Источник входного тока должен быть создан с помощью дополнительной силовой электронной схемы. По практическим соображениям, индуктор L1 необходим для обеспечения шины с высоким импедансом на более высоких частотах. В отличие от преобразователя с питанием от напряжения, выходной фильтр состоит из единственного компонента — конденсатора С1.
Рисунок 2.Преобразователь тока
Преобразователи с питанием по току работают в режиме, в котором формы сигналов напряжения и тока переносятся по сравнению с преобразователями с питанием по напряжению. Для работы требуется, чтобы транзисторы IGBT с Q1 по Q4 имели ШИМ-модуляцию, но в этом случае с ограничением, что Q1, Q3 или Q2, Q4 никогда не могут быть одновременно переведены в непроводящее состояние.Ограничение гарантирует, что входной импеданс H-моста всегда конечен; в противном случае источник тока, подаваемый в открытый ток, будет производить разрушительное высокое напряжение. (Следует отметить, что ограничения, накладываемые на состояния переключения и условия ненормальной работы, являются двойным электрическим током топологии с питанием от напряжения.) Усреднение выпрямленного тока на вторичной стороне трансформатора дает выходной постоянный ток, который пропорционален проводимости. период IGBT.
Трансформатор T1, возбуждаемый сигналом ШИМ тока, в основном нечувствителен к изменениям напряжений в открытом состоянии, изменениям времени нарастания и спада и ошибочным состояниям переключения.В преобразователях с питанием по току можно предотвратить насыщение сердечника, пока ампер-виток возбуждения находится в пределах нормального режима работы, даже если ток является постоянным.
Недостатком преобразователей с питанием от тока является то, что источники тока обычно не доступны, и такие источники должны быть созданы из источника напряжения.
Развертывание понижающих преобразователей или прерывателей — очевидный выбор, поскольку они очень эффективно используют силовые полупроводники. С помощью этого дополнительного каскада преобразования мощности управление может быть выполнено в преобразователе с питанием от тока, прерывателе или обоих.На рисунке 3 показан преобразователь большой мощности с трехфазным входным выпрямителем, прерывателем, преобразователем с питанием от тока и выходным выпрямителем.
Рисунок 3. Выпрямитель, прерыватель и преобразователь с питанием от тока
Новой особенностью преобразователя с питанием от тока в сочетании с входным прерывателем является его работа в ненормальных условиях эксплуатации.Трансформатор T1, транзисторы IGBT с Q1 по Q5 и диоды с D1 по D8 могут работать в закороченном состоянии с защитой на уровне системы. В таких условиях скорость нарастания тока является функцией приложенного напряжения на катушке индуктивности L1, деленной на ее индуктивность. Катушка индуктивности L1 обычно имеет размер, позволяющий поддерживать пульсирующий ток от пика до пика в пределах части его максимального значения. Пока система отключается в течение периода переключения прерывателя, пиковые токи хорошо контролируются. Разрешение расширенного периода обнаружения неисправностей позволяет хорошо отфильтровать схемы защиты от неисправностей, обеспечивая надежную, беспрепятственную работу срабатывания в условиях высоких электрических шумов.
Другой ключевой особенностью комбинации прерывателя и преобразователя с питанием по току является то, что каждая схема может защищать друг друга от аномально высоких токов с помощью единой схемы обнаружения. Отказ в ступени преобразователя может быть защищен отключением прерывателя, а сбой в ступени прерывателя может быть защищен отключением преобразователя с питанием по току.
Предыдущие ограничения, наложенные на состояния переключения преобразователя с питанием по току, можно обойти с помощью ограничивающего диода D16.Этот компонент обеспечивает обратный ток для IGBT Q1, Q3 или Q2, Q4, когда устройства выключены. Диод D16 ограничивает максимальное напряжение в выключенном состоянии H-моста до напряжения на конденсаторе C1.
Заключение
В этой статье описаны общие характеристики мощных преобразователей с питанием по напряжению и по току и их чувствительность к изменениям параметров устройства и ошибочным состояниям переключения. Преобразователи с питанием от напряжения обычно имеют устройства питания, подключенные последовательно через входной конденсатор.Ненормальные состояния переключения могут привести к одновременному прохождению устройства, что приведет к очень быстрому увеличению токов. Кроме того, преобразователи с питанием от напряжения могут также создавать смещения постоянного тока, которые могут вызвать насыщение магнитного сердечника основного трансформатора. Для защиты силовых полупроводников в этих условиях требуется высокоскоростное обнаружение неисправностей. Защита силовых полупроводников в условиях высокого электрического шума является сложной задачей.
Преобразователи с питанием от тока представляют собой двойную электрическую схему преобразователей с питанием от напряжения и предпочитают короткое замыкание открытому состоянию работы.Эти топологии не могут создавать быстро нарастающие всплески тока и не могут вызвать насыщение магнитного сердечника в ошибочных условиях. Преобразователи с питанием от тока работают с надежностью источников питания на основе тринистора, но на высокой частоте.
Для преобразователей с питанием от тока требуется дополнительный каскад обработки мощности, который можно использовать для управления и усиленной защиты системы.
Список литературы
- А. И. Прессман, Дизайн импульсного источника питания — второе издание, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: McGraw-Hill, 1998.
- P. Wood, Switching Power Converterters, New York, NY: Van Nostrand Reinhold Company, 1981.
- DW Shimer, AC Lange, JN Bombay, «Мощный импульсный источник питания постоянного тока для динамических нагрузок». на ежегодном собрании IEEE-IAS, октябрь 1994 г.
Зависимость входного тока от тока двигателя, преобразование мощности — maxon Support
Тема:
Иногда обсуждают, почему ток двигателя, сообщаемый контроллером двигателя, сильно отличается от тока, сообщаемого источником питания.Это кажется удивительным для многих пользователей, особенно потому, что ток двигателя часто намного превышает входной ток контроллера двигателя.
В чем секрет этого и какое текущее значение правильное?
Решение:
Силовой каскад контроллера мотора похож на силовой преобразователь или своего рода электронный трансформатор. Это означает, что вы должны сравнить входную мощность (= «Напряжение питания» x «Входной ток»), подаваемую источником питания , с выходной мощностью (= «Напряжение двигателя» x «Ток двигателя»), подаваемой на двигатель от силового каскада контроллера мотора.Если вы просто сравниваете «Входной ток» и «Ток двигателя», это вводит в заблуждение и не имеет никакого значения.
Силовой каскад современных контроллеров двигателей (таких как maxon ESCON, EPOS или MAXPOS) основан на так называемом ШИМ (широтно-импульсной модуляции), управляемом напряжением двигателя. Напряжение двигателя включается и выключается с высокой частотой (обычно 50–100 кГц) логикой контроллера двигателя. Время включения (= так называемый «рабочий цикл ШИМ») в каждом цикле ШИМ (0,01 мс в случае 100 кГц) определяет фактический текущий уровень напряжения двигателя.
Результирующее напряжение двигателя может варьироваться от 0 В до почти напряжения питания в обоих направлениях. Напряжение двигателя (или рабочий цикл ШИМ) регулируется в каждом текущем цикле управления (обычно 0,1 — 0,01 мс) контроллера двигателя в зависимости от требуемой в данный момент рабочей точки (т. Е. Скорости и крутящего момента) двигателя. На основе уравнения мощности это означает, что ток двигателя может (и обычно будет) намного выше, чем входной ток контроллера двигателя. Причина этого в том, что постоянно адаптированное к ШИМ напряжение двигателя (в зависимости от скорости и крутящего момента) ниже фиксированного напряжения питания (батареи или источника питания).
Формула преобразования мощности:
Схема системы:
Заключение / Вывод:
- «Входной ток» контроллера мотора (= выходной ток источника питания или батареи) НЕ (!!) равен «Току мотора»!
- Входной ток контроллера мотора, сообщаемый источником питания, правильный.
- Ток двигателя, измеренный и переданный контроллером двигателя, правильный.
- Невозможно напрямую сравнить эти два значения тока
, потому что напряжение питания и напряжение двигателя различаются!
- Уравнение мощности рассчитывает: P Электродвигатель = P Вход — P Электроника
- Напряжение двигателя всегда ниже напряжения питания.
- Напряжение двигателя постоянно изменяется с высокой частотой
и зависит от скорости и противо-ЭДС двигателя. - Ток двигателя обычно намного выше, чем ток, обеспечиваемый источником питания или аккумулятором.
Дополнительная информация:
- Обратите внимание на прикрепленный PDF-файл, содержащий эту информацию, отформатированный для распечатки.
- Ссылки на статьи:
Что такое амперы, ватты, вольт и омы?
В электрической системе увеличение тока или напряжения приведет к увеличению мощности.
Допустим, у вас есть система с 6-вольтовой лампочкой, подключенной к 6-вольтовой батарее. Выходная мощность лампочки составляет 100 Вт.Используя уравнение I = P / V , мы можем рассчитать, какой ток в амперах потребуется, чтобы получить 100 Вт от этой 6-вольтовой лампочки.
Вы знаете, что P = 100 Вт, а V = 6 В. Итак, вы можете изменить уравнение, чтобы найти I и подставить числа.
I = 100 Вт / 6 В = 16,67 А
Что произойдет, если вы используете 12-вольтовую батарею и 12-вольтовую лампочку, чтобы получить мощность 100 Вт?
I = 100 Вт / 12 В = 8,33 ампер
Итак, последняя система вырабатывает ту же мощность, но с половиной тока.Преимущество заключается в использовании меньшего тока для получения того же количества энергии. Сопротивление в электрических проводах потребляет мощность, а потребляемая мощность увеличивается по мере увеличения тока, проходящего по проводам. Вы можете увидеть, как это происходит, немного изменив два уравнения. Что вам нужно, так это уравнение мощности с точки зрения сопротивления и тока. Давайте изменим первое уравнение:
I = V / R можно переформулировать как V = I * R
Теперь вы можете заменить уравнение для V в другое уравнение:
P = V * I, подставив V, мы получим P = I * R * I, или P = I 2 * R
Это уравнение говорит вам, что мощность, потребляемая проводами, увеличивается, если сопротивление проводов увеличивается (например, если провода становятся меньше или изготовлены из менее проводящего материала).Но он резко возрастает, если ток, протекающий по проводам, увеличивается. Таким образом, использование более высокого напряжения для уменьшения тока может сделать электрические системы более эффективными. КПД электродвигателей также повышается при более высоких напряжениях.
Это повышение эффективности — вот что побудило автомобильную промышленность рассмотреть вопрос о переходе с 12-вольтовых электрических систем на 42-вольтовые системы в 1990-х годах.
По мере того как все больше автомобилей поставлялись с электрическими приборами — видеодисплеями, обогревателями сидений, «умным» климат-контролем — им требовались толстые пучки проводов для обеспечения достаточного тока.Переключение на систему с более высоким напряжением обеспечит большую мощность при более тонкой проводке.
Переключения не произошло, потому что автопроизводители смогли повысить эффективность с помощью цифровых технологий и более эффективных электрических насосов на 12 вольт. Но в некоторых новых моделях используются гибридные системы с отдельным 48-вольтовым генератором для питания расширенных функций, таких как отключение на холостом ходу, при одновременном повышении общей эффективности системы.
Чтобы узнать больше об электричестве и связанных темах, воспользуйтесь ссылками на следующей странице.
Зависимость переменного тока от постоянного
Большинство рассмотренных до сих пор примеров, особенно те, которые используют батареи, имеют источники постоянного напряжения. Как только ток установлен, он также становится постоянным. Постоянный ток (DC) — это поток электрического заряда только в одном направлении. Это установившееся состояние цепи постоянного напряжения. Однако в большинстве известных приложений используется источник напряжения, изменяющийся во времени. Переменный ток (AC) — это поток электрического заряда, который периодически меняет направление.Если источник периодически меняется, особенно синусоидально, цепь называется цепью переменного тока. Примеры включают коммерческую и бытовую энергетику, которая обслуживает так много наших потребностей. На рисунке 1 показаны графики зависимости напряжения и тока от времени для типичных источников постоянного и переменного тока. Напряжение и частота переменного тока, обычно используемые в домах и на предприятиях, различаются по всему миру.
Рис. 1. (a) Постоянное напряжение и ток постоянны во времени после установления тока. (б) График зависимости напряжения и тока от времени для сети переменного тока частотой 60 Гц.Напряжение и ток синусоидальны и совпадают по фазе для простой цепи сопротивления. Частоты и пиковое напряжение источников переменного тока сильно различаются.
Рис. 2. Разность потенциалов V между клеммами источника переменного напряжения колеблется, как показано. Математическое выражение для V дается как [латекс] V = {V} _ {0} \ sin \ text {2} \ pi {ft} \\ [/ latex].
На рисунке 2 показана схема простой схемы с источником переменного напряжения. Напряжение между клеммами колеблется, как показано на рисунке: напряжение переменного тока задается параметром
.[латекс] V = {V} _ {0} \ sin \ text {2} \ pi {ft} \\ [/ latex],
, где В — напряжение в момент времени t , В 0 — пиковое напряжение, а f — частота в герцах.Для этой простой цепи сопротивления I = V / R , поэтому переменный ток равен
[латекс] I = {I} _ {0} \ sin 2 \ pi {ft} \\ [/ latex],
, где I — ток в момент времени t , а I 0 = V 0 / R — пиковый ток. В этом примере считается, что напряжение и ток находятся в фазе, как показано на Рисунке 1 (b).
Ток в резисторе меняется взад и вперед, как управляющее напряжение, поскольку I = V / R .Например, если резистор представляет собой люминесцентную лампочку, она становится ярче и тускнеет 120 раз в секунду, когда ток постоянно проходит через ноль. Мерцание с частотой 120 Гц слишком быстро для ваших глаз, но если вы помахаете рукой вперед и назад между лицом и флуоресцентным светом, вы увидите стробоскопический эффект, свидетельствующий о переменном токе. Тот факт, что световой поток колеблется, означает, что мощность колеблется. Подаваемая мощность — P = IV . Используя приведенные выше выражения для I и V , мы видим, что зависимость мощности от времени составляет [латекс] P = {I} _ {0} {V} _ {0} {\ text {sin}} ^ { 2} \ text {2} \ pi {ft} \\ [/ latex], как показано на рисунке 3.
Установление соединений: домашний эксперимент — лампы переменного / постоянного тока
Помашите рукой между лицом и люминесцентной лампой. Вы наблюдаете то же самое с фарами на своей машине? Объясните, что вы наблюдаете. Предупреждение: Не смотрите прямо на очень яркий свет .
Рис. 3. Мощность переменного тока как функция времени. Поскольку напряжение и ток здесь синфазны, их произведение неотрицательно и колеблется от нуля до I 0 V 0 .Средняя мощность (1/2) I 0 V 0 .
Чаще всего нас интересует средняя мощность, а не ее колебания — например, 60-ваттная лампочка в вашей настольной лампе потребляет в среднем 60 Вт. Как показано на Рисунке 3, средняя мощность P ave составляет
[латекс] {P} _ {\ text {ave}} = \ frac {1} {2} {I} _ {0} {V} _ {0} \\ [/ latex].
Это видно из графика, поскольку области выше и ниже линии (1/2) I 0 V 0 равны, но это также можно доказать с помощью тригонометрических тождеств.Точно так же мы определяем средний или действующий ток I среднеквадратичное значение и среднее или действующее напряжение В действующее значение как соответственно
[латекс] {I} _ {\ text {rms}} = \ frac {{I} _ {0}} {\ sqrt {2}} \\ [/ latex]
и
[латекс] {V} _ {\ text {rms}} = \ frac {{V} _ {0}} {\ sqrt {2}} \\ [/ latex].
, где среднеквадратичное значение означает среднеквадратическое значение, особый вид среднего. Как правило, для получения среднеквадратичного значения конкретная величина возводится в квадрат, определяется ее среднее значение (или среднее значение) и извлекается квадратный корень.Это полезно для переменного тока, так как среднее значение равно нулю. Сейчас,
P ср. = I среднеквадратичное значение V среднеквадратичное значение ,
, что дает
[латекс] {P} _ {\ text {ave}} = \ frac {{I} _ {0}} {\ sqrt {2}} \ cdot \ frac {{V} _ {0}} {\ sqrt {2}} = \ frac {1} {2} {I} _ {0} {V} _ {0} \\ [/ latex],
, как указано выше. Стандартной практикой является указание I среднеквадратического значения , V среднеквадратичного значения и P среднее значение , а не пиковые значения.Например, напряжение в большинстве домашних хозяйств составляет 120 В переменного тока, что означает, что В, , , среднеквадратичное значение, , составляет 120 В. Обычный автоматический выключатель на 10 А прервет постоянное напряжение I среднеквадратичного значения более 10 А. Ваш 1,0-кВт микроволновая печь потребляет P пр. = 1,0 кВт и т. д. Вы можете рассматривать эти среднеквадратичные и средние значения как эквивалентные значения постоянного тока для простой резистивной цепи. Подводя итог, при работе с переменным током закон Ома и уравнения для мощности полностью аналогичны таковым для постоянного тока, но для переменного тока используются среднеквадратические и средние значения.{2} R \\ [/ латекс].
Пример 1. Пиковое напряжение и мощность для переменного тока
(a) Каково значение пикового напряжения для сети 120 В переменного тока? (b) Какова пиковая потребляемая мощность лампочки переменного тока мощностью 60,0 Вт?
СтратегияНам говорят, что V среднеквадратичное значение составляет 120 В, а P ave составляет 60,0 Вт. Мы можем использовать [латекс] {V} _ {\ text {rms}} = \ frac {{V} _ {0}} {\ sqrt {2}} \\ [/ latex], чтобы найти пиковое напряжение, и мы можем манипулировать определением мощности, чтобы найти пиковую мощность из заданной средней мощности.
Решение для (a)Решение уравнения [латекс] {V} _ {\ text {rms}} = \ frac {{V} _ {0}} {\ sqrt {2}} \\ [/ latex] для пикового напряжения В 0 и замена известного значения на V rms дает
[латекс] {V} _ {0} = \ sqrt {2} {V} _ {\ text {rms}} = 1,414 (120 \ text {V}) = 170 \ text {V} \\ [/ latex ]
Обсуждение для (а)Это означает, что напряжение переменного тока изменяется от 170 В до –170 В и обратно 60 раз в секунду.