Как перевести амперы в киловатты и обратно: правила и примеры

Оглавление

По какой формуле вычисляется

Мощность электрического тока

В следующих пунктах рассмотрены подробно типичные ситуации (подключаемые устройства):

источник постоянного напряжения (светодиоды);
~220V, одна фаза (кухонная вытяжка);
~380V, три фазы (станок).

Расчет силы тока по мощности и напряжению в сети постоянного тока

С помощью изученных принципов можно выяснить, как посчитать мощность (пример):

к источнику 5 V последовательно подключают несколько светодиодов;
измеряют ток в цепи с помощью мультиметра (0,85 А);
для определения количества ватт формула «P = I * U» поможет узнать результат: 5 * 0,85 = 4,25 Вт.

Как узнать мощность однофазной нагрузки

Без поправочных коэффициентов можно применить аналогичный алгоритм при подключении лампочки накаливания. Однако в рассматриваемом примере (вытяжка) вычисляют мощность переменного тока по формуле с учетом индуктивных параметров электродвигателя. В этом случае применяют специальный корректирующий множитель – cosϕ.

Треугольник мощностей

Как определить мощность, показывает следующий алгоритм действий:

берут из сопроводительной документации значение cosϕ (например, 0,75);
эти же данные производители указывают на типовых шильдиках;
измеряют ток (1,25 А);
напряжение известно – 220 B;
чтобы определить мощность тока, формула дополняется соответствующим множителем:

Pакт = 1,25 * 220 *0,75 = 206,25 Вт.

Как найти мощность тока в трехфазной сети

В этих сетях электричество поступает к потребителям по разным цепям. Вместо «фазного» в данном случае применяют понятие «линейного» напряжения, которое измеряется между отдельными проводниками (Uлин=380В). Чтобы рассчитать мощность корректно, применяют дополнительный множитель (√3 = 1,7321).

Средняя P в активной нагрузке

Зная мощность переменного тока (350 Вт), после простого преобразования базовой формулы можно вычислить:

I = P/ (U * √3 * cosϕ) = 350 / (380 * 1,7321 * 0,75) = 350/ 493,6485 = 0,7 А.

Правила проведения перевода

Часто изучая инструкцию, прилагаемую к некоторым приборам, можно увидеть обозначение мощности в вольт-амперах. Специалисты знают разницу между ваттами (Вт) и вольт-амперами (ВА), но практически эти величины обозначают одно и то же, поэтому преобразовывать здесь ничего не нужно. А вот кВт/час и киловатты — понятия разные и путать их нельзя ни в коем случае.

Чтобы продемонстрировать, как выразить электрическую мощность через ток, нужно воспользоваться следующими инструментами:

тестером; токоизмерительными клещами; электротехническим справочником; калькулятором.

При перерасчете ампер в кВт используют следующий алгоритм:

Берут тестер напряжения и измеряют напряжение в электроцепи.
Используя токоизмерительные ключи, замеряют силу тока.
Производят перерасчет, используя формулу для постоянного напряжения в сети или переменного.

В результате мощность получают в ваттах. Чтобы преобразить их в киловатты, делят получившееся на 1000.

Однофазная электрическая цепь

На однофазную цепь (220 В) рассчитано большинство бытовых приборов. Нагрузка здесь измеряется в киловаттах, а маркировка АВ содержит амперы.

Чтобы не заниматься вычислениями, при выборе автомата можно воспользоваться ампер-ватт таблицей. Здесь уже есть готовые параметры, полученные путем выполнения перевода при соблюдении всех правил

Ключевым при переводе в этом случае является закон Ома, который гласит, что P, т.е. мощность, равна I (силе тока) умноженной на U (напряжение). Подробнее о расчете мощности, силы тока и напряжения, а также о взаимосвязи этих величин мы говорили в этой статье.

Отсюда вытекает:

кВт = (1А х 1 В) / 1 0ᶾ

А как же это выглядит на практике? Чтобы разобраться, рассмотрим конкретный пример.

Допустим, автоматический предохранитель на счетчике старого типа рассчитан на 16 А. С целью определения мощности приборов, которые можно безболезненно включить в сеть одновременно, нужно осуществить перевод ампер в киловатты с применением вышеприведенной формулы.

Получим:

220 х 16 х 1 = 3520 Вт = 3,5КВт

Как для постоянного, так и переменного тока применяется одна формула перевода, но справедлива она только для активных потребителей, таких как нагреватели лампы накаливания. При емкостной нагрузке обязательно возникает сдвиг фаз между током и напряжением.

Это и есть коэффициент мощности или cos φ

Тогда как при наличии только активной нагрузки этот параметр принимают за единицу, то при реактивной нагрузке его нужно принимать во внимание

Если нагрузка смешанная, значение параметра колеблется в диапазоне 0,85. Чем меньше приходится на реактивную составляющую мощности, тем незначительней потери и тем выше коэффициент мощности. По этой причине последний параметр стремятся повысить. Обычно производители указывают значение коэффициента мощности на этикетке.

Трехфазная электрическая цепь

В случае переменного тока в трехфазной сети берут значение электрического тока одной фазы, затем умножают на напряжение этой же фазы. То, что получили, умножают на косинус фи.

Подключение потребителей может быть выполнено в одном из двух вариантов — звездой и треугольником. В первом случае это 4 провода, из которых 3 являются фазными, а один — нулевым. Во втором применяют три провода

После подсчета напряжения во всех фазах, полученные данные складывают. Сумма, полученная в результате этих действий, является мощностью электроустановки, подсоединенной к трехфазной сети.

Основные формулы имеют следующий вид:

Ватт = √3 Ампер х Вольт или P = √3 х U х I

Ампер = √3 х Вольт либо I= P/√3 х U

Следует иметь понятие о разнице между напряжением фазным и линейным, а также между токами линейными и фазными. Перевод ампер в киловатты в любом случае выполняют по одной и той же формуле. Исключение — соединение треугольником при расчете нагрузок, подключенных индивидуально.

На корпусах или упаковке последних моделей электроприборов указана и сила тока, и мощность. Обладая этими данными, можно считать вопрос, как быстро перевести амперы в киловатты, решенным.

Специалисты применяют для цепей с переменным током конфиденциальное правило: силу тока делят на два, если нужно примерно вычислить мощность в процессе подбора пускорегулирующей аппаратуры. Также поступают и при расчете диаметра проводников для таких цепей.

Как определить силу тока. Как узнать, вычислить какой ток в схеме, цепи.

Тема: по какой формуле можно найти силу тока, как правильно измерить ток.

Известно, что электрический ток заряженных частиц лежит в основе работы всей электротехники. Знание его величины дает понимание о режиме работы той или иной цепи, схемы. Если для специалиста электрика, электронщика не составит особого труда определить силу тока, то для новичка это может оказаться проблемой. В этой теме давайте с вами рассмотрим, какими именно способами можно узнать, вычислить, найти электрический ток используя как непосредственные измерения так и формулы. Основными электрическими величинами являются напряжение, ток, сопротивление, мощность. Пожалуй главной формулой электрика является формула закона Ома. Она имеет вид I=U/R (ток равен напряжение деленное на сопротивление). Данную формулу приходится использовать повсеместно. Из нее можно вывести две другие: R=U/I и U=I*R. Зная любые две величины всегда можно вычислить третью. Напомню, что при использовании формул нужно пользоваться основными единицами измерения. Для тока это амперы, для напряжения это вольты и для сопротивления это омы.

К примеру, вам нужно быстро определить силу тока, которую потребляем электрочайник. Напряжение нам известно, это 220 вольт. Берем в руки мультиметр, электронный тестер, меряем сопротивление в омах. Далее мы просто напряжение перемножаем на это сопротивление. В итоге мы получаем искомую силу тока в амперах. Хочу уточнить, что данная форума работает только для цепей с активной нагрузкой (обычные нагреватели, лампы накаливания, светодиоды и т.д.). Для реактивной нагрузки формула имеет иной вид, где уже используется такие величины как индуктивность, емкость, частота.

Силу тока можно определить и по другой формуле, которая в себе содержит напряжение и мощность. Она имеет вид: I=P/U (сила тока равна электрическая мощность деленная на напряжение). То есть, 1 ампер равен 1 ватт деленный на 1 вольт. Две других формулы, выходящие из этой, имеют такой вид: P=U*I и U=P/I. Если вам известны любые две величины из тока, напряжения и мощности, всегда можно вычислить третью.

Помимо формул силу тока можно определить и практическим путем, через обычное измерение тестером, мультиметром. Для новичков сообщаю, что силу тока нужно измерять в разрыв электрической цепи. То есть, к примеру, у нас схема, прибор, с него выходит кабель с двумя проводами питания. Берем измеритель, выставляем на нем нужный диапазон измерения. Далее, один щуп измерителя мы прикладываем к одному из проводов питания устройства, а другой щуп измерителя к одному из контактов самого электропитания. Ну, и оставшийся провод, идущий от устройства мы также подсоединяем ко второму контакту питания. После включения самого устройства на измерителе появится величина тока, которую он потребляет при своей работе.

При измерении силы тока нужно помнить, что имеет значение какой вид тока течет по цепи (переменный или постоянный). Допустим, на большинство электротехники подается переменное напряжение, следовательно и измерять на входе ток нужно переменного типа. Внутри устройств обычно стоят блоки питания, которые снижают сетевое напряжение до меньших величин и делают его постоянным. Значит ту часть электрической цепи, что стоит после выпрямляющего диодного моста (делающая из переменного тока постоянный) уже нужно измерять как постоянный ток. Если вы попытаетесь измерить силу тока не своего типа, то и показания вы получите неверные.

Напряжение измеряют по другому. Измерительные щупы уже прикладываются не в разрыв цепи, как это делается у тока, а параллельно контактам питания. И в этом случае тип напряжения имеет значение (переменное или постоянное). Так что будьте внимательны, когда выставляете тип тока (напряжения) и их предел на тестере.

P.S. Именно сила тока в электротехнике делает всю работу, что мы воспринимаем как свет, тепло, звук, движение и т.д. Для облегчения понимания, что такое ток, а что такое напряжение можно привести аналогию с обычной водой. Так вот давление в воды в водопроводе будет соответствовать примерно электрическому напряжению, а движение самой воды это будет ток.

Расчет силы тока по мощности, напряжению, сопротивлению

Бесплатный калькулятор расчета силы тока по мощности и напряжению/сопротивлению – рассчитайте силу тока в однофазной или трехфазной сети в ОДИН КЛИК!

Перемотайте вниз чтобы НАЧАТЬ (место для вашего контента)

Если вы хотите узнать как рассчитать силу тока в цепи по мощности, напряжению или сопротивлению, то предлагаем воспользоваться данным онлайн-калькулятором. Программа выполняет расчет для сетей постоянного и переменного тока (однофазные 220 В, трехфазные 380 В) по закону Ома. Рекомендуем без необходимости не изменять значение коэффициента мощности (cos φ) и оставлять равным 0.95. Знание величины силы тока позволяет подобрать оптимальный материал и диаметр кабеля, установить надежные предохранители и автоматические выключатели, которые способны защитить квартиру от возможных перегрузок. Нажмите на кнопку, чтобы получить результат.

Смежные нормативные документы:

СП 256.1325800.2016 «Электроустановки жилых и общественных зданий. Правила проектирования и монтажа»
СП 31-110-2003 «Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных зданий»
СП 76.13330.2016 «Электротехнические устройства»
ГОСТ 31565-2012 «Кабельные изделия. Требования пожарной безопасности»
ГОСТ 10434-82 «Соединения контактные электрические. Классификация»
ГОСТ Р 50571.1-93 «Электроустановки зданий»

Как рассчитать силу тока для отдельных элементов электрической цепи

При монтаже электрической проводки как в домашних, так и в промышленных условиях необходимо правильно рассчитать силу тока. Это необходимо в перовую очередь для правильного подбора сечения кабеля или провода. В случае если диаметр проводника будет ниже необходимого, то кабель будет чрезмерно нагреваться. Это может привести к оплавлению изоляции, короткому замыканию и как правило, в большинстве случаев является причиной пожаров.

Как рассчитать силу тока по мощности электроприбора

Мощность электрического устройства является величиной физической и характеризует скорость преобразования или передачи энергии. В системе СИ единицей мощности принят ватт. Для однофазной сети данный показатель можно определить по простой формуле:

Р=U x I, где U- напряжение в электрической сети в вольтах, а I – сила тока в амперах. То есть для того чтобы рассчитать силу тока, зная мощность электрического изделия необходимо преобразовать формулу и получаем ее в таком виде I (сила тока, А) = Р (мощность устройства, Вт) / U (напряжение сети, В).

Задача: необходимо подобрать кабель для подключения электрического камина в частном доме.

Исходными данными имеющими значение будут мощность, указанная в документации на электрокамин (условимся что она завалена производителем в 5 кВт) и напряжение сети (как правило, для частного дома эта величина составляет 220 В, при условии, что сеть однофазная).

Подставив эти значения в вышеуказанную формулу (5000/220) мы получаем значение силы тока в 22,7А. Исходя из этого выбираем кабель соответствующего сечения

Необходимо принимать во внимание, что все расчетные параметры кабельной продукции стандартизированы и в любом случае необходимо руководствоваться большей величиной. Так в нашем варианте подойдет медный кабель сечением 2,5 кв. мм

рассчитанный на ток 27 ампер

мм. рассчитанный на ток 27 ампер.

Здесь рассмотрен вариант расчета силы тока для локального электроприбора. Если к кабелю будет подключено несколько устройств, то необходимо суммировать всю их мощность.

Как рассчитать сечение по току

Расчет сечения кабеля по току осуществляется также на основании ПУЭ, в частности, с использованием таблиц 1.3.6. и 1.3.7. Зная суммарную мощность электроприборов, можно по формуле определить номинальную силу тока:

I = (P · К_с) / (U · cos ϕ).

Для трехфазной сети используется другая формула:

I=P/(U√3cos φ),

где U будет равно уже 380 В.

Если к трехфазному кабелю подключают и однофазных, и трехфазных потребителей, то расчет ведется по наиболее нагруженной жиле. Для примера с общей мощностью приборов, равной 5 кВт, и однофазной закрытой сети получается:

I = (P · К_с) / (U · cos ϕ) = (5000 · 0,75) / (220 · 1) = 17,05 А, при округлении 18 А.

BBГнг 3×1,5 – медный трехжильный кабель. По таблице 1.3.6. для силы тока 18 А ближайшее в значение – 19 А (при прокладке в воздухе). При номинальной силе тока 19 А сечение его токопроводящей жилы должно составлять не менее 1,5 мм2. У кабеля BBГнг 3×1,5 одна жила имеет сечение S = π · r2 = 3,14 · (1,5/2)2 = 1,8 мм2, что полностью соответствует указанному требованию.

Если рассматривать кабель ABБбШв 4×16, необходимо брать данные из таблицы 1.3.7. ПУЭ, где указаны значения для алюминиевых проводов. Согласно ей, для четырехжильных кабелей значение тока должно определяться с коэффициентом 0,92. В рассматриваемом примере к 18 А ближайшее значение по таблице 1.3.7. составляет 19 А.

С учетом коэффициента 0,92 оно составит 17,48 А, что меньше 18 А. Поэтому необходимо брать следующее значение – 27 А. В таком случае сечение токопроводящей жилы кабеля должно составлять 4 мм2. У кабеля ABБбШв 4×16 сечение одной жилы равно:

S = π · r2 = 3,14 · (4,5/2)2 = 15,89 мм2.

Согласно таблице 1.3.7. этот кабель рациональнее использовать при номинальном токе 60 А (при прокладке по воздуху) и до 90 А (при прокладке в земле).

Сила тока и сопротивление

Как усилить поток воды из шланга? Можно добавить напор (увеличить давление), но не слишком сильно, иначе шланг разорвёт. А можно взять шланг большего диаметра.

То же справедливо и для проводника: чем больше он в сечении, тем больший поток электронов может пропустить. Но если сила тока окажется слишком большой, проводник перегреется и сгорит.

Именно так работают плавкие предохранители в электронных приборах: при резком скачке силы тока тонкий проводок перегорает, и устройство отключается от сети.

‍Плавкие предохранители: новый и отработанный‍

Чем короче и шире шланг, тем большее количество воды он способен пропустить за единицу времени. Также и с электричеством: сила тока, проходящего через проводник за секунду, зависит от сопротивления проводника. Только кроме длины и площади сечения на сопротивление влияет материал, из которого проводник сделан.

Формула сопротивления выглядит так:

l — это длина проводника, S — площадь его сечения, а ρ — удельное сопротивление, у каждого материала оно своё.

Вещества с низким удельным сопротивлением называются проводниками, они проводят электричество наиболее эффективно. Вещества с высоким удельным сопротивлением называют диэлектриками — их можно использовать в качестве изоляторов. Среднее положение занимают полупроводники — они проводят электричество, но не так хорошо, как проводники.

Сопротивление измеряется в Омах. Проводник обладает сопротивлением в 1 Ом, если на его концах возникает напряжение в 1 Вольт при силе тока в 1 Ампер.

Учите физику вместе с домашней онлайн-школой «Фоксфорда»! По промокоду PHYSICS82020 вы получите бесплатный доступ к курсу физики 8 класса, в котором изучается сила тока!

Генерирование переменного тока

Кроме стандартных генераторов, для производства переменного тока применяются инверторы и фазорасщепители.

Инвертор

Это устройство, с помощью которого из постоянного тока получают его переменный вид. В процессе этого величина выходного напряжения тоже меняется. Схема устройства представляет собой электронный генератор синусоидального импульсного напряжения периодического характера. Есть варианты инверторов, работающих с дискретным сигналом. Инверторы применяют для автономного питания оборудования от аккумуляторов постоянного напряжения.

Инвертор 12/220 В, мощностью 1500 Вт

Фазорасщепитель

Ещё один способ получить несколько фаз из какого-либо сигнала – это выполнить его расщепление на несколько фаз. Это делается с помощью фазорасщепителя. Принудительная обработка сигналов цифрового или аналогового формата используется, как в радиоэлектронике, так и в силовой электротехнике.

Для электроснабжения трёхфазных асинхронных двигателей применяют выполненный на их же базе фазорасщепитель. Для этого обмотки трёхфазного двигателя соединяют не «звездой», а иначе. Две катушки присоединяют между собой последовательно, третью – подключают к средней точке второй обмотки. Двигатель запускают, как однофазный, после разгона в его третьей обмотке наводится ЭДС.

Интересно. В случае расщепления фаз подобным методом сдвиг фаз между 2 и 3 обмоткой составляет не 1200, как должно быть в идеале, а 900.

Примеры расчета

В качестве примера выбора трансформаторов тока рассмотрим расчетную проверку правильности выбора ТТ для счетчика электроэнергии в распределительной установке, с номинальным током в 150А, при минимуме нагрузки в 15А.

Проверяется Т-0,66 200/5, с коэффициентом трансформации – 40.

Ток вторичной обмотки при номинальном токе: 150/40 = 3,75А;

Минимальный ток вторичной обмотки при номинальной нагрузке: (5*40)/100 = 2А;

Полученный ток вторичной обмотки проверяемого трансформатора больше полученного значения минимального тока, что говорит о выполнении первого требования проверки;

Рассчитаем минимальный ток вторичной обмотки при минимальной нагрузке: 15/40 = 0,38А;

Узнаем минимальный ток вторичной обмотке при минимальной нагрузке: 5*5/100 = 0,25А;

0,38А> 0,25А – еще один пункт не выходит за рамки требуемых правил соответствия выбранного трансформатора тока;

Рассчитаем значение тока при ¼ нагрузке: 150*25/100 = 37,5А;

Рассчитаем значение тока вторичной обмотки при ¼ нагрузки: 37,5/40 = 0,94А;

Узнаем минимальный ток вторичной обмотки при ¼ нагрузке: 5*10/100 = 0,5А;

Сравнив оба значения токов вторичной обмотки, видим, что и здесь расчетное значение в норме: 0,94А> 0,5А;

Вывод: трансформатор тока Т-0,66 200/5 для учета электроэнергии выбран правильно и соответствует всем нормативным значениям «ПУЭ».

Как вычислить сечение многожильного провода

Многожильный провод, чем он отличается от одножильного? В принципе ничем, несколько одножильных проводов свитые вместе, а поэтому вычислить сечение одножильного провода и помножив на количество проводов получим сечение многожильного провода.
Рассмотрим на примере:
Имеется в распоряжении многожильный провод, сплетенный из 12 жил, диаметр одножильного провода 0,4 мм. Рассчитываем сечение жилы: 0,4мм х 0,4мм х 0,785 = 0,1256, округляем и получаем 0,126 мм 2. Сечение многожильного провода 0,126 мм 2 х 12 = 1,5 мм 2.
Заходим в таблицу и определяем, что такой провод способен выдержит ток 8 Ампер.

При желании можно определить сечение многожильного провода, замерив общий диаметр кабеля, так как между проводниками имеется пространство, то с помощью коэффициента 0,91 мы приблизительно рассчитаем общее сечение, что нам будет достаточно этой точности.
К примеру, замерив диаметр многожильного провода, мы получили 5 мм, рассчитываем:
5,0 мм х 5,0 мм х 0,785 = 19,625 мм 2, далее 19,625 мм 2 умножаем на 0,91 получаем 17,85 2. По таблице видим, что ток на который рассчитан провод более 63 А.

Онлайн калькулятор для определения сечения многожильного провода
Введите диаметр одной жилы, мм:
Количество жил в проводе:

Вот еще один простой калькулятор расчета.
Для вычисления потребляемого тока применяем известную формулу, для этого делим мощность прибора (Вт) на напряжение (вольт) , после деления результат получается в амперах.
Чайник потребляет 1200 Вт от сети 220 вольт, вычисляем 1200 дели на 220 получаем ток 5,45 А.

Онлайн калькулятор для определения величины тока по потребляемой мощности
Потребляемая мощность, Вт:
Напряжение питания, В:

Для вычисления необходимо вписать оба значения, иначе программа не поймет и выдаст соответствующее сообщение.

Расчет сопротивления для подключения светодиодов

Иногда требуется включить светодиодный индикатор в схему, но напряжение на данном участке больше требуемого. Напомним, что для загорание обычного светодиода требуется напряжение источника постоянного тока величиной 1,5 – 2 вольта и ток потребляемый им составляет 10 – 20 ма (для загорания и меньше в пределах 5 ма), напряжение и потребляемый ток зависят от разных характеристик, в том числе и от цвета излучаемым светодиодом и от его отличительных характеристики – имеется класс ярких светодиодов с малым потреблением тока.

Расчет производится по формуле:

ΔU=Uгасящее=Uпитания–Uсветодиода, т.е. ΔU разница напряжения между источником питания и значением величины рабочего напряжения данного светодиода. Необходимо представлять себе, что если вы хотите включить индикацию напряжения, к примеру 220 вольт, то потребуется погасить на резисторе 218 вольт, т.е. 220-2=218, для этого потребуется резистором номиналом 15 кОм и мощностью рассеивания 3,5 Вт, в данном случае лучше составить из трех резисторов по 5,1 кОм, или четырех резисторов по 3,9 кОм (Ряд E24).
Где U в вольтах, I в амперах, R в омах.

Вычисление мощности

Формула мощности электрического тока и принцип расчета будут отличаться при рассмотрении цепей постоянного и переменного токов. Постоянный ток используется в бортовой сети автомобилей, портативных устройствах, питающем напряжении троллейбусов. Переменный — применяется в электрической проводке зданий, мощных электродвигателях и генераторах.

При постоянном напряжении

Чтобы предположить значение тока, нужно знать мощность используемых потребителей электроэнергии. Расчет тока по мощности производится из этой величины по формуле:

I = P / U,

где I — сила тока, U — напряжение в сети, P — суммарная мощность, которую будут потреблять подключенные устройства.

Для примера можно посчитать ток питания электродвигателя троллейбуса 150 кВт. В троллейбусной сети используется постоянное напряжение 600 В. Соответственно, при вычислении тока через указанную формулу, получается значение, равное 250 ампер. Для таких больших значений в троллейбусной сети используются специальные провода.

Существует специальные таблицы, позволяющие по известному току сразу найти сечение медного или алюминиевого проводника. Это же значение можно вычислить в калькуляторе онлайн. Необходимо ввести используемый материал, ток или мощность потребителя — и сервис рассчитает оптимальное сечение. В стандартных проводках зданий используются сечения 1,5 квадратных миллиметра для сетей освещения и 2,5 кв. мм. для розеток.

При переменном напряжении

Для питания электрических сетей домашних и офисных зданий используется переменное напряжение. Его применение обосновано несколькими причинами:

Меньшие затраты при передаче по ЛЭП;
Простое создание повышающих и понижающих напряжение устройств;
Отсутствие полярности.

Мощность переменного тока сильно зависит от параметров питаемой нагрузки. Поэтому формула электрической мощности в переменных сетях приобретает вид:

P = U ⋅ I ⋅ cosφ,

где cosφ определяет характер нагрузки.

В таких цепях это активная мощность, то есть превращающаяся при работе в другие виды энергии: электромагнитную и тепловую.

Для активного сопротивления, то есть обычных резисторов, cosφ = 1. Чем больше реактивная составляющая в цепи, то есть больше элементов имеют емкостное или индуктивное сопротивление, тем меньше будет cosφ. Коэффициент cosφ для большинства электроприборов имеет значение 0,95, исключение составляют только сварочные аппараты и электродвигатели, имеющие высокую индуктивную нагрузку.

Существует и реактивная мощность. Она определяет энергию, подаваемую с источника питания в реактивные элементы, а затем возвращаемая этими элементами обратно. Формула мощности тока для реактивных цепей имеет вид:

P = U ⋅ I ⋅ sinφ.

Здесь sinφ характеризует вклад в полную мощность индуктивных и конденсаторных элементов. Измеряется реактивная мощность в таких единицах, как вар (вольт-ампер реактивный).

В промышленных электросетях распространены трехфазные системы. Их преимущества важны для индустрии:

Более экономная передача электричества на дальние расстояния;
Уменьшение затрат при создании электродвигателей 3-х фазной системы;
Равномерность механической нагрузки на электрогенератор.

Особенностью трехфазных систем электрического тока является то, что напряжение в этих системах используется повышенное, равное 380 В. При распределенной по трем ветвям нагрузке это приводит к уменьшению рабочего тока по отношению к однофазной системе, в которой рабочим напряжением принято 220 В. Формула для расчета мощности в трехфазной цепи будет иметь следующий вид:

P = 1,73 ⋅ I ⋅ U ⋅ cosφ.

Повышающий коэффициент 1,73 здесь связан с распределённой нагрузкой и меньшим влиянием реактивной составляющей в таких системах.

Рассчитать значение переменного тока, зная потребляемую мощность, легко по указанным формулам. Например, для однофазной сети:

I = P /(U ⋅ cosφ).

Как определить потребляемую мощность цепи, имея тестер, который мерит сопротивление?

Кроме перечисленных формул, есть еще и другие, например, такие:

С их помощью можно узнать мощность, не имея данных о напряжении или токе. Стоит отметить, что сопротивление измеряется в Омах.

Если сопротивление известно, тогда можно узнать, как рассчитать нагрузку по току. Для этого

где R – сопротивление нагрузки, P – мощность нагрузки, I – ток нагрузки. Однако нагрузки, содержащие емкость или индуктивность, таким способом нельзя рассчитать. Также не получится узнать мощность лампы накаливания, измерив сопротивление ее нити, потому что вольфрам при нагревании увеличивает свое сопротивление.

Подбираем номинал автоматического выключателя

Применив формулу I = P/209, получим, что при нагрузке с мощностью 1 кВт ток в однофазной сети будет 4,78 А. Напряжение в наших сетях не всегда равно в точности 220 В, поэтому не будет большой ошибкой силу тока считать с небольшим запасом как 5 А на каждый киловатт нагрузки. Сразу же видно, что в удлинитель, промаркированный «5 А», утюг мощностью 1,5 кВт включать не рекомендуется, так как ток будет в полтора раза превышать паспортную величину. А еще сразу можно «проградуировать» стандартные номиналы автоматов и определить, на какую нагрузку они рассчитаны:

6 А – 1,2 кВт;
8 А – 1,6 кВт;
10 А – 2 кВт;
16 А – 3,2 кВт;
20 А – 4 кВт;
25 А – 5 кВт;
32 А – 6,4 кВт;
40 А – 8 кВт;
50 А – 10 кВт;
63 А – 12,6 кВт;
80 А – 16 кВт;
100 А – 20 кВт.

С помощью методики «5 ампер на киловатт» можно оценить силу тока, возникающую в сети при подключении бытовых устройств. Интересуют пиковые нагрузки на сеть, поэтому для расчета следует использовать максимальную потребляемую мощность, а не среднюю. Эта информация содержится в документации на изделия. Вряд ли стоит самому рассчитывать этот показатель, суммируя паспортные мощности компрессоров, электродвигателей и нагревательных элементов, входящих в устройство, так как есть еще такой показатель, как коэффициент полезного действия, который придется оценивать умозрительно с риском сильно ошибиться.

Измерение мощности ваттметром

Мощность потребления трехфазного тока измеряют, используя ваттметры. Это может быть специальный ваттметр, для 3-х фазной сети, либо однофазный, включенный по определенной схеме. Современные приборы учета электроэнергии часто выполняются по цифровой схемотехнике. Такие конструкции отличаются высокой точностью измерений, большими возможностями оперирования с входными и выходными данными.

Варианты измерений:

Соединение «звезда» с нулевым проводником и симметричная нагрузка – измерительный прибор подключается к одной из линий, считанные показания умножаются на три.
Несимметричное потребление тока в соединении «звезда» – три ваттметра в цепи каждой фазы. Показания ваттметров суммируются;
Любая нагрузка и соединение «треугольник» – два ваттметра, подключенных в цепь любых двух нагрузок. Показания ваттметров также суммируются.

На практике всегда стараются выполнить нагрузку симметричной. Это, во-первых, улучшает параметры сети, во-вторых, упрощает учет электрической энергии.

Как узнать свою схему

Для правильного определения и расчета мощности требуется знание нескольких факторов:

Количества фаз питания;
Способа соединения потребителей.

При однофазном подключении используется два провода:

Фазный провод;
Нулевой провод.

Для трехфазной сети характерно наличие трех или четырех проводников (подключение с заземленной нейтралью). При этом используется две различных схемы включения:

«Треугольник». Каждая нагрузка подсоединяется с двумя соседними. Напряжение каждой фазы подводится к точкам соединения потребителей.
«Звезда». Все три потребителя соединяются в одной точке. Ко вторым концам подключаются фазы питания. Это схема с изолированной нейтралью. В схеме с заземленной нейтралью точка соединения потребителей подключается к нулевому проводнику.

Соединение источника и потребителей

Электрический ток

Электрический ток в проводниках представляет собой:

в металлах

— направленное движение электронов (проводники первого рода);

в электролитах

— направленное движение положительных и отрицательных ионов (проводники второго рода);

в плазме

— направленное движение электронов и ионов обоих знаков (проводники третьего рода).

За направление электрического тока

условились считать направление движенияположительно заряженных частиц.

Движение заряженных частиц внутри проводника нельзя наблюдать, но судить о наличии электрического тока можно по его действиям:

тепловому — проводник с током нагревается;
магнитному — вокруг проводника с током возникает магнитное поле;
световому — проводник с током может светиться;
химическому — в проводнике с током изменяется химический состав (такие проводники называются проводниками второго класса).

Для продолжительного существования электрического тока в замкнутой цепи необходимо выполнение следующих условий:

наличие свободных заряженных частиц (носителей тока);
наличие электрического поля, силы которого, действуя на заряженные частицы, заставляют их двигаться упорядоченно;
наличие источника тока, внутри которого сторонние силы перемещают свободные заряды против электростатических (кулоновских) сил.

Количественными характеристиками электрического тока являются сила тока I

и плотность токаj .

Сила тока — скалярная физическая величина, равная отношением заряда Δq , проходящего через поперечное сечение проводника за некоторый промежуток времени Δt , к этому промежутку:

$~I= \dfrac{\Delta q}{\Delta t}.$ Единицей силы тока в СИ является ампер (А).

Если сила тока и его направление со временем не изменяются, то ток называется постоянным

Плотность тока j — это векторная физическая величина, модуль которой равен отношению силы токаI в проводнике к площадиS поперечного сечения проводника:

$$~j = \frac {I}{S}.$$ В СИ единицей плотности тока является ампер на квадратный метр (А/м2).

*Зависимость силы тока от скорости зарядов

Рассмотрим, как зависит сила тока от скорости упорядоченного движения свободных зарядов.

Выделим участок проводника площадью сечения S

и длиной Δl (рис. 1). Заряд каждой частицыq 0. В объеме проводника, ограниченном сечениями1 и2 , содержитсяn∙S ∙Δl частиц, гдеn — концентрация частиц. Их общий заряд $~\Delta q = q_0 \cdot n \cdot S \cdot \Delta l$.

Рис. 1

Если средняя скорость упорядоченного движения свободных зарядов $~\left\langle \upsilon \right\rangle$, то за промежуток времени $~\Delta t = \dfrac{\Delta l}{\left\langle \upsilon \right\rangle}$ все частицы, заключенные в рассматриваемом объеме, пройдут через сечение 2

. Поэтому сила тока: $~I = \dfrac{\Delta q}{\Delta t} = \dfrac{q_0 \cdot n \cdot \left\langle \upsilon \right\rangle \cdot S \cdot \Delta l}{\Delta l} = q_0 \cdot n \cdot \left\langle \upsilon \right\rangle \cdot S . \qquad (1)$ Таким образом, сила тока в проводнике зависит от заряда, переносимого одной частицей, их концентрации, средней скорости направленного движения частиц и площади поперечного сечения проводника.

Заметим, что в металлах модуль вектора средней скорости упорядоченного движения электронов $~\left\langle \upsilon \right\rangle$ при максимально допустимых значениях силы тока ~ 10-4 м/с, в то время как средняя скорость их теплового движения ~ 106 м/с.

Как следует из формулы (1), плотность тока $~\vec j = q_0 \cdot n \cdot \left\langle \vec \upsilon \right\rangle$.

Направление вектора плотности тока $~\vec j$ совпадает с направлением вектора скорости упорядоченного движения $~\left\langle \vec \upsilon \right\rangle$ положительно заряженных частиц. Плотность постоянного тока постоянна по всему поперечному сечению проводника.

Категории элементов и устройств электрической цепи

Для условного изображения определенной цепи применяют специальную схему. Кроме отдельных физических компонентов, она содержит сведения о направлении (силе) токов, уровнях напряжения и другую информацию. Качественная модель показывает реальные процессы с высокой точностью.

Компоненты электрической цепи:

источник постоянного или переменного тока (Е) – аккумулятор или генератор, соответственно;
пассивные элементы (R) – резисторы;
компоненты с индуктивными (L) и емкостными (С) характеристиками;
соединительные провода.

Типовые названия

На рисунке обозначены:

ветви – участки цепи с одним током;
узлы – точки соединения нескольких ветвей;
контур – замкнутый путь прохождения тока.

При решении практических задач выясняют, как узнать силу тока в отдельных ветвях. Полученные значения используют для анализа электрических параметров. В частности, можно определять падение напряжения на резисторе, мощность потребления подключенной нагрузки. При расчете цепей переменного тока приходится учитывать переходные энергетические процессы, влияние частоты.

Как перевести амперы в киловатты: принципы перевода и практические примеры с пояснениями