Сила тока от мощности: Расчет силы тока по мощности – Калькулятор + формулы

Как найти силу тока через мощность, сопротивление и напряжение

Одной из основных характеристик электрической цепи является сила тока. Она измеряется в амперах и определяет нагрузку на токопроводящие провода, шины или дорожки плат. Эта величина отражает количество электричества, которое протекло в проводнике за единицу времени. Определить её можно несколькими способами в зависимости от известных вам данных. Соответственно студенты и начинающие электрики из-за этого часто сталкиваются с проблемами при решении учебных заданий или практических ситуаций. В этой статье мы и расскажем, как найти силу тока через мощность и напряжение или сопротивление.

Если известна мощность и напряжение

Допустим вам нужно найти силу тока в цепи, при этом вам известны только напряжение и потребляемая мощность. Тогда чтобы её определить без сопротивления воспользуйтесь формулой:

P=UI

После несложных мы получаем формулу для вычислений

I=P/U

Следует отметить, что такое выражение справедливо для цепей постоянного тока. Но при расчётах, например, для электродвигателя учитывают его полную мощность или косинус Фи. Тогда для трёхфазного двигателя его можно рассчитать так:

Находим P с учетом КПД, обычно он лежит в пределах 0,75-0,88:

Р1 = Р2/η

Здесь P2 – активная полезная мощность на валу, η – КПД, оба этих параметра обычно указывают на шильдике.

Находим полную мощность с учетом cosФ (он также указывается на шильдике):

S = P1/cosφ

Определяем потребляемый ток по формуле:

Iном = S/(1,73·U)

Здесь 1,73 – корень из 3 (используется для расчетов трёхфазной цепи), U – напряжение, зависит от включения двигателя (треугольник или звезда) и количества вольт в сети (220, 380, 660 и т.д.). Хотя в нашей стране чаще всего встречается 380В.

Если известно напряжение или мощность и сопротивление

Но встречаются задачи, когда вам известно напряжение на участке цепи и величина нагрузки, тогда чтобы найти силу тока без мощности воспользуйтесь законом Ома, с его помощью проводим расчёт силы тока через сопротивление и напряжение.

I=U/R

Но иногда случается так, что нужно определить силу тока без напряжения, то есть когда вам известна только мощность цепи и её сопротивление. В этом случае:

P=UI

При этом согласно тому же закону Ома:

U=IR

То:

 P=I²*R

Значит расчёт проводим по формуле:

I²=P/R

Или возьмем выражение в правой части выражения под корень:

I=(P/R)^1/2

Если известно ЭДС, внутреннее сопротивление и нагрузка

Ко студенческим задачам с подвохом можно отнести случаи, когда вам дают величину ЭДС и внутреннее сопротивление источника питания. В этом случае вы можете определить силу тока в схеме по закону Ома для полной цепи:

I=E/(R+r)

Здесь E – ЭДС, r – внутреннее сопротивление источника питания, R – нагрузки.

Закон Джоуля-Ленца

Еще одним заданием, которое может ввести в ступор даже более-менее опытного студента – это определить силу тока, если известно время, сопротивление и количество выделенного тепла проводником. Для этого вспомним закон Джоуля-Ленца.

Его формула выглядит так:

Q=I²Rt

Тогда расчет проводите так:

I²=QRt

Или внесите правую часть уравнения под корень:

I=(Q/Rt)^1/2

Несколько примеров

В качестве заключения предлагаем закрепить полученную информацию на нескольких примерах задач, в которых нужно найти силу тока.

1 задача: Рассчитать I в цепи из двух резисторов при последовательном соединении и при параллельном соединении. R резисторов 1 и 2 Ома, источник питания на 12 Вольт.

Из условия ясно, что нужно привести два варианта ответа для каждого из вариантов соединений. Тогда чтобы найти ток при последовательном соединении, сначала складывают сопротивления схемы, чтобы получить общее.

R₁+R₂=1+2=3 Ома

Тогда рассчитать силу тока можно по закону Ома:

I=U/R=12/3=4 Ампера

При параллельном соединении двух элементов Rобщее можно рассчитать так:

Rобщ=(R1*R2)/(R1+R2)=1*2/3=2/3=0,67

Тогда дальнейшие вычисления можно проводить так:

I=12*0,67=18А

2 задача: рассчитать ток при смешанном соединении элементов. На выходе источника питания 24В, а резисторы на: R1=1 Ом, R2=3 Ома, R3=3 Ома.

В первую очередь нужно найти R общее параллельно соединенных R2 и R3, по той же формуле, что мы использовали выше.

Rприв=(R2*R3)/(R2+R3)=(3*3)|(3+3)=9/6=3/2=1,5 Ома

Теперь схема примет вид:

Далее находим ток по тому же закону Ома:

I=U/(R1+Rприв)=24/(1+1,5)=24/2,5=9,6 Ампер

Теперь вы знаете, как найти силу тока, зная мощность, сопротивление и напряжение. Надеемся, предоставленные формулы и примеры расчетов помогли вам усвоить материал!

Наверняка вы не знаете:

Перевести Амперы в Киловатты. Формулы рассчетов

Автор Alexey На чтение 4 мин. Просмотров 2.7k. Опубликовано

28.11.2015 Обновлено 27.10.2016

Часто, покупая новый электроприбор или устанавливая технику у себя дома, мы сталкиваемся с разного рода трудностями. И все потому, что инструкции к этим приборам написаны сложным техническим языком, который понятен далеко не всем.

Одной из основных проблем являются разные единицы измерения, которые и могут нас запутать.

Всем известно, что выключатели, розетки, предохранители, автоматы и счетчики имеют свой предел электрического напряжения, который они могут пропускать. Это надо учитывать при подключении к ним электроприборов, так каждый из них имеет свою мощность. Если мощность прибора будет превышать возможную проводимость розетки, это может привести к замыканию проводки и даже пожару.

Для того, чтобы узнать, можно ли подключить стиральную машину к розетке или предохранителю, нужно сравнить их технические данные. Но дело в том, что максимальная проводимость розетки измеряется в Амперах, а мощность стиральной машины в Ваттах. О том, как привести эти данные к одному значению, мы расскажем в нашей статье.

Как перевести киловатты в амперы

Для того, чтобы перевести амперы в киловатты и наоборот, необходимо также знать значение напряжения в сети. В этом нет особой трудности, так как в большинстве случаев вся сеть в наших домах находится под переменным напряжением в 220 В.

Итак, формулы перевода единиц в однофазной электрической сети следующие:

Р = I * U или I = Р/U,

Где Р – мощность измеряемая в Ваттах, I– сила тока в Амперах и U– напряжение в Вольтах.

Ниже в таблице приведены наиболее часто используемые показатели силы тока и соответствующие им показатели мощности для двух распространенных видов напряжения в 220 и 380 В:

Если вы не нашли свои значения в этой таблице, необходимо самостоятельно рассчитать данные согласно формуле.

Рассмотрим действие формулы на конкретном примере.

Допустим, вы приобрели пылесос мощность 1,5 кВт. Переменное напряжение в сети – 220 В. Теперь нужно рассчитать, какой силы ток будет идти по проводам при подключении пылесоса к розетке.

Сначала необходимо перевести киловатты мощности в ватты. Для этого показатель мощности умножаем на 1000, т.к. 1 кВт = 1000 Вт:

1,5 кВт * 1000 = 1500 Вт

Затем подставляем данные в вышеприведенную формулу. Так как нам нужно узнать силу тока, то выбираем формулу неизвестной I:

I = Р/ U (А)

I = 1500 / 220 ≈ 6,81 А

Как вы заметили, сила тока, необходимая для работы такого мощного пылесоса нужна немаленькая. Если проводка в вашем доме старая, она может не выдержать такой нагрузки. Поэтому стоит подумать о ее замене.

Как перевести амперы в киловатты

Если же замена проводки кажется вам слишком трудоемким делом, можно пойти другим путем. Для этого необходимо знать максимальную силу тока, которую может выдержать проводка в вашем доме и уже потом выбирать новую технику с соответствующей мощностью.

Допустим, проводка может выдержать силу тока в 25 А, переменное напряжение сети также равно 220 В. Подставляем данные в формулу с неизвестной Р:

Р = I * U (Вт)

Р = 25 * 220 = 5500 Вт или 5,5 кВт

Теперь, при выборе кабелей для новой проводки, автоматов и предохранителей необходимо помнить о максимальной силе тока, которую они будут пропускать.

В частности, при выборе кабеля для проводки нужно обратить внимание на его сечение. Кабель медного сечения выдерживает большие нагрузки нежели алюминиевого. Также роль играет и толщина кабеля. Следует с ответственностью подходить к выбору розеток, счетчиков, кабелей, предохранителей и, если вы не до конца уверены, посоветоваться со специалистом в магазине.

Как вы смогли заметить, ничего сложного в переводе Ампер в Киловатты и наоборот нет. Необходимо только знать все необходимые данные и делать расчеты по простой формуле, приведенной выше. Используя полученные данные вы сможете не только выбрать разного типа устройства и технику, но и рассчитать потребление электроэнергии отдельными приборами в течение определенного периода времени.

Калькулятор перевода силы тока в мощность, ампер в ватты

Для расчёта нагрузки на электрическую сеть и затрат электроэнергии можно использовать специальный калькулятор перевода силы тока в мощность. Такая функция появилась недавно, значительно облегчив ручное определение.

Хотя формулы известны давно, далеко не все хорошо знают физику, чтобы самостоятельно определять силу тока в сети. Калькулятор помогает с этим, поскольку для работы достаточно знать напряжение и мощность.

Что такое мощность Ватт [Вт]

Мощность — величина, определяющая отношение работы, которую выполняет источник тока, за определённый промежуток времени. Один ватт соответствует произведению одного ампера на один вольт, но при определении трат на электроэнергию используется величина киловатт/час.

Она соответствует расходу одной тысячи ватт за 60 минут работы. Именно по этому показателю определяется стоимость услуг электроэнергии.

В большинстве случаев мощность, которую потребляет прибор, указана в технической документации или на упаковке. Указанное количество производится за один час работы.

Например, компьютер с блоком питания 500 Вт будет крутить 1 кВт за 2 часа работы.

Помочь определить силу тока при известной мощности поможет калькулятор, который делает перевод одной физической величины в другую.

Что такое Сила тока. Ампер [А]

Сила тока представляет собой скорость, с которой электрический заряд течёт по проводнику. Один ампер равен заряду в один кулон, который проходит через проводник за одну секунду. Один кулон представляет собой очень большой заряд, поэтому в большинстве устройств эта величина измеряется в миллиамперах.

Сила тока зависит от сечения проводника и его длины. Это необходимо учитывать при планировке сооружений, а также выборе электрических приборов. Хотя большинству не следует задумываться на этот счёт, поскольку это задача инженеров и проектировщиков.

Сколько Ватт в 1 Ампере?

Для определения мощности цепи также важно понятие напряжения. Это электродвижущая сила, перемещающая электроны. Она измеряется в вольтах. Большинство приборов имеют в документации эту характеристику.

Чтобы определить мощность при силе тока в один ампер, необходимо узнать напряжение сети. Так, для розетки в 220 вольт получится: P = 1*220 = 220 Вт. Формула для расчёта: P = I*U, где I — сила тока, а U — напряжение. В трёхфазной сети нужно учитывать поправочный коэффициент, отражающий процент эффективности работы. В большинстве случаев он составляет от 0,67 до 0,95.

Таблица перевода Ампер – Ватт

Для перевода ватт в амперы необходимо воспользоваться предыдущей формулой, развернув её. Чтобы вычислить ток, необходимо разделить мощность на напряжение: I = P/U. В следующей таблице представлена сила тока для приборов с различным напряжением — 6, 12, 24, 220 и 380 вольт.

Помните, что для сетей с высоким напряжением, указанная сила тока отличается в зависимости от коэффициента полезного действия.

Таблица соотношения ампер и ватт, в зависимости от напряжения.

	6В	12В	24В	220В	380В
5 Вт	0,83А	0,42А	0,21А	0,02А	0,008А
6 Вт	1,00А	0,5А	0,25А	0,03А	0,009А
7 Вт	1,17А	0,58А	0,29А	0,03А	0,01А
8 Вт	1,33А	0,66А	0,33А	0,04А	0,01А
9 Вт	1,5А	0,75А	0,38А	0,04А	0,01А
10 Вт	1,66А	0,84А	0,42А	0,05А	0,015А
20 Вт	3,34А	1,68А	0,83А	0,09А	0,03А
30 Вт	5,00А	2,5А	1,25А	0,14А	0,045А
40 Вт	6,67А	3,33А	1,67А	0,13А	0,06А
50 Вт	8,33А	4,17А	2,03А	0,23А	0,076А
60 Вт	10,00А	5,00А	2,50А	0,27А	0,09А
70 Вт	11,67А	5,83А	2,92А	0,32А	0,1А
80 Вт	13,33А	6,67А	3,33А	0,36А	0,12А
90 Вт	15,00А	7,50А	3,75А	0,41А	0,14А
100 Вт	16,67А	3,33А	4,17А	0,45А	0,15А
200 Вт	33,33А	16,66А	8,33А	0,91А	0,3А
300 Вт	50,00А	25,00А	12,50А	1,36А	0,46А
400 Вт	66,66А	33,33А	16,7А	1,82А	0,6А
500 Вт	83,34А	41,67А	20,83А	2,27А	0,76А
600 Вт	100,00А	50,00А	25,00А	2,73А	0,91А
700 Вт	116,67А	58,34А	29,17А	3,18А	1,06А
800 Вт	133,33А	66,68А	33,33А	3,64А	1,22А
900 Вт	150,00А	75,00А	37,50А	4,09А	1,37А
1000 Вт	166,67А	83,33А	41,67А	4,55А	1,52А

Используя таблицу также легко определить мощность, если известны напряжение и сила тока. Это пригодится не только для расчёта потребляемой энергии, но и для выбора специальной техники, отвечающей за бесперебойную работу или предотвращающей перегрев.

Зачем нужен калькулятор

Онлайн-калькулятор применяется для перевода двух физических величин друг в друга. Перевести амперы в ватты при помощи такого калькулятора — минутное дело. Сервис позволит быстро вычислить необходимую характеристику прибора, определить электроэнергию, которую будет расходовать техника за час работы.

Как пользоваться

Чтобы перевести ток в мощность, достаточно ввести номинальное напряжение и указать вторую известную величину. Калькулятор автоматически рассчитает неизвестный показатель и выведет результат.

Узнать напряжение и стандартную силу тока можно в технической документации устройства. Для приборов бытовой техники обычно указывается мощность, из которой также легко вычислить ток. Для удобства в калькуляторе можно переключать ватты на киловатты, а ампера на миллиамперы.

Таблица выбора сечения кабеля в зависимости от силы тока или мощности при прокладке проводов. Выбор сечения автомобильного провода — Ізолітсервіс

Таблица выбора сечения кабеля при прокладке проводов

Проложенные открыто					Проложенные в трубе
Сечение	Медь			Алюминий			Медь			Алюминий
каб.,	ток	W, кВт		ток	W, кВт		ток	W, кВт			W, кВт
мм2	А	220в	380в	А	220в	380в	А	220в	380в	А	220в	380в
0,5	11	2,4	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—
0,75	15	3,3	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—
1,0	17	3,7	6,4	—	—	—	14	3,0	5,3	—	—	—
1,5	23	5,0	8,7	—	—	—	15	3,3	5,7	—	—	—
2,0	26	5,7	9,8	21	4,6	7,9	19	4,1	7,2	14,0	3,0	5,3
2,5	30	6,6	11,0	24	5,2	9,1	21	4,6	7,9	16,0	3,5	6,0
4,0	41	9,0	15,0	32	7,0	12,0	27	5,9	10,0	21,0	4,6	7,9
6,0	50	11,0	19,0	39	8,5	14,0	34	7,4	12,0	26,0	5,7	9,8
10,0	80	17,0	30,0	60	13,0	22,0	50	11,0	19,0	38,0	8,3	14,0
16,0	100	22,0	38,0	75	16,0	28,0	80	17,0	30,0	55,0	12,0	20,0
25,0	140	30,0	53,0	105	23,0	39,0	100	22,0	38,0	65,0	14,0	24,0
35,0	170	37,0	64,0	130	28,0	49,0	135	29,0	51,0	75,0	16,0	28,0

Выбор сечения автомобильного провода:

Номин. сечение, мм2	Сила тока в одиночном проводе, А при длительной нагрузке и при температуре окружающей среды, оС
	20	30	50	80
0,5	17,5	16,5	14,0	9,5
0,75	22,5	21,5	17,5	12,5
1,0	26,5	25,0	21,5	15,0
1,5	33,5	32,0	27,0	19,0
2,5	45,5	43,5	37,5	26,0
4,0	61,5	58,5	50,0	35,5
6,0	80,5	77,0	66,0	47,0
16,0	149,0	142,5	122,0	88,5

*Примечание: при прокладке проводов сечением 0,5 — 4,0 мм² в жгутах, в поперечном сечении которых по трассе содержится от двух до семи проводов, сила допустимого тока в проводе составляет 0,55 от силы тока в одиночном проводе согласно таблице, а при наличии 8-19 проводов — 0,38 от силы тока в одиночном проводе.

Разница между током и мощностью

Чтобы правильно ответить на все ваши вопросы, потребуются определенные усилия. Рассмотрим случай, когда у нас есть источник напряжения с фиксированным выходным напряжением. Это самый распространенный случай для готовых продуктов.

В приборах

переменного тока обычно используется фиксированное напряжение (в зависимости от страны). Поскольку напряжение фиксировано и известно, я могу рассчитать мощность, если я знаю ток, или если я знаю ток, я могу рассчитать мощность, используя P = I * V. Вероятно, поэтому вы считаете их как бы избыточными или тесно связанными.

Теперь рассмотрим другой случай. Допустим, у меня аккумулятор на 3,7В. Я хочу использовать его для питания цепи 5 В, которая потребляет 100 мА. Для этого мне нужно поднять напряжение до 5 В (с помощью повышающего преобразователя). Теперь мощность нужно рассматривать отдельно от тока. Мощность, необходимая для схемы, составляет 5 * 0,1 = 500 мВт. Из-за экономии энергии мне потребуется не менее 500 мВт от батареи. На самом деле мне, вероятно, понадобится около 600 мВт из-за неидеальной эффективности преобразования повышающего преобразователя.Так что это около 3,7 В / 0,6 Вт = 162 мА.

Блоки питания

могут иметь различные спецификации, в зависимости от того, для чего они используются. Лабораторные источники питания обычно указывают максимальный ток и максимальное напряжение. Адаптеры для ноутбуков, вероятно, указывают максимальную потребляемую мощность на входе, выходное напряжение (фиксированное) и максимальный выходной ток.

Когда вы управляете светодиодами, вы обычно начинаете с того тока, который вы хотите пропустить через светодиод. Напряжение не сильно зависит от тока. Но когда ток и напряжение известны, мощность может быть вычислена тривиально (P = V * I).Но на самом деле белые светодиоды, предназначенные для освещения, часто оценивают по мощности. Если вы покупаете светодиоды и у вас нет номера модели или спецификации, вам следует подумать о приобретении светодиодов из другого источника. Это правда, что 20 мА — это общий максимальный ток для светодиодных индикаторов. Но в зависимости от использования иногда вы можете использовать гораздо более низкий ток (например, 1 или 2 мА), особенно для красных светодиодов. Светодиоды для освещения могут использовать ток намного более высокий, чем 20 мА.

Последний комментарий. Иногда напряжение вашего источника питания выше, чем требуемое входное напряжение вашей цепи.Для понижения напряжения можно использовать линейный регулятор. В этом случае ток будет одинаковым для обеих цепей. Линейный регулятор просто преобразует дополнительную мощность в тепло. Но вы также можете использовать понижающий преобразователь. Понижающий преобразователь будет преобразовывать более высокое напряжение в более низкое напряжение несколько более эффективно. Типичные значения — от 80% до 90% эффективности. Это означает, что понижающий преобразователь будет производить меньше тепла, чем линейный регулятор.

Я пропустил некоторые детали, потому что не думаю, что вы готовы к ним.Возможно, кто-то это прокомментирует.

Энергия и мощность в электрических цепях — Электрические цепи — AQA — GCSE Combined Science Revision — AQA Trilogy

Нагрев проводов

По мере того, как электроны проходят по проводам, они сталкиваются с ионами в проводе, что вызывает усиление вибрации ионов. Эта повышенная вибрация ионов увеличивает температуру проволоки. Энергия была передана из химического накопителя энергии батареи во внутренний накопитель энергии провода.2 \ times R \]

Это когда:

• мощность ( P ) измеряется в ваттах (Вт)
• ток ( I ) измеряется в амперах (A)
• сопротивление ( R ) ) измеряется в омах (Ом)

Пример

Сколько энергии передается каждую секунду током в 2 ампера (А), управляемым разностью потенциалов 230 вольт (В)?

\ [P = I \ times V \]

\ [P = 2 \ times 230 \]

\ [P = 460 ~ W \]

Вопрос

\ [P = 9 \ times 10 \]

\ [ P = 90 ~ Вт \]

Эффективная передача энергии

Энергию можно передавать с помощью электрического тока; любой электроприбор должен получать достаточно энергии каждую секунду.Электроэнергия может подаваться в виде низкого тока с высоким напряжением или высокого тока с низким напряжением.

мощность = ток ² × сопротивление

Уравнение показывает, что большой ток будет иметь гораздо больший нагревательный эффект на провода передачи, чем низкий ток. По этой причине передача энергии при высоком напряжении с низким током будет поддерживать охлаждение проводов и тратить меньше энергии.

Цепи переменного тока — зависимость мощности от напряжения и тока

В цепи переменного тока переменный ток генерируется источником синусоидального напряжения

Напряжение

Токи в цепях с резистивной нагрузкой pure , емкостной или индуктивной нагрузкой .

Мгновенное напряжение в синусоидальной цепи переменного тока может быть выражено в форме во временной области как

u (t) = U _max cos (ω t + θ) (1)

где

u (t) = напряжение в цепи в момент времени t (В)

U _max = максимальное напряжение при амплитуде синусоидальной волны (В)

t = время (с)

ω = 2 π f

= угловая частота синусоидальной волны (рад / с)

f = частота (Гц, 1 / с)

θ = фазовый сдвиг синусоидальной волны (рад)

Мгновенное напряжение альтернативно может быть выражено в частотной области (или векторе) как

U = U (jω) = U _max e ^jθ (1а)

где

U (jω) = U = комплексное напряжение (В)

Вектор — это комплексное число, выраженное в полярной форме, состоящее из величины, равной максимальной амплитуде синусоидального сигнала, и фазы. угол, равный фазовому сдвигу синусоидального сигнала относительно косинусоидального сигнала.

Обратите внимание, что конкретная угловая частота — ω — явно не используется в выражении вектора.

Ток

Мгновенный ток можно выразить в форме во временной области как

i (t) = I _m cos (ω t + θ) (2)

где

i (t) = ток в момент времени t (A)

I _max = максимальный ток при амплитуде синусоидальной волны (A)

Токи в цепях с чистые резистивные нагрузки , емкостные индуктивные нагрузки или показаны на рисунке выше.Ток в «реальной» цепи с резистивной, индуктивной и емкостной нагрузкой показан на рисунке ниже.

Мгновенный ток в цепи переменного тока альтернативно может быть выражен в частотной области (или векторной) форме как

I = I (jω) = I _max e ^jθ (2a)

, где

I = I (jω) = комплексный ток (A)

Частота

Обратите внимание, что частота большинства систем переменного тока является фиксированной, например, 60 Гц в Северной Америке и 50 Гц в большей части остального мира.

Угловая частота для Северной Америки

ω = 2 π 60

= 377 рад / с

Угловая частота для большей части остального мира составляет

ω = 2 π 50

= 314 рад / с

Активная нагрузка

Напряжение на резистивной нагрузке в системе переменного тока можно выразить как

U = RI (4)

где

R = сопротивление (Ом)

Для резистивной нагрузки в цепи переменного тока напряжение составляет в фазе с током.

Индуктивная нагрузка

Напряжение на индуктивной нагрузке в системе переменного тока может быть выражено как

U = j ω LI (5)

, где

L = индуктивность (генри)

Для индуктивной нагрузки ток в цепи переменного тока составляет π / 2 (90 ^o ) фаза после напряжения (или напряжение перед током).

Емкостная нагрузка

Напряжение на индуктивной нагрузке в системе переменного тока можно выразить как

U = 1 / (j ω C) I (6)

где

C = емкость (фарад)

Для емкостной нагрузки ток в цепи переменного тока опережает напряжение на π / 2 (90 ^o ) фаза .

В реальной электрической цепи присутствует смесь резистивных, емкостных и индуктивных нагрузок с фазовым сдвигом напряжение / ток в диапазоне — π / 2 <= φ <= π / 2 , как показано на рисунок ниже.

Ток в «реальной» цепи со смесью резистивных, индуктивных и емкостных нагрузок. φ — фазовый угол между током и напряжением.

Импеданс

Закон Ома для сложного переменного тока можно выразить как

U _z = I _z Z (7)

, где

U _z = падение напряжения под нагрузкой (вольт, В)

I _z = ток через нагрузку (ампер, А)

Z = полное сопротивление нагрузки (Ом, Ом)

Полное сопротивление в цепи переменного тока можно рассматривать как комплексное сопротивление.Импеданс действует как частотно-зависимый резистор, где сопротивление является функцией частоты синусоидального возбуждения.

Импедансы в серии

Результирующий импеданс для последовательных сопротивлений может быть выражен как

Z = Z ₁ + Z ₂ (7b)

Сопротивление параллельно

Результирующее сопротивление для параллельных сопротивлений может быть выражено как

1 / Z = 1 / Z ₁ + 1 / Z ₂ (7c)

Полная проводимость

Полная проводимость — это инвертированный импеданс

Y = 1 / Z (8)

, где

Y = проводимость (1 / Ом)

RMS или эффективное напряжение

RMS-значение — это эффективное значение синусоидального напряжения или тока.

RMS — среднеквадратичное значение — или эффективное напряжение может быть выражено как

U _rms = U _eff

= U _max / (2) ^1/2

= 0,707 U _макс (9)

где

U _{действующее значение} = U _eff

= среднеквадратичное напряжение (В)

_{= максимальное напряжение (амплитуда) источника синусоидального напряжения (В)}

RMS — среднеквадратическое значение — или эффективный ток может быть выражен как

I _rms = I _eff

= I _max / (2) ^1/2

= 0.707 I _макс (10)

где

I _{действующее значение} = I _eff

= действующее значение тока (A)

_{макс. = максимальный ток (амплитуда) источника синусоидального напряжения (A)}

Вольтметры и амперметры переменного тока показывают среднеквадратичное значение напряжения или тока — или 0,707 максимальных пиковых значений. Максимальные пиковые значения равны 1.В 41 раз больше значений вольтметра.

Пример

• для системы 230 В U _{действующее значение} = 230 В и U _{макс. U max = 169 В}

Трехфазное напряжение переменного тока — от линии к линии и от линии к нейтрали

В трехфазной системе переменного тока напряжение может подаваться между линиями и нейтралью (фазный потенциал), или между линиями (линейный потенциал).Результирующие напряжения для двух общих систем — европейской системы 400/230 В и североамериканской системы 208/120 В указаны для одного периода на рисунках ниже.

400/230 В перем. Тока

распечатать 400/230 В трехфазная диаграмма

• L1, L2 и L3 — это три фазы, соединяющие потенциалы нейтрали — фазовые потенциалы
• L1 — L2, L1 — L3 и L2 — L3 — это трехфазные линейные потенциалы — линейных потенциалов
• L2, L2 и L3 — результирующий потенциал трех фаз в сбалансированной цепи — результирующий потенциал = 0

Величина линейных потенциалов равна 3 ^1/2 (1.73) величина фазового потенциала.

U _{действующее значение, линия} = 1,73 U _{действующее значение, фаза} (11)

208 В / 120 В переменного тока

печать 208/120 В Трехфазная диаграмма

Мощность

Активный — или действительный, или истинный — мощность, которая выполняет фактическую работу в цепи — может быть рассчитана как

P = U _{действующее значение} I _{действующее значение} cos φ (12)

где

P = активная активная мощность (Вт)

φ = фазовый угол между током и напряжением (рад, градусы)

Cos φ также называется коэффициентом мощности.

Реактивную мощность в цепи можно рассчитать как

Q = U _{действующее значение} I _{действующее значение} sin φ (13)

Q = реактивная мощность (ВАР)

Переменный ток — Energy Education

Переменный ток (AC) — это тип электрического тока, вырабатываемого подавляющим большинством электростанций и используемого в большинстве систем распределения электроэнергии. Переменный ток дешевле генерировать и имеет меньше потерь энергии, чем постоянный ток при передаче электроэнергии на большие расстояния. ^[1] Хотя для очень больших расстояний (более 1000 км) постоянный ток часто может быть лучше. В отличие от постоянного тока направление и сила переменного тока меняются много раз в секунду.

Недвижимость

Рис. 1. Анимация из моделирования ^[2] PhET переменного тока, который был значительно замедлен. См. Для сравнения постоянный ток.

Переменный ток меняет направление потока заряда (60 раз в секунду в Северной Америке (60 Гц) и 50 раз в секунду в Европе (50 Гц)).Обычно это вызвано синусоидально изменяющимися током и напряжением, которые меняют направление, создавая периодическое движение назад и вперед для тока (см. Рисунок 1). Несмотря на то, что этот ток течет вперед и назад много раз в секунду, энергия по-прежнему непрерывно течет от электростанции к электронным устройствам.

Основным преимуществом переменного тока является то, что его напряжение можно относительно легко изменить с помощью трансформатора, который позволяет передавать мощность при очень высоких напряжениях, прежде чем понижать их до более безопасных напряжений для коммерческого и жилого использования.{2} R [/ math]

Мощность, передаваемая по линии, однако, имеет другое выражение:

[математика] P_ {передано} = IV [/ математика]

Как видно из первого уравнения, потери мощности при передаче пропорциональны квадрату тока через провод. Следовательно, предпочтительно минимизировать ток через провод, чтобы уменьшить потери энергии.Конечно, минимизация сопротивления также снизит потери энергии, но ток оказывает гораздо большее влияние на количество потерянной энергии из-за того, что его значение возводится в квадрат. Второе уравнение показывает, что если напряжение увеличивается, ток уменьшается эквивалентно для передачи той же мощности. Следовательно, напряжение в линиях передачи очень высокое, что снижает ток, что, в свою очередь, сводит к минимуму потери энергии при передаче. Вот почему переменный ток предпочтительнее постоянного тока для передачи электричества, поскольку намного дешевле изменить напряжение переменного тока.Однако существует предел, при котором больше не выгодно использовать переменный ток по сравнению с постоянным током (см. Передача HVDC).

Использование и преимущества

Большинство устройств (например, большие заводские динамо-машины), которые напрямую подключены к электросети, работают на переменном токе, а электрические розетки в домах и коммерческих помещениях также подают переменный ток. Устройства, которым требуется постоянный ток, например ноутбуки, обычно имеют адаптер переменного тока, который преобразует переменный ток в постоянный. ^[5]

Переменный ток является предпочтительным во всем мире, поскольку он имеет много явных преимуществ по сравнению с постоянным током. Для полной разбивки различий между ними см. AC vs DC. Некоторые преимущества включают: ^[6]

• Дешевое и эффективное повышение напряжения с помощью трансформаторов. Как объяснялось выше, это позволяет осуществлять энергоэффективную передачу электроэнергии по линиям электропередач. Эта эффективная передача энергии экономит энергетическим компаниям и потребителям много денег и помогает уменьшить загрязнение, поскольку электростанциям не нужно компенсировать потерю электроэнергии за счет использования большего количества топлива.
• Низкие затраты на техническое обслуживание высокоскоростных двигателей переменного тока.
• Легко прервать ток (например, с помощью автоматического выключателя), поскольку ток естественным образом стремится к нулю каждые 1/2 цикла. Например, автоматический выключатель может отключать примерно 1/20 постоянного тока от переменного тока.

Моделирование петель

Университет Колорадо любезно разрешил нам использовать следующую симуляцию Фета, которая исследует, как работает переменный ток.

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

Список литературы

Voltage, Current, Power и Energy — Tutorials

Если вы впервые начинаете изучать основные схемы или основную электронику, лучше всего потратить несколько минут, чтобы понять основы электричества и некоторые фундаментальные термины.Мы создали несколько руководств, в которых рассказывается об основных физических принципах их работы, но в этом нет необходимости для начала работы со схемами. Конечно, если у вас есть время, мы рекомендуем вам просмотреть и эти учебные пособия, чтобы дать вам лучшее интуитивное понимание.

Но обо всем по порядку, нам нужно понять, что такое напряжение и сила тока. На протяжении всех курсов по схемам, которые вы изучаете, большая часть ваших усилий будет сосредоточена на поиске напряжения, тока или того и другого в схемах.Иногда вас также попросят найти силу, и мы коснемся энергии, просто чтобы прояснить ее роль. Давайте разберем их на высоком уровне:

Краткое изложение терминов

• Напряжение — электрический потенциал между одним местом и другим. Насколько электричество хочет переместиться из одной точки в другую. Измеряется в вольтах.
  
• Ток — ток, протекающий из одной точки в другую, буквально зависит от того, сколько электронов движется в секунду.Измеряется в амперах
  
• Мощность — работа, выполняемая в секунду. В цепях это обычно означает количество тепла, отдаваемого цепью. Измеряется в ваттах или джоулях в секунду.
• Энергия — общий объем выполненных работ. Для этого нет временной составляющей, которая является различием между мощностью и энергией. Измеряется в джоулях. Они будут разъяснены позже в этом руководстве.

Напряжение и ток

На протяжении десятилетий наиболее распространенными примерами, иллюстрирующими, как работает электричество, и разница между напряжением и током, является использование воды в качестве примера.Это потому, что, хотя и не идеальный, он на удивление похож и довольно эффективен.

Представьте себе, что напряжение похоже на воду в озере на вершине холма. Он хочет плыть под гору, и если у него будет возможность, он это сделает. Это желание воды течь вниз похоже на напряжение, оно не представляет движения и само по себе статично. Если вода действительно начинает течь, этот поток воды и есть течение. А размер канала, ведущего от вершины холма к основанию холма, и есть сопротивление.Все эти три элемента напрямую связаны между собой, и понимание того, что взаимосвязь является фундаментальной частью анализа цепей, а также темой нашего следующего руководства.

Если продолжить эту аналогию, вы заметите, что с напряжением не имеет значения, насколько высок этот холм — если нет отверстия для воды, она просто будет там оставаться. Если холм представляет собой гору высотой в три мили, там есть большой потенциал, но все равно нет потока, если нет тропы или трубы. При этом озеро высотой в три мили с трубой будет проталкивать по этой трубе намного больше воды, чем озеро высотой в три фута с трубой того же размера.Вот как напряжение (потенциал) влияет на ток (поток). Сохраняя постоянное сопротивление (размер трубы), вы можете увеличить ток, увеличив напряжение.

Аналогичным образом, если вы увеличите размер трубы (уменьшите сопротивление), не изменяя высоту потенциала, вы все равно получите больший поток. И наоборот, если вы уменьшите размер трубы (увеличите сопротивление), вы получите меньше потока. Вот как сопротивление (размер трубы) влияет на ток (расход).Как правило, в цепи вы можете управлять напряжением и сопротивлением, а также высотой потенциала и размером трубы, чтобы получить желаемый поток.

И последнее о напряжении — обратите внимание, что разница между одним потенциалом и другим относительна. Например, вершина холма явно выше, чем основание холма. Но что, если мы выкопаем яму у подножия холма и сделаем дно еще ниже? А что, если бы рядом с холмом была гора? Холм ниже горы, поэтому существует потенциал между горой и холмом, так же как у подножия холма потенциал выше, чем у ямы, вырытой внизу.То же самое и с напряжением — когда мы говорим о напряжении, мы говорим об электрическом потенциале между двумя точками по отношению друг к другу. Обычно мы предполагаем, что самая низкая точка — это «0» или то, что мы называем «землей» в качестве ориентира. Но иногда вы получаете отрицательное напряжение, что просто означает, что электрический потенциал в этой точке ниже того, что мы установили как наш потенциал «земли». Иногда это может показаться странным, но как только вы получите некоторый опыт работы с цепями и электричеством, отрицательные напряжения имеют большой смысл.Это становится еще более разумным, когда вы понимаете, что, поскольку все относительно, вы можете перевернуть свою точку зрения и изменить знак напряжения. Это может быть 10 вольт сверху вниз, но также -10 вольт снизу вверх, поэтому v _ab = -v _ba . Иногда это может пригодиться.

Мощность против энергии

Давайте снова сосредоточимся на мощности и энергии. Утверждение, что связь между мощностью и энергией — это только вопрос времени, неудовлетворительно и не очень ясно.Приведем небольшой пример, который может упростить задачу. Представьте, что вам нужно поднять ящик на 10 футов. Вы можете подбросить его прямо за 1 секунду или медленно поднять в течение 10 секунд. Количество энергии, необходимое для перемещения ящика с 0 до 10 футов, такое же, но первый вариант, бросая его прямо вверх, требует в 10 раз больше силы, чем его медленный подъем. В подавляющем большинстве приложений и проблем схем мы заботимся только о мощности и игнорируем энергию, но при обсуждении источников энергии, таких как батареи и конденсаторы, это различие становится критическим.

«Батареи более энергоемкие, чем конденсаторы, но конденсаторы более энергоемкие, чем батареи. Расширяя пример коробки и используя некоторые произвольно выбранные числа, это означает, что конденсатор может поднять коробку на 100 футов в воздух за одну секунду, в то время как батарея того же физического размера может только поднять коробку на 10 футов в воздух за одну секунду. одна секунда. Но при равных физических размерах батарея может поднять коробку на высоту 5000 футов, прежде чем разрядится, а конденсатор может поднять коробку на 300 футов до того, как закончится энергия.”

С математической точки зрения электрическая мощность — это просто ток, умноженный на напряжение, поэтому здесь учитываются как расход, так и потенциал. Возвращаясь к аналогии с водой, вы можете заставить небольшой поток с большой высоты произвести много энергии. Или вы можете получить очень большой поток с относительно небольшой высоты, чтобы создать большую мощность. Но если у вас слишком мало одного или другого, не будет много силы. Подобно тому, как падающая капля дождя не создаст полезного количества энергии, огромное напряжение без какого-либо тока не произведет большой мощности.Или вода, выливающаяся из чашки на столе, может течь, но за ней нет никакой возможности выполнять какую-либо работу. Это комбинация, которая создает силу.

---

Это должно заложить основу для понимания основных терминов, необходимых для начала решения схем. Затем давайте узнаем о взаимосвязи между напряжением, током и сопротивлением с законом Ома.

Как измерить напряжение, ток и мощность

Трансформаторы тока (ТТ)

Трансформаторы тока (ТТ) — это датчики, используемые для линейного понижения тока, проходящего через датчик, до более низкого уровня, совместимого с измерительными приборами.Сердечник трансформатора тока имеет тороидальную или кольцевую форму с отверстием в центре. Проволока оборачивается вокруг сердечника, образуя вторичную обмотку, и покрывается кожухом или пластиковым кожухом. Количество витков провода вокруг сердечника определяет коэффициент понижения, или коэффициент ТТ, между током в измеряемой линии (первичной) и токовым выходом, подключенным к приборам (вторичным). Нагрузочный провод, который необходимо измерить, пропускают через отверстие в центре трансформатора тока.Пример: CT с соотношением 500: 5 означает, что нагрузка 500 ARMS на главной линии приведет к выходу 5 ARMS на вторичной цепи CT. Прибор будет измерять 5 ARMS на терминалах и может применять коэффициент масштабирования, введенный пользователем, для отображения полных 500 ARMS. Для трансформаторов тока указано номинальное значение, но часто указывается точность, превышающая 100% от номинала. ТТ могут быть с разделенным сердечником или сплошным сердечником. ТТ с разъемным сердечником открываются на петлях или имеют съемную секцию, чтобы установщик мог подключить ТТ вокруг провода нагрузки без физического отсоединения измеряемого провода нагрузки.

Предупреждение о безопасности: хотя ТТ может физически подключаться к установленной линии, перед установкой ТТ необходимо безопасно отключить питание. Открытые соединения вторичной обмотки при включенном питании первичной обмотки могут привести к возникновению чрезвычайно опасных потенциалов напряжения.

Опции

CT при покупке включают номинальный диапазон, диаметр отверстия, разъемный / сплошной сердечник, тип выхода (напряжение / ток) и выходной диапазон (0,333 В RMS, ± 10 В, 1 ARMS, 5 ARMS и т. Д.). Поставщики ТТ часто могут настроить датчик под конкретные нужды, такие как диапазон входного или выходного сигнала.

Рис. 5. ТТ с разъемным сердечником обычно имеют шарнир или съемную секцию для установки вокруг линии без физической разборки, хотя питание все равно следует отключать. (Изображение любезно предоставлено Magnelab)

Рис. 6. ТТ с твердым сердечником дешевле, но могут потребовать больше труда для установки в уже работающих цепях.
(Изображение любезно предоставлено Magnelab)

Полоса пропускания измерения ТТ

Полоса пропускания от 1 кГц до 2 кГц достаточна для большинства приложений контроля качества электроэнергии в цепях переменного тока.Для высокочастотных приложений подключайтесь напрямую к NI 9246 или NI 9247 для полосы пропускания до 24 кГц или выбирайте более дорогие трансформаторы тока с более высокой частотой. Все модули, перечисленные в таблице выше, имеют полосу пропускания приблизительно 24 кГц для сигналов, подключенных напрямую. Высокочастотные трансформаторы тока более специализированы и имеют характеристики полосы пропускания в диапазоне сотен МГц. Измерительные модули NI 9215, NI 9222 и NI 9223 имеют диапазон частот дискретизации от 100kS / s / ch до 1MS / s / ch при разрешении 16 бит для более высокочастотных измерений.

Для высокочастотных измерений, выходящих за рамки возможностей NI 9223, NI рекомендует осциллограф или дигитайзер для PXI, предназначенный для лабораторных, исследовательских и испытательных систем.

Измерение постоянного тока

ТТ

не измеряют ток постоянного тока или компонент смещения постоянного тока в сигнале переменного тока. Для большинства приложений питания переменного тока в этом нет необходимости. Когда необходимо измерение постоянного тока, NI 9227 имеет встроенные калиброванные шунты и может измерять постоянный ток до 5 ампер. Для измерения постоянного тока более 5 ампер используется шунт для измерения тока большой мощности (см. Ниже) или датчик Холла (см. Ниже), подключенный к соответствующему измерительному модулю.

Катушки Роговского

Катушки

Роговского, иногда называемые «тросовыми трансформаторами тока», представляют собой еще один вариант датчика для измерения тока в линии. Катушки Роговского похожи в том, что они наматываются на провод нагрузки, но они гибкие, имеют гораздо большее отверстие, чем стандартные трансформаторы тока, и принцип измерения отличается. Катушки Роговского индуцируют напряжение, которое пропорционально скорости изменения тока и, следовательно, требуется в цепи интегратора для преобразования в пропорциональный ток.Интегратор представляет собой отдельный блок / компонент, который обычно устанавливается на панели или на DIN-рейке, требует источника питания постоянного тока и выводит сигналы низкого напряжения или тока на приборы. Размер и гибкость катушек Роговского делают их подходящими для обхода более крупных шин, используемых в коммерческих зданиях или на заводах, особенно когда они уже построены и измерение мощности добавлено в качестве модернизации, но они дороже, чем ТТ с сопоставимым входом. диапазон.

Рисунок 7.Катушки Роговского требуют внешнего источника питания, интегральной схемы (расположенной в черной монтажной коробке на изображении выше) и являются более дорогими, чем типичные трансформаторы тока с твердым / разъемным сердечником, но обеспечивают быструю фазовую характеристику и подходят для модернизации установок и измерений больших шин из-за к их большому гибкому открытию. (Изображение любезно предоставлено Magnelab)

Датчики на эффекте Холла

Датчики

на эффекте Холла основаны на «эффекте Холла», названном в честь Эдвина Холла, когда ток, протекающий через полупроводник, расположенный перпендикулярно магнитному полю, создает потенциал напряжения на полупроводниковом материале.Для измерения тока схема на эффекте Холла размещается перпендикулярно сердечнику магнитного поля и выдает напряжение, которое масштабируется с учетом токовой нагрузки в измеряемой линии. ТТ на эффекте Холла обычно имеют лучшую частотную характеристику и могут измерять смещение постоянного тока, но они более дороги, требуют питания и могут подвергаться температурному дрейфу.

Рис. 8. Датчики на эффекте Холла имеют чувствительную цепь, перпендикулярную магнитному полю, и требуют питания.Датчики на эффекте Холла не подчиняются ограничениям насыщения, как ТТ, и могут измерять постоянный ток, но они более дорогостоящие.

Резисторы токового шунта

Токоизмерительные шунты или токовые шунтирующие резисторы — это резисторы, включенные в цепь с целью измерения тока, протекающего по шунту. Это довольно распространенные электрические компоненты, которые могут использоваться в самых разных областях. Размер шунта будет зависеть от диапазона измерения тока, выходного диапазона и мощности, протекающей по цепи.Для большей точности доступны более дорогие прецизионные резисторы. Шунты не наматываются на провод цепи и размещаются на линии как компонент. Это устраняет изолирующий барьер между измеряемой схемой и измерительным оборудованием и может сделать установку более сложной, чем ТТ или катушка Роговского. Однако шунты могут измерять постоянный ток, иметь лучшую частотную характеристику и лучшую фазовую характеристику. Модуль NI 9238 для CompactRIO и CompactDAQ был разработан с аналоговым интерфейсом низкого диапазона (± 0.5 В) специально для токовых шунтирующих резисторов. Кроме того, NI 9238 имеет межканальную изоляцию 250 В.

Месть Эдисона: вернется ли постоянный ток в США?

Новый фронт в старой вражде открывается в стремлении к большей энергоэффективности.

В конце 19 века две конкурирующие электроэнергетические системы боролись за господство в распределении электроэнергии в Соединенных Штатах и ​​большей части промышленно развитого мира.Переменный ток (AC) и постоянный ток (DC) использовались для питания таких устройств, как двигатели и лампочки, но они не были взаимозаменяемыми.

Битва за энергосистему началась Apple и Microsoft в позолоченный век. Томас Эдисон, который изобрел множество устройств, использующих энергию постоянного тока, разработал первые системы передачи энергии, использующие этот стандарт. Между тем, AC был продвинут Джорджем Вестингаузом и несколькими европейскими компаниями, которые использовали изобретения Николы Теслы для повышения тока до более высоких напряжений, что упростило передачу энергии на большие расстояния с использованием более тонких и дешевых проводов.

Соперничество было чревато язвительными трюками и рекламными трюками — например, Эдисон зарезал слона электрическим током, чтобы показать, что переменный ток опасен, — но переменный ток в конечном итоге стал стандартом для передачи, господствовавшим более века.

Теперь появляется EMerge Alliance, консорциум агентств и отраслевых групп, который думает, что DC вернется. С таким количеством портативных электронных устройств и крупными потребителями электроэнергии, такими как центры обработки данных, работающие на постоянном токе, технология может заполнить растущую нишу при одновременном сокращении потребления энергии.

Кроме того, по мере того, как все больше генераторов возобновляемой электроэнергии, таких как фотоэлектрические и ветряные турбины, вырабатывающие постоянный ток, начинают работать, энергосистемы постоянного тока могут упростить их интеграцию в сеть. «Мы как группа спрашивали себя:« Если мы генерируем мощность постоянного тока и используем мощность постоянного тока, почему мы преобразуем ее в переменный ток, чтобы переместить ее на несколько сотен футов или даже на несколько футов? » «сказал Брайан Паттерсон, председатель EMerge.

Исправление расточительного «несоответствия»
Группа разрабатывает стандарты питания постоянного тока в небольших масштабах для отдельных зданий и конкретных приложений, таких как освещение.Паттерсон объяснил, что альянс исправляет «фундаментальное несоответствие между энергосистемой общего пользования и базой пользователей, которая в основном состоит из постоянного тока».

Хотя теперь у нас есть технология для передачи постоянного тока по сети, большинство генераторов вырабатывают переменный ток. Затем его повышают до более высокого напряжения, чтобы преодолеть сопротивление в линиях передачи. Ток колеблется от положительного к отрицательному напряжению, как правило, от 50 до 60 раз в секунду, в зависимости от страны.

Когда власть доходит до пользователя, она понижается до более удобных уровней.Поскольку компьютеры, телевизоры и мобильные телефоны работают от постоянного тока, питание должно быть выпрямлено из переменного тока, чтобы волнообразный ток стал плоским и «прямым».

Это преобразование не всегда эффективно, тратя от 5 до 20 процентов энергии в виде тепла. Вот почему блок питания вашего компьютера нагревается, когда вы его заряжаете. «Ваш ноутбук представляет собой своего рода собственную сеть нано-постоянного тока. Если вы можете представить себе, как масштабируется на всю нашу энергосистему, вы можете увидеть эволюцию, похожую на то, как формировался Интернет», — сказал Паттерсон.

Центры обработки данных составляют основу онлайн-мира и могут помочь DC набрать обороты. В них размещается от нескольких десятков до тысяч серверов, каждый со своими процессорами, жесткими дисками и памятью. Эти объекты служат базой для крупных предприятий — не только в технологическом секторе, но и для консалтинговых, финансовых и исследовательских фирм. Тем не менее, они, как известно, являются большими потребителями энергии.

Например, Lakeside Technology Center в Чикаго — один из крупнейших центров обработки данных в мире.Это второй по величине потребитель энергии в регионе после международного аэропорта О’Хара, который получает более 100 мегаватт энергии. Согласно отчету Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (LBNL), по всей стране эти центры потребляют 14,6 тераватт-часов электроэнергии в год.

Экономика может снова вызвать рост постоянного тока
У этих центров обработки данных есть некоторые особенности, которые делают их привлекательными объектами для микросетей постоянного тока. Поскольку время безотказной работы серверов означает деньги для бизнеса, многие из этих объектов поддерживаются источниками бесперебойного питания (ИБП), системами резервного питания от батарей, которые гарантируют, что такие веб-сайты, как Google, остаются в сети во время перебоев в подаче электроэнергии.

Брайан Фортенбери, руководитель программы в группе эффективности Исследовательского института электроэнергетики (EPRI), отметил, что в таких установках есть некоторые явные недостатки. «Что нас заинтересовало, так это то, что в пространстве центров обработки данных, когда они проходят эти преобразования, ИБП, которые они любят использовать, преобразуют переменный ток в постоянный в переменный», — сказал он, добавив, что мощность переменного тока от резервного источника преобразованы обратно в DC внутри серверов, так как они работают внутри.

Преобразования выделяют тепло, поэтому серверные комнаты нуждаются в очень энергоемких системах охлаждения, требующих вдвое больше энергии для работы кондиционера, чем для работы самих серверов.«На самом деле это выглядело довольно глупо», — сказал он.

EPRI и LBNL начали пилотное исследование центров обработки данных постоянного тока в 2008 году. При их установке они обнаружили, что системы постоянного тока были на 6–8 процентов эффективнее и на 5–7 процентов более энергоэффективны по сравнению с центрами обработки данных переменного тока.

Фортенбери сказал, что эти улучшения — не единственное преимущество серверных комнат с питанием от постоянного тока. Есть и другие переменные, которые подтолкнут компании к этой парадигме. «Элементы, которые, вероятно, будут двигать рынок, — это продажа этих систем постоянного тока с меньшими капитальными затратами, меньшими занимаемыми площадями и повышением эффективности.Самым большим фактором, самым большим фактором является надежность системы », — сказал он, объяснив, что питание постоянного тока в целом более стабильно, а устранение потерь преобразования продлевает срок службы батарей.

Возобновляемые источники энергии создадут «Prius» зданий
Другой драйвер — распространение возобновляемых источников энергии. Солнечные панели вырабатывают постоянный ток, который необходимо преобразовать в переменный, прежде чем подавать в дом, офис или в сеть. По словам Бринды, для компаний, стремящихся к созданию здания с нулевым энергопотреблением — такого, которое производит столько энергии, сколько потребляет — или пытающихся сократить период окупаемости своих инвестиций в солнечную энергию, обход переменного тока может помочь выжать больше энергии из солнца. Томас, докторант кафедры инженерии и государственной политики Университета Карнеги-Меллона.

По ее словам, установка системы питания постоянного тока со временем станет дешевле, и она предполагает, что в зданиях будут розетки как переменного, так и постоянного тока.

Паттерсон из EMerge согласился с тем, что будущее за гибридными электрическими системами, и сказал, что его группа разрабатывает стандарты для «создания« Prius »зданий», правила написания правил прокладки тока, конструкции вилок и обеспечения безопасности систем.

Это важные соображения, потому что напряжение постоянного тока остается довольно постоянным, когда устройство работает, в отличие от переменного тока, в котором напряжение падает до нуля десятки раз в секунду.Это означает, что если вы отключите устройство постоянного тока во время его работы, электричество может пройти через воздух. Это также может вызвать коррозию и точечную коррозию металлических компонентов.

«Мы делаем ту работу, которая должна быть сделана, чтобы сделать код и нормативную базу равными для DC», — пояснил он.

По словам Карины Гарбеси, профессора и приглашенного исследователя в LBNL, вдали от линий электропередачи DC становится все более популярной альтернативой в развивающихся странах.Обеспечение электроснабжения отдаленных районов от сети переменного тока очень дорого и не имеет особого смысла, поскольку в некоторых из этих регионов можно построить ветряные турбины и солнечные фермы.

«Как только вы начнете использовать весь этот сценарий, этот прямой DC станет все более и более привлекательным», — сказала она. «Самой большой проблемой будет переход: как вы собираетесь перейти от мира, ориентированного на переменный ток, к миру, ориентированному на постоянный ток?»

Паттерсон сказал, что по мере того, как здания модернизируются для подачи постоянного тока, технология будет распространяться аналогично Интернету, управляемому более крупными фирмами, прежде чем она распространится в домах, где солнечные панели на крышах заряжают электромобили.

Перепечатано из Climatewire с разрешения Environment & Energy Publishing, LLC. www.eenews.net, 202-628-6500

.