Определите силу тока и падение напряжения: Определите силу тока и падение напряжения на проводнике R1 электрической цепи, изображенной

Содержание

Определите силу тока и падение напряжения на проводнике R1 электрической цепи, изображенной

Двом однаковим металевим кулькам надали певні заряди й розмістили на відстані 3 см одна від одної. Виявилося, що на цій відстані кульки притягуються і … з силою 90 мкН. Потім кульками торкнулися одна до одної й розвели на ту саму відстань, Тепер кульки почали відштовхуватися із силою 40 мкН. Які заряди були надані кулькам на початку досліду?​

При падении луча света на стеклянную пластинку (показатель преломления данного сорта стекла равен 1,74) угол между отраженным и преломленным лучами ра … вен 90°. Определите угол падения луча.​ (Пожалуйста, очень срочно…буду благодарна)

Пружина игрушечного пистолета сжата на 5 см. При выстреле вертикально вверх пуля с массой 5 г приобретает скорость 8 м/с. Вычис лите жесткость пружины … . (g=10 м/с²) A) 124 H/M B) 128 H/M C) 132 H/M D) 126 H/M E) 130 Н/м

Пружина игрушечного пистолета сжата на 5 см. При выстреле вертикально вверх пуля с массой 5 г приобретает скорость 8 м/с. Вычис лите жесткость пружины … . (g=10 м/с²) A) 124 H/M B) 128 H/M C) 132 H/M D) 126 H/M E) 130 Н/м

Запитання на фото. З поясненням, будь ласка

помогите срочнооВсё ли ты знаешь об электризации тел?Знаешь ли ты, к примеру, какой заряд получит электроскоп, если к нему поднести горный хрусталь, н … аэлектризованный трением о мех? Не знаешь? Тогда прочитай приведённую ниже информацию!Вещества можно расположить в ряды, в которых предыдущее тело электризуется положительно, а последующее — отрицательно.Рассмотри ряд Фарадея!(+) мех, фланель, слоновая кость, перья, горный хрусталь, флинтглас, бумажная ткань, шёлк, дерево, металл, сера (-)Некоторые из веществ этого ряда были выписаны в таблицу, однако при этом были допущены ошибки. Найди их и отметь.(Будь внимателен! Отметь вещества, которые внесли в таблицу ошибочно!)ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЕ ЗАРЯДЫОТРИЦАТЕЛЬНЫЕ ЗАРЯДЫгорный хрустальшёлкслоновая костьмехметаллслоновая костьфланельбумажная тканьОтветь на вопрос!Какой заряд получит электроскоп, если к нему поднести флинтглас, наэлектризованный трением о фланель?Положительный.Не получит заряд.Отрицательный.

Человек ростом h=1,70 м (уровень глаз над землей 1,60 м) стоит на расстоянии /от плоского зеркальца и видит в нем отражение Солнца, которое находится … под углом 60° к горизонту (см. рис.). Чему равно расстояние l?​

срочно помогитее Какая из жидкостей лучше проводит электрический ток? Водопроводная вода Графит Вакуум Дистиллированная вода Ртуть Каучук Бумага Медна … я проволока

Человек ростом h=1,70 м (уровень глаз над землей 1,60 м) стоит на расстоянии /от плоского зеркальца и видит в нем отражение Солнца, которое находится … под углом 60° к горизонту (см. рис.). Чему равно расстояние l?​ Плиииз срочно!

У воді (ρв=1000 кг/м3) плаває занурена наполовину сталева (ρст=7800 кг/м3) порожниста куля масою m = 8 кг. Визначити об’єм порожнини V0.

Как узнать ток и напряжение светодиода

В связи с глобальным развитием технологий широкое применение в электронике получили светодиоды. Они обладают множеством особенностей, из которых можно выделить компактность и яркое свечение. Помимо номинального тока, который является их главным параметром, нужно знать рабочее напряжение светодиодов. Этот параметр часто используют для проведения расчетов. Если правильно подобрать параметры устройства, можно продлить срок его службы. Напряжение для светодиода является разницей потенциалов на p-n-переходе, что отмечается в паспортных данных прибора. Бывают случаи, когда нет информации о конкретном изделии, тогда возникает вопрос: «Как определить падение напряжения на светодиоде?».

Определение тока

Для осуществления этого есть несколько методов. Рассмотрим наиболее простой из них. Чтобы определить номинальный ток светодиода, потребуется наличие тестера, называемого мультиметром. Такой метод также применяется для обычных диодов.

Измерение силы тока светодиода

Тестирование проводится следующим образом:

  • Щупы мультиметра подключаются плюсовым выводом к аноду, а минусовым к катоду.
  • Анодный вывод у светодиода делается длиннее, чем катодный.
  • Прозванивать можно светодиоды, у которых небольшое напряжение питания. Если у них большая мощность, применять такой метод нельзя.

Лучше воспользоваться проверенным способом измерения характеристик устройства. Для этого понадобятся:

  • блок питания, рассчитанный на 12 В;
  • мультиамперметр;
  • постоянные резисторы – 2,2 и 1 кОм, а также 560 Ом;
  • переменный резистор – 470–680 Ом;
  • вольтметр, желательно цифровой;
  • провода для коммутации схемы.

Как и в предыдущем случае, потребуется узнать полярность диода. Если по его выводам непонятно, где «+» и «-», тогда придется к одному из выводов подсоединить резистор 2,2 кОм. После этого нужно подключить светодиод к блоку питания. При его свечении нужно отключить питание и промаркировать нужный выход «+».

Теперь нужно заменить резистор 2,2 кОм на 560 Ом. В эту цепь последовательно подсоединяется переменный резистор, а также миллиамперметр для проведения замера. Вольтметр, у которого разрешение 0,1 В, подключается параллельно светодиоду. После этого необходимо установить максимальное сопротивление у переменного резистора.

Мультиметр для замера силы тока и напряжения светодиода

Можно подсоединить собранную схему к блоку питания, соблюдая полярность. После включения у светодиода будет блеклое свечение. Сопротивление постепенно снижают и следят за вольтметром. Определенное время напряжение будет расти до 0,5 В, расти будет и ток, что влияет на увеличение яркости светодиода. Необходимо фиксировать показания каждые 0,1 В. Оптимальный рабочий ток будет достигнут, когда величина напряжения станет расти медленнее силы тока, а яркость перестанет увеличиваться.

Как узнать падение напряжения?

Для того чтобы определить, на сколько вольт светодиод, можно воспользоваться теоретическим и практическим методами. Они оба хороши и применяются в зависимости от ситуации и сложности испытуемого прибора.

Теоретический метод

Для анализа характеристик светодиода таким способом большую подсказку дают габариты прибора, цвет и форма его корпуса. Примеси различных химических элементов вызывают свечение кристаллов от красного до желтого цвета. Конечно, если видна расцветка корпуса, тогда можно определить некоторые параметры светодиода по внешнему виду. Но при его прозрачности придется воспользоваться мультиметром. Выставляем тестер на «обрыв» и щупами прикасаемся к выводам светодиода. Ток, проходящий через светодиод, вызывает слабое свечение кристалла.

Типы и виды светодиодов

В состав этих изделий входят различные полупроводниковые металлы. Этот фактор и влияет на падение напряжения на p-n-переходе. Чтобы обозначить такие характеристики, независимо от марок и производителей светодиода, их окрашивают в различные цвета. Но стоит знать, что конкретно утверждать, на сколько вольт светодиод, опираясь только на его окраску, будет неверно. Цвета этих приборов дают приблизительные значения для проведения измерений. Примерные параметры по цветовому признаку приведены в таблице.

Цвет прибора Напряжение, В
Красный 1,63–2,03
Желтый 2,1–2,18
Зеленый 1,9–4,0
Синий 2,48–3,7
Оранжевый 2,03–2,1
Инфракрасный до 1,9
Фиолетовый 2,76–4
Белый 3,5
Ультрафиолетовый 3,1–4,4
Примерные характеристики светодиода можно определить по цвету его корпуса и размерам

На прямое напряжение светодиода не воздействуют габариты или вариации корпуса, однако может проглядываться количество кристаллов, которые излучают свет и соединяются последовательно. Бывают виды элементов SMD, где люминофор прячет цепочку кристаллов.

В корпусе SMD-светодиода последовательно соединяются три кристалла белого цвета. Наиболее часто они применяются в лампах на 220 В китайского производства. Из-за того, что такие светодиоды начинают реагировать только от 9,6 вольт, протестировать их мультиметром не удастся, так как его батарейка питания рассчитана на 9,5 В.

Теоретически можно воспользоваться интернетом, скачав специальную программу datasheet, в поисковике которой вписать известные параметры светодиода, его цвет. Это позволит найти приблизительные характеристики, где падение напряжения и значения тока могут быть неточными.

Практический метод

Проведение тестирования практическим способом позволяет получить наиболее точные значения силы тока и падения напряжения. Рассчитанная таким образом характеристика прибора позволяет безопасно и долговременно использовать его по назначению. Для получения неизвестных параметров потребуется вольтметр, мультиметр, блок питания, рассчитанный на 12 В, резистор от 510 Ом.

Принцип измерений аналогичен описанному выше для тестирования светодиода на номинальный ток. Необходимо собрать схему с резистором и вольтметром, после чего увеличивать постепенно напряжение до начала свечения кристалла. При достижении яркости высшей точки показания замедляют рост. Можно снимать с экрана номинальное напряжение светодиода.

При 1,9 вольт может отсутствовать свечение. В этом случае часто проверяется инфракрасный диод. Чтобы это уточнить, необходимо перевести излучатель в телефонную камеру. Если будет видно на экране белое пятно, то это и есть инфракрасный диод.

Схема проверки падения напряжения на светодиоде

Если нет возможности применить блок питания на постоянные 12 В, можно использовать батарейку «Крона», рассчитанную на 9 вольт. При отсутствии вышеперечисленных источников питания отлично подойдет стабилизатор сетевого напряжения, который может выдавать необходимое выпрямленное напряжение, только потребуется заново рассчитать номинал сопротивления резистора, задействованного в схеме. В этом случае также нужно повышать напряжение до засвечивания светодиода. Напряжение, при котором произойдет свечение, и будет номинальным, на которое он рассчитан.

При неизвестных характеристиках светодиода обязательно необходимо рассчитывать его значения номинального тока и падения напряжения, чтобы предотвратить быстрый выход из строя.

Урок 8. Делим ток и роняем напряжение

Сегодня мы поговорим о нескольких видах простейших электрических цепей и узнаем, как же можно уронить напряжение и разделить ток на несколько частей. Урок будет длиииииинный, но содержательный, с разбором задачи в конце. Начнем с давно забытого всеми урока за номером четыре, где велся разговор о законе Ома для полной цепи. Было указано, что сила тока в цепи зависит от суммы сопротивлений: внешнего (нагрузки) и внутреннего сопротивления источника. Однако, а почему это мы так вдруг решили, что от суммы, а не, например, от разности или корня квадратного? Бездоказательно, однако! Рассмотрим схему этой цепи, немного отступив от правил прошлого урока… «Ну вот, учили-учили, а теперь забываем применять?! – скажете вы.» Нет, эти правила действительно нужны и мы их будем применять, но только когда нам нужно нарисовать именно принципиальную схему устройства, а сейчас мы будем рассматривать некую небольшую абстрактную схему и для наглядности и простоты некоторых (только некоторых!) правил не будем придерживаться. Но для начала посмотрим, как изображается и обозначается на принципиальной электрической схеме давно уже известное нам сопротивление.


Как видите, это обычный прямоугольник, размерами 10мм*4мм.
Итак, наша схема будет состоять из двух сопротивлений и идеального источника, нарисуем ее.

Рисунок 8.1 – Источник питания с внутренним сопротивлением

На этой схеме внутреннее сопротивление источника GB1 обозначено как r, а сопротивление внешней цепи (нагрузка) – как R. Причем, считаем, что R>>r. Здесь мы и отступаем от норм ГОСТ, поскольку для простоты понимания опускаем цифровые обозначения сопротивлений и добавляем на схему некоторые точки A, B и C. Такое включение сопротивлений называют последовательным, так как включены они как бы друг за другом – конец сопротивления r подключен к началу сопротивления R (точка B) и между ними нет больше каких-либо элементов или отводов. Закон Ома для полной цепи говорит, что ток, в электрической цепи зависит от сопротивления этой цепи и одинаков для всех элементов, то есть ток, протекающий через r, равен току, протекающему через R. Давайте рассмотрим этот момент с помощью метода доказательства «от противного». Предположим, что токи, протекающие через сопротивления различны. Ток через большее сопротивление R, исходя из закона Ома, должен быть меньше тока через r. В таком случае в точке B начал бы накапливаться заряд, поскольку ток, выходящий из точки B меньше тока, входящего в нее, а ток есть ни что иное, как отношение перенесенного полем заряда на время. Накапливаемый в точке B заряд создает в этой точке потенциал, который в некоторый момент времени сравняется с потенциалом положительной клеммы аккумулятора (точка A). В этом случае ток в цепи прекращается, поскольку при разности потенциалов двух точек равной нулю потенциальные энергии зарядов в этих точках равны, и работа поля равна нулю. Это умозаключение, кстати говоря, приводит нас к одному интересному выводу:

между точками одинакового потенциала протекание электрического тока невозможно.

Однако, электроны, образующие не скомпенсированный заряд в точке B постепенно будут поглощаться ионами материала, что приведет к снижению потенциала и возобновлению тока, который восстановит потенциал и опять прервёт сам себя. Но это бы противоречило закону Ома, который говорит, что ток в цепи всегда постоянен, а здесь имеет место прерывистый ток, значение которого зависит от времени. Соответственно, такой ситуации быть не может, мы пришли к противоречию.

Если же мы представим, что r>>R, тогда ток через большее сопротивление r исходя из закона Ома должен быть меньше тока через R. В этом случае ток, втекающий в точку B будет меньше, чем ток, вытекающий из нее, что приведет к уменьшению числа свободных электронов в материале до нуля и ток опять прекратится. Со временем за счет дрейфа и превращения атомов материала в ионы свободные электроны вновь образуются, и ток возобновиться, но истощение заряда продолжится, и ток опять прекратит сам себя. То есть мы видим такую же ситуацию, как в первом случае.

Остаётся только одно разумное решение:

ток в последовательной цепи одинаков для каждого элемента этой цепи.

В этом случае поддерживается постоянный баланс потенциалов всех точек цепи. Это не говорит о том, что потенциалы одинаковы! Это значит, что потенциал каждой точки строго определён протекающим в ней током.
Теперь давайте разберемся, почему ток в цепи будет зависеть от суммы сопротивлений. Тут всё довольно просто. Последовательное соединение двух проводников приводит к увеличению длины эквивалентного проводника, а это в свою очередь – к росту сопротивления (формула из Урока 3). Отсюда запоминаем еще одно важное правило:

эквивалентное сопротивление участка цепи с последовательно включенными сопротивлениями равно сумме этих сопротивлений.


Наш вывод относительно протекания тока между точками одинакового потенциала приводит к тому, что точки A, B и C обладают различными потенциалами, раз ток в цепи существует. Причем потенциал точки C меньше потенциала точки B, а точки B меньше, чем точки A. Почему? А потому что уменьшение количества свободных электронов (за счет столкновения с узлами кристаллической решётки и прочих потерь в материале) происходит последовательно от «минуса» аккумулятора (он же является их источником!) через сопротивления R и r к «плюсу» аккумулятора (а он уже является источником положительных ионов). К тому же мы ведь считаем, что ток «течет» от «плюса» к «минусу», а электроны наоборот – от «минуса» к «плюсу», поэтому, исходя из формулы Урока 3 для потенциальной энергии заряда, видно, что наибольшим потенциалом обладает точка с наименьшим зарядом, – «плюс» аккумулятора.

А раз две точки имеют разный потенциал, то между ними есть напряжение, которое называют падением напряжения. Нетрудно догадаться, что падение напряжения на элементе пропорционально току, протекающему через него, так как величина тока регулирует количество заряда на концах элемента, т.е. разность потенциалов. По сути величина падения напряжения подчиняется закону Ома для участка цепи:

UR=IR∙R, где

IR – ток, протекающий через сопротивление,
R – величина этого сопротивления.
Для нашей схемы на Рисунке 8.1 справедливы следующие соотношения:

UAB=I∙r,
UBC=I∙R,
UAC=I∙(R+r)=εGB1

Из этих соотношений хорошо видно, что падение напряжения – часть эдс источника, доставшаяся участку цепи. Часто на схемах можно встретить такие обозначения падения напряжения:

Рисунок 8.2 – Обозначение падения напряжения

Стрелку направляют в сторону уменьшения потенциала. Разумеется, на принципиальных электрических схемах падение напряжения указывать не допускается.
Раз мы заговорили о последовательных цепях, наверное, существуют и параллельные? Да, действительно, такие соединения есть и выглядят они следующим образом:

Рисунок 8.3 – Параллельное соединение сопротивлений

Параллельным соединением называется такое соединение, при котором выходы элементов соединены в одних точках. На нашей схеме это точки A и B. Поскольку элементы имеют общие точки, разность потенциалов на этих элементах будет одинакова, как и падение напряжения. То есть, напряжение на параллельных ветвях электрической цепи одинаково.

Для удобства дальнейшего рассмотрения процессов в электрических цепях введем такие понятия как: узел, ветвь и контур. Ветвью называют любой двухполюсник, входящий в цепь, например, на Рисунке 8.3 отрезок AB есть ветвь. Узлом называют точку соединения трех и более ветвей (на Рисунке 8.3 обозначены жирными точками. На рисунке 8.1 точки A, B и C не являются узлами).

Контур – замкнутый цикл из ветвей. Термин замкнутый цикл означает, что, начав с некоторого узла цепи и однократно пройдя по нескольким ветвям и узлам, можно вернуться в исходный узел. Ветви и узлы, проходимые при таком обходе, принято называть принадлежащими данному контуру. При этом нужно иметь в виду, что ветвь и узел могут принадлежать одновременно нескольким контурам. Например, контуром можно назвать параллельное соединение сопротивлений R1 и R2 на Рисунке 8.3
Рассмотрим теперь, что происходит с токами ветвей I, I1 и I2:

Эти соотношения получаются из довольно простого логического заключения: если источник включен параллельно сопротивлению, то падение напряжения на сопротивлении не может быть отличным от эдс источника, ведь потенциалы концов сопротивления R1 соответственно равны потенциалам концов сопротивления R2. Причем не играет роли, какое количество параллельных ветвей будет подключено – на каждой из них напряжение будет одно и то же. Как же получить выражение для тока I? Начнем рассуждать с того, что мощность, отдаваемая источником должна быть равна мощности, потребляемой нагрузкой, ведь закон сохранения энергии никто не отменял. Запишем выражения для мощностей, пренебрегая внутренним сопротивлением источника:
Pист=I∙ε
Pнагр=PR1+PR2=I1∙UR1+I2∙UR2=I1∙ε+I2∙ε=(I1+I2)∙ε
Приравнивая правые части уравнений, получим:

(I1+I2 )∙ε=I∙ε

Таким образом, сокращая на ε:

I=I1+I2

То есть, в параллельных ветвях происходит деление тока. Если перенести слагаемые I1 и I2 в левую часть уравнения, получим, что алгебраическая сумма токов в каждом узле электрической цепи равна нулю.

Учитывается именно алгебраическая сумма (с учетом знака), потому что направление тока мы можем положить любым, ведь в сложной схеме можем заранее не знать, втекает ток в узел или вытекает из него (втекающий ток берётся со знаком «плюс», вытекающий – со знаком «минус»). То есть мы, например, могли бы перенести слагаемое I в правую часть и получили бы уравнение, в котором втекающие токи были бы со знаком «минус», а вытекающие со знаком «плюс», но ничего не мешает нам поделить обе части уравнения на -1. Это утверждение называется I правило Кирхгофа или правило токов Кирхгофа. Иногда его не совсем корректно называют законом Кирхгофа. Всё-таки это правило, потому что оно не является фундаментальным законом природы, а вытекает из других фундаментальных законов.

Кроме I правила Кирхгофа существует еще и II правило Кирхгофа:

алгебраическая сумма падений напряжений на всех ветвях, принадлежащих любому замкнутому контуру цепи, равна алгебраической сумме эдс ветвей этого контура. Если в контуре нет источников ЭДС, то суммарное падение напряжений равно нулю.


Закон Ома является частным случаем II правила Кирхгофа для цепи из одного контура. Здесь выражение «алгебраическая сумма» значит, ровно то же, что и для I правила, только для напряжений.
Как использовать эти правила для расчета сложных электрических цепей мы рассмотрим на следующем уроке, который полностью будет посвящен практике.

Возвращаясь к схеме на рисунке 8.3 возникает логичный вопрос: как же нам рассчитать эквивалентное сопротивление параллельных ветвей? Ясно, что формула для последовательной цепи сюда не подойдет. Давайте заменим сопротивления R1 и R2 одним эквивалентным сопротивлением:

Рисунок 8.4 – Замена параллельных сопротивлений эквивалентным сопротивлением

Теперь ничто не мешает нам применить закон Ома, чтобы рассчитать Rэкв:

При подобной замене мы будем пользоваться следующим вариантом записи:

Пришло время запоминать еще одно важное правило: величина, обратная общему сопротивлению параллельных ветвей, равна сумме величин, обратных сопротивлениям каждой ветви

Или, иначе: эквивалентная проводимость параллельных ветвей равна сумме проводимостей этих ветвей.

Немного тавтологии, пожалуй, не помешает…

Схема на рисунке 8.3 называется делитель тока и находит широкое применение. Более подробно применение делителя тока мы рассмотрим позже, а сейчас приведем такой пример, чтобы хоть немного убедить читателя в полезности этого схемного решения. Рассмотрим схему на рисунке 8.4. Допустим, эдс источника ε=5В, а сопротивление нагрузки Rэкв=1Ом, тогда мощность, выделяемая в нагрузке равна:

Посмотрим, что произойдёт, если мы заменим эквивалентное сопротивление двумя одинаковыми параллельно включенными сопротивлениями (рисунок 8.3). Чтобы сохранить величину эквивалентного сопротивления равным 1Ом, рассчитаем величины сопротивлений R1 и R2:

то есть каждое из сопротивлений должно быть больше эквивалентного в 2 раза.
Рассчитаем мощность, выделяемую на каждом из этих сопротивлений:

Суммарная мощность нагрузки осталась прежней, однако, как нам уже известно, мощность выделяемая на сопротивлении, полностью переходит в тепло, следовательно, при одной и той же рассеиваемой мощности, во втором случае мы получим более комфортный температурный режим для нагрузки (температура каждого сопротивления будет ниже, чем температура эквивалентного сопротивления) за счет увеличения в 2 раза площади рассеивания (ведь мы используем два проводника вместо одного). Соответственно, трата дополнительных денег на приобретение двух проводников позволяет нам сэкономить на охлаждении. Часто бывают такие ситуации, что слишком большой перегрев элемента может приводить к выходу его из строя (даже такой простой вещи как кусок проводника). Кроме того, многие полупроводниковые приборы (диод, транзистор, тиристор) рассчитаны на определенный номинальный ток, и, чтобы увеличить предел номинального тока, такие приборы включают параллельно. Можно, конечно, взять прибор с большим номинальным током, но чаще всего стоимость таких прибор намного больше. Экономия, однако…

Давайте немного изменим эту схему, пренебрегая внутренним сопротивлением и добавив еще одно сопротивление во внешнюю цепь:

Рисунок 8.5 – Последовательное соединение сопротивлений

По сути, это та же схема последовательного соединения двух сопротивлений, только теперь оба эти сопротивления являются частью нагрузки. Из вышеприведенных соотношений видно, что напряжение на каждом сопротивлении определяется протекающим током и значением этого сопротивления. Используя закон Ома, выразим величину тока, протекающего через сопротивления:

тогда, подставляя значение тока в выражение для падения напряжения, получим:

Из полученных соотношений видно, что величина падения напряжения зависит от эдс источника и соотношения сопротивлений.

При R1=R2 падение напряжения на каждом сопротивлении составит ровно половину эдс источника. Таким образом мы поделили напряжение пополам и теперь можем использовать отвод в точке А в качестве «плюса» своеобразного источника питания, но с пониженным напряжением. Такая схема называется делителем напряжения. Ее полезно применять, когда имеется источник с большим напряжением, чем требуется. Сопротивление R1 называется верхним плечом, а сопротивление R2 – нижним. Однако, резистивный делитель напряжения обладает существенными недостатками: во-первых, потери мощности на плечах делителя снижают кпд устройства, поскольку просто переходят в тепло, а, во-вторых, сопротивление выходного плеча (с которого снимается часть эдс) должно быть согласовано с сопротивлением нагрузки, чтобы сохранять требуемое напряжение. Рассмотрим эти два момента на примере общего случая включения сопротивлений так называемого смешанного соединения.

Рисунок 8.6 – Смешанное соединение сопротивлений

Как мы видим, сопротивления R2 и Rн включены параллельно, а их эквивалентное сопротивление включено последовательно с R1. Теперь сформулируем условия задачи: на нагрузке мощностью
Pн=20 Вт необходимо получить напряжение Uн=5 В, если имеется аккумуляторная батарея номинальной эдс ε=12 В.
Для начала обозначим направления протекания токов в каждой ветви.

Рисунок 8.7 – Направления протекания токов

Рассчитаем параметры нагрузки по известной мощности и напряжению:

Однако, нам неизвестны токи I1 и I2, так же как и сопротивления R1 и R2. В таких случаях при разработке схемы необходимо самому задать необходимые недостающие условия, но так, чтобы задача имела решение. Например, мы могли бы задать R1=10 Ом, но ведь ток I1 не может быть менее 4А, а значит:
UR1>I1∙R1=4А∙10Ом=40В,
что заведомо больше, чем напряжение на аккумуляторе. Чтобы не угадывать значения сопротивлений, давайте для уменьшения потерь на сопротивлении R2 зададим ток I2 равным 10% от тока нагрузки, ведь ничто не мешает нам так сделать.

I2=0.1Iн=0.4 А

Напряжение Uн равно напряжению UR2, так как эти сопротивления включены параллельно, значит, сопротивление R2 из закона Ома равно:

Ток I1 можно рассчитать двумя способами:

  • Исходя из I правила Кирхгофа для узла А:

    I1=I2+Iн

  • Используя закон Ома.

Для начала давайте рассчитаем его, используя второй способ, а потом сравним результаты.
Поскольку нижним плечом делителя является эквивалентное сопротивление параллельно включенных сопротивлений R1 и Rн, рассчитаем его:

Заметьте, что эквивалентное сопротивление всегда меньше меньшего сопротивления!
Ток I1 соответствует току через последовательное соединение сопротивлений R1 и Rэкв. Его можно найти из закона Ома:

Теперь рассчитаем этот же ток, используя первый способ:

I1=I2+Iн=0.4А + 4А = 4.4А

Результаты совпали, значит, расчет выполнен верно.
Рассчитаем величину сопротивления R1, пользуясь опять же законом Ома:

Итак, при помощи двух сопротивлений мы спроектировали (ого-го!) устройство понижения напряжения с 12 В до 5 В. Давайте оценим кпд этого устройства. Полезной мощностью у нас является мощность нагрузки Pн=20 Вт, а полной мощностью – мощность, отдаваемая аккумуляторной батареей, которая равна произведению потребляемого тока (I1) на эдс батареи:

PGB1=ε∙I1=12В ∙ 4.4А = 52.8Вт

Тогда кпд равен:

Всего-то! Ужасно! Давайте подумаем, как можно увеличить этот показатель…
Но сначала разберемся откуда берутся такие большие потери мощности… А браться им, кроме как на нагрев сопротивлений R1 и R2 неоткуда. Давайте рассчитаем мощность потерь для каждого из них:

PR1=I12∙R1=(4.4 А)2∙1.136 Ом=30.8 Вт
PR2=I22∙R2=(0.4 А)2∙1.59 Ом=2 Вт

Сразу видно, что наибольшие потери рассеиваются на сопротивлении R_1. Величину тока мы значительно изменить не можем, так как она не может быть меньше величины тока нагрузки. Можно подкорректировать величину заданного нами тока I2… Стоп. А зачем нам вообще это сопротивление? Ведь делитель может быть собран с помощью самой нагрузки в качестве нижнего плеча! Смело убираем R2 из схемы.

Рисунок 8.8 – Модернизированная схема

Теперь нам не нужен этот «паразитный» ток I2. Пересчитаем величину сопротивления R1:

Потери мощности на нем:

PR1=Iн2∙R1=(4 А)2∙1.75 Ом=28 Вт

И кпд:

Кпд вырос, но потери все равно огромные! Но больше мы сделать, к сожалению ничего не можем: такая схема попросту неэффективна… Мы впустую потратили больше энергии, чем получили полезной работы. Вот такой первый недостаток схемы делителя напряжения.

Теперь посмотрим, что будет, если мы изменим параметры нагрузки, например, вместо 20 Вт подключим 15 Вт. Изменится величина сопротивления нагрузки, ведь она определена номинальными значениями мощности и напряжения:

Посмотрим, что произойдет с напряжением на нижнем плече делителя, то есть на нагрузке:

В сумме напряжения на плечах делителя равны эдс источника, значит:

Тогда нагрузке достанется часть эдс, равная:

Uн=ε-UR1=12 В-6.15 В=5.85 В

Получается, что мы превысили номинальное напряжение на ≈17%. И нельзя точно сказать, выдержит ли наша нагрузка такого превышения. А может она попросту выйдет из строя… Получается, что без изменения R1 подключать нагрузку, отличную от расчетной, нельзя. Это и есть второй недостаток схемы делителя. В основном эта схема применяется там, где мощность потерь невелика, например, в цепях с силой тока единицы – десятки миллиампер.

Теперь кратко опишем важные моменты урока, а на этом я с вами прощаюсь, ждем следующего урока, в котором подробно разберем задачу на расчет сложной электрической цепи.

  • Между точками одинакового потенциала протекание электрического тока невозможно.
  • Ветвью называют любой двухполюсник, входящий в цепь.
  • Узлом называют точку соединения трех и более.
  • Контуром называют замкнутый цикл из ветвей.
  • При последовательном соединении все элементы связаны друг с другом так, что включающий их участок цепи не имеет ни одного узла.
    Ток в последовательной цепи одинаков для каждого элемента.
    Эквивалентное сопротивление цепи равно сумме входящих в нее сопротивлений:
  • При параллельном соединении все входящие в цепь элементы объединены двумя узлами и не имеют связей с другими узлами, если это не противоречит условию.
    Напряжения между двумя узлами, объединяющими элементы цепи, одинаково для всех элементов. Эквивалентное сопротивление цепи может быть рассчитано по формуле:
  • I правило Кирхгофа: алгебраическая сумма токов в каждом узле электрической цепи равна нулю.
  • II правило Кирхгофа: алгебраическая сумма падений напряжений на всех ветвях, принадлежащих любому замкнутому контуру цепи, равна алгебраической сумме эдс ветвей этого контура. Если в контуре нет источников ЭДС, то суммарное падение напряжений равно нулю.

← Урок 7. Основы составления электрических схем | Содержание | →

Задачи на закон Ома с решением

Знание закона Ома на сегодняшний день – вопрос общей эрудиции каждого человека. В сегодняшней статье займемся решением задач по теме «закон Ома». 

Подписывайтесь на наш телеграм и получайте интересные новости каждый день! А если хотите получить скидку и не упустить выгоду – загляните на наш второй канал с приятными акциями и бонусами для клиентов.

Закон Ома: задачи с решением

Для новичков, которые только начинают решать задачи по физике, мы подготовили специальную памятку и собрали вместе более 40 формул по разным темам. Берите и пользуйтесь!

Задача на закон Ома №1

Условие

Определите силу тока в медном проводнике сеченим 0,5 мм2, если длина проводника 100 м, а напряжение на его концах равно 6,8 В.

Решение

Сначала запишем закон Ома:

I=UR

В данном случае, чтобы найти силу тока I, нужно определить сопротивление R. Используем формулу с удельным сопротивлением и перепишем выражение для закона Ома:

R=ρlSI=USρl

Осталось подставить числа и рассчитать:

I=6,8·0,50,017·100=2 А

Значение удельного сопротивления «ро» для меди берется из таблиц. Для меди ρ=0,017Ом·мм2м

Ответ: 2 А.

Задача на закон Ома №2

Условие

По вольфрамовой проволоке длиной 3 м протекает электрический ток силой 0,04 А. Проволока находится под напряжением 5 В. Определите величину площади поперечного сечения проволоки.

Решение

Выразим площадь поперечного сечения проводника из формулы для сопротивления:

R=ρlSS=ρlR

Сопротивление R найдем из закона Ома:

I=URR=UI

Подставим выражение для R в формулу для S и рассчитаем:

S=ρl·IU=0,055·3·0,045=0,0013 мм2

Ответ: 0,0013 мм2

Задача на закон Ома №3

Условие

Каково напряжение на неоднородном участке цепи?

Решение

По закону Ома для неоднородного участка цепи:

U12=φ1-φ2+ε

Считая началом участка точку A, а концом – точку B, и беря поэтому ЭДС со знаком плюс (внутри источника направление тока от отрицательного полюса к положительному), получаем:

UAB=φA-φB+ε=5-7+3=1 В

Ответ: 1В.

Нужно больше примеров решений задач? Вы найдете их в нашем блоге!

Задача на закон Ома №4

Условие

Какова сила тока в резисторе, если его сопротивление 12 Ом, а напряжение на нем 120 В?

Решение

Это простейшая задача на закон Ома для участка цепи, которая решается в одно действие. Просто записываем закон Ома и производим расчет:

I=UR=12012=10 А

Ответ: 10 А.

Задача на закон Ома №5

Условие

Источник постоянного тока с ЭДС E = 12 В и внутренним сопротивлением г = 1 Ом замкнут на внешнее сопротивление R = 9 Ом. Определить силу тока в цепи I, падение напряжения UR на внешнем участке и падение напряжения Ur на внутреннем участке цепи.

Решение

Это задача на закон Ома для полной цепи. По закону Ома для замкнутой цепи:

 I=εR+r=129+1=1,2 А

Падение напряжения на внешнем участке цепи:

UR=I·R=εRR+r=12·99+1=10,8 В

Падение напряжение на внутреннем участке цепи:

Ur=ε-UR=12-10,8=1,2 В

Ответ: 1,2 А; 10,8 В; 1,2 В.

Школьный учитель Георг Симон Ом открыл свой закон в 1826 году. Подробнее об истории открытия и самом законе Ома читайте в нашем блоге.

Вопросы на закон Ома

Вопрос 1. Сформулируйте закон Ома для однородного участка цепи.

Ответ. Закон Ома для однородного участка цепи нласит:

Ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению.

Вопрос 2. Сформулируйте закон Ома для замкнутой цепи.

Ответ. Закон Ома для замкнутой цепи гласит:

Величина тока в замкнутой цепи, состоящей из источника тока, обладающего внутренним и внешним нагрузочным сопротивлениями, равна отношению электродвижущей силы источника к сумме внутреннего и внешнего сопротивлений.

Вопрос 3. От чего зависит сопротивление цепи?

Ответ. Сопротивление вещества обусловлено колебанием атомов кристаллической решетки. 

Сопротивление зависит от:

  • температуры;
  • материала;
  • поперечного сечения проводника.

Вопрос 4. Зависит ли сопротивление от напряжения и силы тока?

Ответ. Нет. Сопротивление не зависит от напряжения и силы тока в проводнике.

Вопрос 5. Всегда ли соблюдается закон Ома?

Ответ. Нет, не всегда. Например, закон Ома не действует при низких температурах для веществ, обладающих сверхпроводимостью.

Проблемы с учебой? Обращайтесь в профессиональный сервис для студентов за квалифицированной помощью.

Шунт | Описание, предназначение, принцип работы.

Что такое шунт

В электронике и электротехнике часто можно услышать слово “шунт”, “шунтирование”, “прошунтировать”. Слово “шунт” к нам пришло с буржуйского языка: shunt –  в дословном переводе “ответвление”, “перевод на запасной путь”. Следовательно, шунт в электронике – это что-то такое, что “примыкает” к электрической цепи и “переводит” электрический ток по другому направлению. Ну вот, уже легче).

По сути дела шунт представляет из себя простой резист ор который имеет маленькое сопротивление, проще говоря, низкоомный резистор. И как бы это ни странно звучало: шунт является простейшим преобразователем силы тока в напряжение. Но как это возможно? Да оказывается все просто!

Как работает шунт

Итак, имеем простой шунт. Кстати, на схемах он обозначается как резистор. И это неудивительно, потому что это и есть низкоомный резистор.

Условимся считать, что ток у нас постоянный и течет из пункта А в пункт Б. На своем пути он встречает шунт и почти беспрепятственно течет через него, так как сопротивление шунта очень маленькое. Не забываем, что электрический ток характеризуется такими параметрами, как Сила тока и Напряжение. Через шунт электрический ток протекает с какой-то силой ( I ), в зависимости от нагрузки цепи.

Помните Закон Ома  для участка электрической цепи? Вот, собственно и он:

где

U – напряжение

I – сила тока

R – сопротивление

Сопротивление шунта у нас всегда постоянно и не меняется, попросту говоря “константа”. Падение напряжение на шунте мы можем узнать, замерив вольтметром как на рисунке:

Значит, исходя из формулы 

получаем формулу:

и делаем простой до ужаса вывод: показания на вольтметре будут тем больше, чем бОльшая сила тока будет протекать через шунт.

Так что же это значит? А это значит, что мы спокойно можем рассчитать силу тока, протекающую по проводу АБ ;-). Все гениальное – просто! И самое замечательное знаете что? Нам даже не надо использовать амперметр ;-).

Вот такой принцип действия шунта. И чаще всего этот принцип используется как раз для того, чтобы расширить пределы измерения измерительных приборов.

Виды шунтов

Промышленные амперметры выглядят вот так:

На самом же деле, как бы это странно ни звучало – это вольтметры. Просто их шкала нарисована (проградуирована) уже с  расчетом по закону Ома. Короче говоря, показывает напряжение, а счет идет в Амперах ;-).

На одном из них можно увидеть предел измерения даже до 100 Ампер. Как вы думаете, если поставить такой прибор в разрыв электрической цепи и пропустить силу тока, ну скажем, Ампер в 90, выдержит ли тоненький провод измерительной катушки внутри амперметра? Думаю, пойдет белый густой дым). Поэтому такие измерения проводят только через шунты.

А вот, собственно, и промышленные шунты:

Те, которые справа внизу  могут пропускать  через себя силу тока  до килоАмпера и больше.

К каждому промышленному амперметру в комплекте идет свой шунт. Для начала использования амперметра достаточно собрать  шунт с амперметром вот по такой схеме:

В некоторых амперметрах этот шунт  встраивается прямо в корпус самого прибора.

[quads id=1]

Работа шунта на практическом примере


В гостях у нас самый что ни на есть обыкновенный промышленный шунт для амперметра:

Сзади можно прочитать его маркировку:

Как же прочитать характеристику такой маркировки? Здесь все просто! Это означает, что если протекающая сила тока через шунт будет 20 Ампер, то падение напряжения на шунте будет 75 милливольт.

0,5  – это класс точности. То есть сколько мы замерили – это значение будет с погрешностью 0.5% от измеряемой величины. То есть допустим, мы замеряли падение напряжения 50 милливольт. Погрешность измерения составит 50 плюс-минус 0,25. Такой точности вполне хватит для промышленных и радиоэлектронных нужд ;-).

Итак, у нас имеется  простая автомобильная лампочка накаливания на 12 Вольт:

Выставляем на  Блоке питания напряжение в 12 Вольт, и цепляем нашу лампочку. Лампочка зажигается и мы сразу же видим, какую силу тока она потребляет, благодаря встроенному амперметру в блоке питания. Кушает наша лампа 1,7 Ампер.

Предположим, у нас нету встроенного амперметра в блоке питания, но нам надо знать, какая все-таки сила тока проходит через лампочку. Для этого собираем простенькую схемку:

И замеряем падение напряжения на самом шунте. Получилось 6,3 милливольта.

Так как мы знаем, что при 20 Амперах напряжение на шунте будет 75 милливольт, то какая сила тока будет проходить через шунт, если падение напряжения на нем составит 6,3 милливольта? Вспоминаем училку по математике Марьиванну и решаем простенькую пропорцию за 5-ый класс 😉

Вспоминаем, что показывал наш блок питания?

Погрешность в 0,02 Ампера! Думаю, это можно списать на погрешность приборов).

Так как радиолюбители в основном используют малое напряжение и силу тока в своих электронных безделушках, то можно применить этот принцип и в своих разработках. Для этого достаточно будет взять низкоомный резистор и использовать его как датчик силы тока). Как говорится ” голь на выдумку хитра” 😉

Что такое шунт в электронике и видео про это:

Где купить шунт

Почти такой же шунт, как у меня в статье, можно заказать на Али по этой ссылке:

Как найти падение напряжения

Сопротивление нагрузки, падениена ней, сила проходящего через нее тока и выделяемая на ней мощность являются физическими величинами, связанными между собой. Зная любые две из них, можно вычислить две оставшиеся.2=P/R, или I=sqrt(P/R). Следовательно, U=R(sqrt(P/R)) или, после упрощения выражения, U=sqrt(P)*sqrt(R), где U — искомое падение напряжения на нагрузке, В, R — сопротивление, Ом, P — мощность, Вт.

Значительно более простой случай возникает, если найти падение напряжение необходимо, зная мощность и силу тока. Преобразовывать выражение не потребуется, поэтому сразу воспользуйтесь следующей формулой: U=P/I,где U — искомое падение напряжения, В, P — мощность, выделяемая на нагрузке, Вт, I — сила тока, проходящего через нагрузку, А.

Если известны сопротивление нагрузки и проходящий через нее ток, падение напряжения на ней также вычислите в одно действие:U=IR,где U — искомое падение напряжения, В, I — ток, проходящий через нагрузку, А, R — сопротивление нагрузки, Ом.

Помимо приведенных выше наиболее часто встречающихся задач, в учебниках попадаются и другие, в которых необходимо узнать падение напряжения на отрезке длинного однородного стержня, выполненного из материала, обладающего высоким сопротивлением. Для этого вначале вычислите падение напряжения на всей длине стержня (если оно не дано в условии задачи изначально). После этого вычтите друг из друга горизонтальные координаты точек, падение напряжения между которыми необходимо определить.

Напряжение на всей длине стержня поделите на его длину, после чего умножьте на рассчитанную вами длину отрезка, и вы получите падение напряжения между точками. Подобные делители встречаются в аппаратуре с бестрансформаторным питанием и используются в качестве переключателей сетевого напряжения — в данном случае простоте конструкции приносится в жертву коэффициент полезного действия и безопасность.

Завершив вычисления, при необходимости переведите результат в удобные для его представления единицы: вольты, милливольты, киловольты и т.п.

Диод. Светодиод. Стабилитрон / Хабр

Не влезай. Убьет! (с)

Постараюсь объяснить работу с диодами, светодиодами, а также стабилитронами на пальцах. Опытные электронщики могут пропустить статью, поскольку ничего нового для себя не обнаружат. Не буду вдаваться в теорию электронно-дырочной проводимости pn-перехода. Я считаю, что такой подход обучения только запутает начинающих. Это голая теория, почти не имеющая отношения к практике. Впрочем, интересующимся теорией предлагаю

эту статью

. Всем желающим добро пожаловать под кат.


Это вторая статья из цикла электроники. Рекомендую к прочтению также

первую

, которая повествует о том, что такое электрический ток и напряжение.

Диод – полупроводниковый прибор, имеющий 2 вывода для подключения. Изготавливается, упрощенно говоря, путем соединения 2х полупроводников с разным типом примеси, их называют донорной и акцепторной, n и p соответственно, поэтому диод содержит внутри pn-переход. Выводы, обычно состоящие из луженой меди, называют анод (А) и катод (К). Эти термины пошли еще со времен электронных ламп и используются в письменном виде, для обозначения направленности диода. Гораздо проще графическое обозначение. Названия выводов диода запомнятся сами собой при применении на практике.

Как я уже писал, мы не будем использовать теорию электронно-дырочной проводимости диода. Просто инкапсулируем эту теорию до черного ящика с двумя зажимами для подключения. Примерно так же программисты инкапсулируют работу со сторонними библиотеками, не вдаваясь в е… подробности их работы. Или, например, когда, пользуясь пылесосом, мы не вдаёмся в подробности, как он устроен внутри, он просто работает и нам важно одно из свойств пылесоса – сосать пыль.

Рассмотрим свойства диода, самые очевидные:

  • От анода к катоду, такое направление называется прямым, диод пропускает ток.
  • От катода к аноду, в обратном направлении, диод ток не пропускает. (Вообще-то нет. Но об этом позже.)
  • При протекании тока, в прямом направлении, на диоде падает некоторое напряжение.

Возможно эти свойства вам и так хорошо известны. Но есть некоторые дополнения. Что же считать прямым, а что обратным направлением? Прямым называют такое включение, когда на аноде напряжение больше, чем на катоде. Обратное, наоборот. Прямое и обратное включение – это условность. В реальных схемах напряжение на одном и том же диоде может меняться с прямого на обратное и наоборот.

Кремниевый диод начинает пропускать хоть какой-либо значимый ток только тогда, когда на аноде напряжение будет больше примерно на 0,65 В, чем на катоде. Нет, не так. При протекании хоть какого-либо тока, на диоде образуется падение напряжения, примерно равное 0,65 В и выше.

Напряжение 0,65 В – называют прямым падением напряжения на pn-переходе. Это лишь примерная средняя величина, она зависит от тока, температуры кристалла и технологии изготовления диода. При изменении протекающего тока, она изменяется нелинейно. Чтобы как-то обозначить эту нелинейность графически, производители снимают вольтамперные характеристики диода. В мощных высоковольтных диодах падение напряжения может быть больше в 2, 3 и т.д. раза. Это означает, что внутри диода включено несколько pn-переходов последовательно.

Для определения падения напряжения можно использовать вольтамперную характеристику (ВАХ) диода в виде графика. Иногда эти графики приводятся в дата-листах (datasheets) на реальные модели диода, но чаще их нет. На первом мне попавшемся графике ниже приведены ВАХ КД243А, хотя это не важно, они все примерно похожи.

На графике Uпр – это прямое падение напряжения на диоде. Iпр – протекающий через диод ток. График показывает какое падение напряжения на диоде будет, при протекании n-го тока. Но чаще всего в даталистах не показываются реальные ВАХ, а приводится прямое падение напряжения, указанное при определенном токе. В английской литературе падение напряжения обозначается как forward voltage.

Как применять

Падение напряжения на диоде – для нас плохая характеристика, поскольку это напряжение не совершает полезной работы и рассеивается в виде тепла на корпусе диода. Чем меньше падение, тем лучше. Обычно падение напряжения на диоде определяют исходя из тока, протекающего через диод. Например, включим диод последовательно с нагрузкой. По сути это будет защита схемы от переплюсовки, на случай, если блок питания отсоединяемый. На рисунке ниже в качестве защищаемой схемы взят резистор 47 Ом, хотя в реальности это может быть все, что угодно, например, участок большой схемы. В качестве блока питания – батарея на 12 В.

Допустим, нагрузка без диода потребляет 255 мА. В данном случае это можно посчитать по закону Ома: I= U / R = 12 / 47 = 0,255 А или 255 мА. Хотя обычно потребление сферической схемы в вакууме уже известно, хотя бы по максимальным характеристикам блока питания. Найдем на графике ВАХ, указанный выше, падение напряжения для диода КД243А при 0,255 А протекающего тока, при 25 градусах. Оно равно примерно 0,75 В. Эти 0,75 В упадут на диоде, и для питания схемы останется 12 — 0,75 = 11,25 В — иногда может и не хватить. Как бонус, можно найти мощность, в виде тепла и потерь выделяющуюся на диоде по формуле P = I * U = 0,75 * 0,255 = 0,19 Вт, где I и U – ток через диод и падение напряжения на диоде.

Что же делать, когда график ВАХ недоступен? Например, для популярного диода 1n4007 указано только прямое напряжения forward voltage 1 В при токе 1 А. Нужно и использовать это значение, либо измерить реальное падение. А если для какого-либо диода это значение не указано, то сойдет среднее 0,65 В. В реальности проще это падение напряжения измерить вольтметром в схеме, чем выискивать в графиках. Думаю, не надо объяснять, что вольтметр должен быть включен на постоянное напряжение, если через диод течет постоянный ток, а щупы должны касаться анода и катода диода.

Немного про другие характеристики

В предыдущем примере, если перевернуть батарейку, я имею ввиду поменять полярность, см. нижний рисунок, ток не потечет и падение напряжения на диоде в худшем случае составит 12 В — напряжение батареи. Главное, чтобы это напряжение не превышало напряжение пробоя нашего диода, оно же обратное напряжение, оно же breakdown voltage. А также важно еще одно условие: ток в прямом направлении через диод не превышал номинальный ток диода, он же forward current. Это два основных параметра по которых выбирается диод: прямой ток и обратное напряжение.

Иногда в даталистах также указывается рассеиваемая мощность диодом или номинальная мощность (power dissipation). Если она указана, то ее нельзя превышать. Как ее посчитать, мы уже разобрались на предыдущем примере. Но если мощность не указана, тогда надо ориентироваться по току.

Говорят, что в обратном направлении ток через диод не течет, ну или почти не потечет. На самом деле через него протекает ток утечки, reverse current в английской литературе. Этот ток очень маленький, от нескольких наноампер у маломощных диодов до нескольких сот микроампер, у мощных. Также этот ток зависит от температуры и приложенного напряжения. В большинстве случаем ток утечки не играет никакой роли, например, в как в предыдущем примере, но, когда вы будете работать с наноамперами и поставите какой-либо защитный диод на входе операционного усилителя, тогда может случиться ой… Схема поведет себя совсем не так, как задумывалась.

У диодов так же есть некоторая маленькая паразитная емкость capacitance. Т.е., по сути, это конденсатор, параллельно включенный с диодом. Эту емкость надо учитывать при быстрых процессах при работе диода в схеме с десятками-сотнями мегагерц.

Также несколько слов по поводу термина «номинал». Обычно номинальные ток и напряжение обозначают, что при превышении этих параметров производитель не гарантирует работу изделия, если не сказано другое. И это для всех электронных компонентов, а не только для диода.

Что еще можно сделать

Применений диодов существует множество. Разработчики-радиоэлектронщики обычно выдумывают свои схемы из кусочков других схем, так называемых строительных кирпичиков. Вот несколько вариантов.

Например, схема защиты цифровых или аналоговых входов от перенапряжения:

Диоды в этой схеме при нормальной работе не пропускают ток. Только ток утечки. Но когда по входу возникает перенапряжение с положительной полуволной, т.е. напряжение входа становится больше чем Uпит плюс прямое падение напряжения на диоде, то верхний диод открывается и вход замыкается на шину питания. Если возникает отрицательная полуволна напряжения, то открывается нижний диод и вход замыкается на землю. В этой схеме, кстати, чем меньше утечки и емкость у диодов, тем лучше. Такие схемы защиты уже, как правило, стоят во всех современных цифровых микросхемах внутри кристалла. А внешними мощными сборками TVS-диодов защищают, например, USB порты на материнских платах.

Также из диодов можно собрать выпрямитель. Это очень распространённый тип схем и вряд ли кто-то из читателей про них не слышал. Выпрямители бывают однополупериодные, двухполупериодные и мостовые. С однополупериодным выпрямителем мы уже познакомились в нашем самом первом многострадальном примере, когда рассматривали защиту от переплюсовки. Никакими особыми плюсами не обладает, кроме плюса на батарейке. Один из самых важных минусов, который ограничивает применение схемы однополупериодного выпрямителя на практике: схема работает только с положительной полуволной напряжения. Отрицательное напряжение напрочь отсекает и ток при этом не течет. «Ну и что?», скажете вы, «Такой мощности мне будет достаточно!». Но нет, если такой выпрямитель стоит после трансформатора, то ток будет протекать только в одну сторону через обмотки трансформатора и, таким образом, трансформаторное железо будет дополнительно подмагничиваться. Трансформатор может войти в насыщение и греться намного больше положенного.

Двухполупериодные выпрямители этого недостатка лишены, но им необходим средний вывод обмотки трансформатора. Здесь при положительной полярности переменного напряжения открыт верхний диод, а при отрицательной – нижний. КПД трансформатора используется не полностью.

Мостовые схемы лишены обоих недостатков. Но теперь на пути тока включены два диода в любой момент времени: прямой диод и обратный. Падение напряжения на диодах удваивается и составляет не 0,65-1В, а в среднем 1,3-2В. С учетом этого падения считается выпрямленное напряжение.

Например, нам надо получить 18 вольт выпрямленного напряжения, какой трансформатор для этого выбрать? 18 вольт плюс падение на диодах, возьмем среднее 1,4 В, равно 19,4 В. Мы знаем из

предыдущей статьи

, что амплитудное значение переменного напряжения в корень из 2 раз больше его действующего значения. Поэтому во вторичной цепи трансформатора переменное действующее напряжение равно 19,4 / 1,41 = 13,75В. С учетом того, что напряжение в сети может гулять на 10%, а также под нагрузкой напряжение немного просядет, выберем трансформатор 230/15 В.

Мощность требуемого нам трансформатора можно посчитать от тока нагрузки. Например, мы собираемся подключать к трансформатору нагрузку в один ампер. Это если с запасом. Всегда оставляйте небольшой запас, в 20-40%. Просто по формуле мощности можно найти P = U * I = 15 * 1 = 15 ВА, где U и I – напряжение и ток вторичной обмотки. Если вторичных обмоток несколько, то их мощности складываются. Плюс потери на трансформацию, плюс запас, поэтому выберем трансформатор 20-40 ВА. Хотя часто трансформаторы продаются с указанием тока вторичных обмоток, но проверить по габаритной мощности не помешает.

После выпрямительного моста необходим сглаживающий конденсатор, на рисунке не показан. Не забывайте про него! Есть умные формулы по расчету этого конденсатора в зависимости от количества пульсаций, но порекомендую такое правило: ставить конденсатор 10000мкФ на один ампер потребления тока. Вольтаж конденсатора не меньше, чем выпрямленное без нагрузки напряжение. В данном примере можно взять конденсатор с номиналом 25В.

Диоды в этой схеме выберем на ток >=1А и обратное напряжение, с запасом, больше 19,4 В, например, 50-1000 В. Можно применить диоды Шоттки. Это те же диоды, только с очень маленьким падением напряжения, которое часто составляет десятки милливольт. Но недостаток диодов Шоттки – их не выпускают на более-менее высокие напряжения, больше 100В. Точнее с недавнего времени выпускают, но их стоимость заоблачная, а плюсы уже не так очевидны.

Светодиод

Внутри устроен совсем по другому, чем диод, но имеет те же самые свойства. Только еще и светится при протекании тока в прямом направлении.

Все отличие от диода в некоторых характеристиках. Самое важное – прямое падение напряжения. Оно гораздо больше, чем 0,65 В у обычного диода и зависит в основном от цвета светодиода. Начиная от красного, падение напряжения которого составляет в среднем 1,8 В, и заканчивая белым или синим светодиодом, падение у которых около 3,5 В. Впрочем, у невидимого спектра эти значения шире.

По сути падение напряжения здесь – минимальное напряжение зажигания диода. При меньшем напряжении, у источника питания, тока не будет и диод просто не загорится. У мощных осветительных светодиодов падение напряжения может составлять десятки вольт, но это значит лишь, что внутри кристалла много последовательно-параллельных сборок диодов.

Но сейчас поговорим об индикаторных светодиодах, как наиболее простых. Их выпускают в различных корпусах, наиболее часто в полуокруглых, диаметром 3, 5, 10 мм.

Любой диод светится в зависимости от протекающего тока. По сути это токовый прибор. Падение напряжения получается автоматически. Ток мы задаем сами. Современные индикаторные диоды более-менее начинают светиться при токе 1 мА, а при 10 мА уже выжигают глаза. Для мощных осветительных диодов надо смотреть документацию.

Применение светодиода

Имея лишь соответствующий резистор можно задать нужный ток через диод. Конечно, понадобится еще и блок питания постоянного напряжения, например, батарейка 4,5 В или любой другой БП.

Например, зададим ток 1мА через красный светодиод с падением напряжения 1,8 В.

На схеме показаны узловые потенциалы, т.е. напряжения относительно нуля. В каком направлении включать светодиод нам подскажет лучше всего мультиметр в режиме прозвонки, поскольку иногда попадаются напрочь китайские светодиоды с перепутанными ногами. При касании щупов мультиметра, в правильном направлении, светодиод должен слабо светиться.

Поскольку применен красный светодиод, то на резисторе упадет 4,5 — 1,8 = 2,7В. Это известно по второму закону Кирхгофа: сумма падений напряжения на последовательных участках схемы равно ЭДС батарейки, т.е. 2,7 + 1,8 = 4,5В. Чтобы ограничить ток в 1мА, резистор по закону Ома должен обладать сопротивлением R = U / I = 2,7 / 0,001 = 2700 Ом, где U и I – напряжение на резисторе и необходимый нам ток. Не забываем переводить величины в единицы СИ, в амперы и вольты. Поскольку выпускаемые номиналы сопротивлений стандартизованы выберем ближайший стандартный номинал 3,3кОм. Конечно, при этом ток изменится и его можно пересчитать по закону Ома I = U / R. Но зачастую это не принципиально.

В этом примере ток, отдаваемый батарейкой, мал, так что внутренним сопротивлением батареи можно пренебречь.

С осветительными светодиодами все тоже самое, только токи и напряжения выше. Но иногда им уже не требуется резистор, надо смотреть документацию.

Что-то еще про светодиод

По сути, светить – это основное назначение светодиода. Но есть и другое применение. Например, светодиод может выступать в качестве источника опорного напряжения. Они необходимы, например, для получения источников тока. В качестве источников опорного напряжения, как менее шумные, применяют красные светодиоды. Их включают в схему так же, как и в предыдущем примере. Поскольку напряжение батарейки относительно постоянное, ток через резистор и светодиод тоже постоянный, поэтому падение напряжения остается постоянным. От анода светодиода, где 1,8В, делается отвод и используется это опорное напряжение в других участках схемы.

Для более надежной стабилизации тока на светодиоде, при пульсирующем напряжении источника питания, вместо резистора в схему ставят источник тока. Но источники тока и источники опорного напряжения – это тема еще одной статьи. Возможно, когда-нибудь я ее напишу.

Стабилитрон

В английской литературе стабилитрон называется Zener diode. Все тоже самое, что и диод, в прямом включении. Но сейчас поговорим только про обратное включение. В обратном включении под действием определенного напряжения на стабилитроне возникает обратимый пробой, т.е. начинает течь ток. Этот пробой полностью штатный и рабочий режим стабилитрона, в отличие от диода, где при достижении номинального обратного напряжения диод просто выходил из строя. При этом, ток через стабилитрон в режиме пробоя может меняться, а падение напряжение на стабилитроне остается практически неизменным.

Что нам это дает? По сути это маломощный стабилизатор напряжения. Стабилитрон имеет все те же характеристики, что и диод, плюс добавляется так же напряжение стабилизации Uст или nominal zener voltage. Оно указывается при определенном токе стабилизации Iст или test current. Также в документации на стабилитроны указываются минимальный и максимальный ток стабилизации. При изменении тока от минимального до максимального, напряжение стабилизации несколько плавает, но незначительно. См. вольт-амперные характеристики.

Рабочая зона стабилитрона обозначена зеленым цветом. На рисунке видно, что напряжение на рабочей зоне практически неизменно, при широком диапазоне изменения тока через стабилитрон.

Чтобы выйти на рабочую зону, нам надо установить ток стабилитрона между [Iст. min – Iст. max] с помощью резистора точно так же, как это делалось в примере со светодиодом (кстати, можно также с помощью источника тока). Только, в отличие от светодиода, стабилитрон включен в обратном направлении.

При меньшем токе, чем Iст. min стабилитрон не откроется, а при большем, чем Iст. max – возникнет необратимый тепловой пробой, т.е. стабилитрон просто сгорит.

Расчёт стабилитрона

Рассмотрим на примере нашего рассчитанного трансформаторного БП. У нас есть блок питания, выдающий минимум 18 В (по сути там больше, из-за трансформатора 230/15 В, лучше мерить в реальной схеме, но суть сейчас не в этом), способный отдавать ток 1 А. Нужно запитать нагрузку с максимальным потреблением 50 мА стабилизированным напряжением 15 В (например, пусть это будет какой-нибудь абстрактный операционный усилитель – ОУ, у них примерно такое потребление).

Такая слабая нагрузка выбрана неспроста. Стабилитроны довольно маломощные стабилизаторы. Они должны проектироваться так, чтобы через них мог проходить без перегрева весь ток нагрузки плюс минимальный ток стабилизации Iст. min. Это необходимо, потому что ток после резистора R1 делится между стабилитроном и нагрузкой. В нагрузке ток может быть непостоянным, либо нагрузка может выключаться из схемы совсем. По сути это параллельный стабилизатор, т.е. весь ток, который не уйдет в нагрузку, примет на себя стабилитрон. Это как первый закон Кирхгофа I = I1 + I2, только здесь I = Iнагр + Iст. min.

Итак, выберем стабилитрон с напряжением стабилизации 15 В. Для установки тока через стабилитрон всегда необходим резистор (или источник тока). На резисторе R1 упадет 18 – 15 = 3 В. Через резистор R1 будет протекать ток Iнагр. + Iст. min. Примем Iст. min = 5 мА, это примерно достаточный ток для всех стабилитронов с напряжением стабилизации до 100 В. Выше 100 В можно принимать 1мА и меньше. Можно взять Iст. min и больше, но это только будет бесполезно греть стабилитрон.

Итак, через R1 течет Ir1 = Iнагр. + Iст. min = 50 + 5 = 55 мА. По закону Ома находим сопротивление R1 = U / I = 3 / 0,055 = 54,5 Ом, где U и I – напряжение на резисторе и ток через резистор. Выберем из ближайшего стандартного ряда сопротивление 47 Ом, будет чуть больше ток через стабилитрон, но ничего страшного. Его даже можно посчитать, общий ток: Ir1 = U / R = 3 / 47 = 0,063А, далее минимальный ток стабилитрона: 63 — 50 = 13 мА. Мощность резистора R1: P = U * I = 3 * 0,063 = 0,189 Вт. Выберем стандартный резистор на 0,5 Вт. Советую, кстати, не превышать мощность резисторов примерно Pmax/2, дольше проживут.

На стабилитроне тоже рассеивается мощность в виде тепла, при этом в самом худшем случае она будет равна P = Uст * (Iнагр + Iст.) = 15 * (0,050 + 0,013) = 0,945 Вт. Стабилитроны выпускают на разную мощность, ближайшая 1Вт, но тогда температура корпуса при потреблении около 1Вт будет где-то 125 градусов С, лучше взять с запасом, на 3 Вт. Стабилитроны выпускают на 0,25, 0,5, 1, 3, 5 Вт и т.д.

Первый же запрос в гугле «стабилитрон 3Вт 15В» выдал 1N5929BG. Далее ищем «datasheet 1N5929BG». По даташиту у него минимальный ток стабилизации 0,25 мА, что меньше 13 мА, а максимальный ток 100 мА, что больше 63 мА, т.е. укладывается в его рабочий режим, поэтому он нам подходит.

В общем-то, это весь расчёт. Да, стабилизатор это неидеальный, внутреннее сопротивление у него не нулевое, но он простой и дешевый и работает гарантировано в указанном диапазоне токов. А также поскольку это параллельный стабилизатор, то ток блока питания будет постоянным. Более мощные стабилизаторы можно получить, умощнив стабилитрон транзистором, но это уже тема следующей статьи, про транзисторы.

Проверить стабилитрон на пробой обычным мультиметром, как правило, нельзя. При более-менее высоковольтном стабилитроне просто не хватит напряжения на щупах. Единственное, что удастся сделать, это прозвонить его на наличие обычной диодной проводимости в прямом направлении. Но это косвенно гарантирует работоспособность прибора.

Еще стабилитроны можно использовать как источники опорного напряжения, но они шумные. Для этих целей выпускают специальные малошумящие стабилитроны, но их цена в моем понимании зашкаливает за кусочек кремния, лучше немного добавить и купить интегральный источник с лучшими параметрами.

Также существует много полупроводниковых приборов, похожих на диод: тиристор (управляемый диод), симистор (симметричный тиристор), динистор (открываемый импульсно только по достижении определенного напряжения), варикап (с изменяемой емкостью), что-то еще. Первые вам понадобятся в силовой электронике при постройки управляемых выпрямителей или регуляторов активной нагрузки. А с последними я уже лет 10 не сталкивался, поэтому оставляю эту тему для самостоятельного чтения в вики, хотя бы про тиристор.

Как рассчитать электрическую нагрузку

Электрические цепи находят множество применений, в том числе в быту, автомобилестроении и электронике. Электрические принципы применимы независимо от области применения. У вас есть несколько компонентов, распределенных по схеме, которые составляют нагрузку схемы. У вас есть источник энергии. Вы хотите знать характеристики компонентов нагрузки. У вас есть закон Кирхгофа, который, по сути, гласит, что сумма напряжения нагрузки равна сумме напряжений источника.Вы не хотите повредить какие-либо компоненты цепи, поэтому рассчитываете нагрузку.

Расчет электрической нагрузки в простой цепи

    Рассчитайте электрическую нагрузку для простой линейной цепи, имеющей напряжение источника 9 В и два последовательно включенных резистора по 330 Ом. Второй резистор имеет вывод, идущий на землю. Рассчитайте по следующим уравнениям. Пусть мощность = напряжение * ток (P = VI). Пусть ток = напряжение / сопротивление (I = V / R).

    Примените второй закон Кирхгофа, согласно которому сумма напряжений в цепи равна нулю.Сделайте вывод, что напряжение нагрузки вокруг простой схемы должно составлять 9 вольт. Вычислите, что напряжение нагрузки равномерно распределено на каждом из резисторов, поскольку они имеют одинаковое сопротивление, и что напряжение на каждом из них должно составлять 4,5 В (или -4,5 в соответствии с законом Кирхгофа).

    Рассчитайте I = V / R (расчет тока), так что I = 4,5 / 330 = 13,6 мА (миллиампер). Вычислите P = VI = 9 * 0,0136 = 0,1224 Вт. Обратите внимание, что теперь известны все характеристики нагрузки (напряжение, сопротивление, ток и мощность).Будьте осторожны и выбирайте резисторы мощностью 0,5 Вт.

    Используйте онлайн-симулятор линейных цепей для моделирования простых цепей и расчета нагрузочных характеристик. Воспользуйтесь описанным ниже имитатором линейной схемы под названием «Linear Technology Spice». Создайте образец схемы и поэкспериментируйте с различными компонентами нагрузки. Рассчитайте характеристики нагрузки, используя уравнения напряжения, тока, сопротивления (или индуктивности) и мощности.

Расчет бытовой электрической нагрузки

    Рассчитайте нагрузку для типичного дома на одну семью с помощью онлайн-калькулятора электрической нагрузки.Воспользуйтесь онлайн-калькулятором электрической нагрузки для дома на одну семью.

    Укажите площадь вашего дома в квадратных футах. Введите количество «цепей для малой бытовой техники» и «цепей для стирки» и при необходимости обратитесь к электрической схеме. Если информация недоступна, используйте значения по умолчанию. Введите значения для «Прикрепленные устройства», «Приборы для приготовления пищи», «Отопление или охлаждение» и «Самый большой двигатель». Нажмите «Рассчитать нагрузку».

    Обратите внимание на «Общая расчетная нагрузка», «Расчетная сила тока», «Общая нейтральная нагрузка», «Общая нейтральная нагрузка» и «Общая нейтральная сила тока».

Как рассчитать силу тока в последовательной цепи

Обновлено 28 декабря 2020 г.

Автор: S. Hussain Ather

Цепи серии

соединяют резисторы таким образом, что ток, измеряемый амплитудой или силой тока, проходит по одному пути в цепи и остается неизменным на всем протяжении. Ток течет в противоположном направлении электронов через каждый резистор, которые препятствуют потоку электронов, один за другим в одном направлении от положительного конца батареи к отрицательному.Нет внешних ветвей или путей, по которым может проходить ток, как в параллельной цепи.

Примеры цепей серии

Цепи серии

широко используются в повседневной жизни. Примеры включают некоторые типы рождественских или праздничных огней. Другой распространенный пример — выключатель света. Кроме того, компьютеры, телевизоры и другие бытовые электронные устройства работают по концепции последовательной цепи.

Сила тока (или ампер) в последовательной цепи

Вы можете рассчитать амплитуду в амперах или амперах, задаваемую переменной A, последовательной цепи, суммируя сопротивление каждого резистора в цепи как R и суммируя падения напряжения как В , затем решая I в уравнении В = I / R , в котором В — это напряжение батареи в вольтах, I — это ток, а R — полное сопротивление резисторов в омах (Ом).Падение напряжения должно быть равно напряжению батареи в последовательной цепи.

Уравнение V = I / R , известное как закон Ома, также справедливо для каждого резистора в цепи. Ток в последовательной цепи постоянный, что означает, что он одинаков на каждом резисторе. Вы можете рассчитать падение напряжения на каждом резисторе, используя закон Ома. При последовательном включении напряжение батарей увеличивается, что означает, что они служат меньше времени, чем если бы они были подключены параллельно.

Последовательная принципиальная схема и формула

••• Syed Hussain Ather

В приведенной выше схеме каждый резистор (обозначенный зигзагообразными линиями) подключен к источнику напряжения, батарее (обозначенной + и — окружающие отключенные линии), последовательно. Ток течет в одном направлении и остается постоянным в каждой части цепи.

Если вы просуммируете каждый резистор, вы получите общее сопротивление 18 Ом (Ом, где Ом — это мера сопротивления).{-t / (RC)}

, в котором В, — в вольтах, R, — в омах, C, — в фарадах, t, — время в секундах, и I в амперах. Здесь e относится к постоянной Эйлера e .

Общая емкость последовательной цепи равна

\ frac {1} {C_ {total}} = \ frac {1} {C_1} + \ frac {1} {C_2} + …

дюйм каждая инверсия каждого отдельного конденсатора суммируется с правой стороны ( 1 / C 1 , 1 / C 2 и т. д.{-tR / L}

, в котором общая индуктивность L является суммой значений индуктивностей отдельных катушек индуктивности, измеренных в единицах Генри. Когда последовательная цепь накапливает заряд по мере протекания тока, индуктор, катушка провода, которая обычно окружает магнитный сердечник, генерирует магнитное поле в ответ на протекание тока. Их можно использовать в фильтрах и генераторах,

Series против параллельных цепей

При работе с параллельными цепями, в которых ток разветвляется через разные части цепей, вычисления «меняются местами».”Вместо определения общего сопротивления как суммы отдельных сопротивлений, общее сопротивление определяется как

\ frac {1} {R_ {total}} = \ frac {1} {R_1} + \ frac {1} {R_2 } + …

(аналогично вычислению полной емкости последовательной цепи).

Напряжение, а не ток, постоянно во всей цепи. Общий ток параллельной цепи равен сумме токов в каждой ветви. Вы можете рассчитать как ток, так и напряжение, используя закон Ома ( В = I / R ).

••• Syed Hussain Ather

В приведенной выше параллельной схеме полное сопротивление определяется следующими четырьмя шагами:

  1. 1 / R всего = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3
  2. 1 / R всего = 1/1 Ом + 1/4 Ом + 1/5 Ом
  3. 1 / R всего = 20/20 Ом + 5/20 Ом + 4/20 Ом
  4. 1 / R всего = 29/20 Ом
  5. R всего = 20/29 Ом или около.69 Ом

В приведенном выше расчете обратите внимание, что вы можете перейти к шагу 5 из шага 4 только тогда, когда есть только один член слева ( 1 / R всего ) и только один член справа сторона (29/20 Ом).

Аналогично, общая емкость в параллельной цепи — это просто сумма каждого отдельного конденсатора, а общая индуктивность также дается обратной зависимостью ( 1 / L всего = 1 / L 1 + 1 / л 2 +… ).

Зависимость постоянного тока от переменного

В цепях ток может течь либо постоянно, как в случае постоянного тока (DC), либо колебаться волнообразно в цепях переменного тока (AC). В цепи переменного тока ток в цепи меняется с положительного на отрицательное.

Британский физик Майкл Фарадей продемонстрировал силу постоянного тока с динамо-электрическим генератором в 1832 году, но он не мог передавать его мощность на большие расстояния, а для постоянного напряжения требовались сложные схемы.

Когда сербско-американский физик Никола Тесла в 1887 году создал асинхронный двигатель, использующий переменный ток, он продемонстрировал, как он легко передается на большие расстояния и может быть преобразован между высокими и низкими значениями с помощью трансформаторов, устройства, используемого для изменения напряжения. Достаточно скоро, примерно на рубеже 20-го века, домашние хозяйства по всей Америке начали отказываться от постоянного тока в пользу переменного тока.

В настоящее время электронные устройства используют как переменный, так и постоянный ток, когда это необходимо. Постоянный ток используется с полупроводниками для небольших устройств, которые нужно только включать и выключать, например ноутбуков и сотовых телефонов.Напряжение переменного тока передается по длинным проводам, прежде чем оно преобразуется в постоянный ток с помощью выпрямителя или диода для питания таких приборов, как лампочки и батареи.

Основы расчета падения напряжения

Как узнать, обеспечивает ли ваша проводка разумную эффективность работы? Национальный электротехнический кодекс, 210-19 (a) (FPN 4) и 215-2 (b) (FPN 3), рекомендует падение напряжения 5% для фидерных цепей и 3% для ответвленных цепей. Давайте поработаем несколько примеров, используя уравнения на боковой панели (справа).В наших примерах используется медный провод без покрытия в стальном кабелепроводе для ответвлений на 480 В; мы воспользуемся столбцом коэффициента мощности таблицы 9 NEC.

Пример 1: Определение падения напряжения Проложите многожильный провод № 10 на 200 футов при 20 А. Согласно Таблице 9, наше «сопротивление нейтрали на 1000 футов» составляет 1,1 Ом. Чтобы заполнить числитель, умножьте его следующим образом: (2 x 0,866) x 200 футов x 1,1 Ом x 20A = 7620,8 Деление 7621 на 1000 футов дает падение напряжения 7,7 В. Это падение приемлемо для нашей цепи 480 В. № 12 упадет 11,8 В.Увеличьте длину до 500 футов, и этот № 10 упадет 18 В; № 12 падает 29V.

Пример 2: Определение размера провода Проложите многожильный медный провод на 200 футов при 20 А. Вы можете найти размер провода, алгебраически изменив первое уравнение, или вы можете использовать следующий метод. Чтобы заполнить числитель, умножьте его следующим образом: 1,73 x 212,9 Ом x 200 футов x 20A = 89371,2. Разделив 89371,2 на допустимое падение напряжения 14,4 В, вы получите 6207 круговых милов. Таблица 8 NEC показывает, что провод № 12 удовлетворяет рекомендациям по падению напряжения.

Пример 3: Определение длины провода Проложите многожильный медный провод № 10 для цепи 20 А. Чтобы заполнить числитель, умножьте его следующим образом: 1000 x 14,4 В = 14400 Чтобы заполнить знаменатель, умножьте следующим образом: (2 x 0,866) x 1,1 Ом x 20 A = 38,104 Наконец, разделите числитель на знаменатель следующим образом: 14400 / 38,1044377 футов. Если вы проложили провод № 12 для той же цепи, вы могли бы проложить его на 244 фута.

Пример 4: Определение максимальной нагрузки Проложите многожильный медный провод № 10 для цепи длиной 200 футов.Чтобы заполнить числитель, умножьте его следующим образом: 1000 x 14,4 В = 14400 Чтобы заполнить знаменатель, умножьте следующим образом: (2 x 0,866) x 1,1 Ом x 200 футов = 381,04 Наконец, разделите числитель на знаменатель следующим образом: 14400 / 381.04437A Эта схема может выдерживать ток 37 А на каждом фазном проводе. 200-футовый № 2 может выдержать 24А.

* Число «0,866» относится только к 3-фазной схеме. Он преобразует число «2» в «1,732» (квадратный корень из 3). Для однофазных цепей не используйте в расчетах «0,866».* «CM» обозначает размер провода в круглых милах, как показано в Таблице 8. * Чтобы рассчитать размер провода, используйте 12,9 в качестве K для меди и 21,2 в качестве K для алюминия. * «L» — длина одностороннего провода в футах. * «R» — сопротивление на 1000 футов. Используйте таблицу 9 NEC для проводки переменного тока. Если у вас нелинейные нагрузки, используйте столбец, который помогает учесть коэффициент мощности.

Уравнение 1: Расчет фактического падения напряжения в вольт Падение вольт = (2 x 0,866) x L x R x Амперы / 1000

Уравнение 2: Расчет сечения провода в круглых миллиметрах CM = 2 x K x L x А / допустимое падение напряжения В качестве альтернативы вы можете алгебраически манипулировать уравнением 1: R410002 Допустимое падение напряжения / 1.732 x L x Ампер, а затем найдите размер провода в соответствии с его сопротивлением переменному току.

Уравнение 3: Расчет длины в футах Длина = 1000 x допустимое падение напряжения / (2 x 0,866) x R x амперы

Уравнение 4: Расчет нагрузки в амперах = 1000 x допустимое падение напряжения / (2 x 0,866) x R x L

Расчет падения напряжения

Общеизвестно, что потребители электроэнергии должны платить за общее количество киловатт-часов поставляются энергокомпанией, как измерено соответствующим счетчиком мощности.Однако, поскольку ни один электрический проводник не является идеальным и даже самая качественная проводка имеет сопротивление, часть этого электричества теряется между измерителем мощности и точкой использования.

Что такое падение напряжения?

Одним из основных принципов электротехники является закон Ома, который гласит, что падение напряжения на проводнике или нагрузке эквивалентно произведению тока и сопротивления (V = I x R). Электрический ток определяется нагрузкой на цепь, а сопротивление определяется физическими свойствами проводника.


Получите профессиональный электротехнический проект для своего здания и избегайте проблем с напряжением.


Понятие падения напряжения используется для описания разницы между напряжением, подаваемым на источник, и напряжением, измеренным на нагрузке. Факторы, определяющие падение напряжения, приведены в следующей таблице:

КОЭФФИЦИЕНТЫ ПАДЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ

ОПИСАНИЕ

А.Материал проводника

Некоторые материалы являются лучшими электрическими проводниками, чем другие. Например, медь более проводящая, чем алюминий.

B. Диаметр жилы

Более широкий проводник имеет лучшую проводимость, потому что больше материала для переноса электрического тока.

C. Длина проводника

Более длинные проводники имеют более высокое сопротивление, потому что ток должен проходить большее расстояние между источником и нагрузкой.

D. Температура проводника

Температура влияет на проводимость материалов. В зависимости от материала и фактической температуры проводимость может увеличиваться или уменьшаться при дальнейшем повышении температуры.

E. Ток, переносимый проводником

Ток прямо пропорционален падению напряжения. Если ток удваивается, а сопротивление остается неизменным, падение напряжения также удваивается.

F. Соединения в цепи

Соединение представляет собой разрыв материала проводника, и с этим связано контактное сопротивление. Неудовлетворительные соединения связаны с повышенным падением напряжения.

Как можно контролировать падение напряжения?

Поскольку идеального проводника не существует и все материалы обладают электрическим сопротивлением, полностью устранить падение напряжения невозможно.Однако есть много способов минимизировать его:

  1. Повышение эффективности системы
    При неизменной нагрузке повышение эффективности электрического оборудования снижает потребление энергии. Поскольку напряжение питания постоянно, повышенная эффективность приводит к меньшему току и снижению падения напряжения.
  2. Поиск и устранение неисправностей
    Некоторые электрические проблемы вызывают ненужное увеличение тока или сопротивления, что приводит к более высокому падению напряжения. Как только эти проблемы будут решены, падение напряжения вернется в норму.
  3. Корректировка сечения проводов
    Если проводники в цепи были выбраны неправильно, на них может наблюдаться значительное падение напряжения. При выборе проводов важно учитывать такие факторы, как ток полной нагрузки, температура окружающей среды и количество проводников в кабелепроводе.
  4. Централизованное электрическое распределение
    Если главный электрический вал и распределительные щиты расположены близко к центру здания, проводка должна проходить меньшие расстояния, чтобы охватить различные нагрузки.Такой тип компоновки сводит к минимуму падение напряжения. С другой стороны, когда электрический вал и панели расположены на одном конце здания, цепи должны пересекать всю конструкцию, чтобы достичь нагрузок на противоположной стороне.
  5. Сбалансированное распределение нагрузки
    В крупных коммерческих зданиях обычно используются трехфазные цепи с тремя токоведущими проводниками, как следует из их названия. Если одна фаза слишком нагружена, она также будет испытывать больший ток и большее падение напряжения по сравнению с другими фазами.

Это особые меры, которые могут быть применены для уменьшения падения напряжения. В общем, любая мера, которая обеспечивает любой из следующих эффектов, является жизнеспособной, если это разрешено Электрическим кодексом Нью-Йорка:

  • Уменьшение тока нагрузки
  • Увеличение диаметра жилы
  • Увеличение количества параллельных проводов
  • Уменьшение длины проводника
  • Понижение температуры проводника

Допустимое падение напряжения в соответствии с NEC, издание

2011 г.

Национальный электротехнический кодекс NFPA (NEC), который является основой Электротехнического кодекса Нью-Йорка, устанавливает два условия для допустимого падения напряжения в электрических установках:

  • Максимально допустимое напряжение в ответвленной цепи составляет 3 процента, измеренное между соответствующей электрической панелью и самой дальней розеткой, обеспечивающей питание, обогрев, освещение или любую комбинацию таких нагрузок.
  • Максимальное суммарное падение напряжения на главных фидерах и ответвленных цепях составляет 5 процентов, измеренное от служебного подключения до самой дальней розетки.

Считается, что эти уровни падения напряжения обеспечивают разумную эффективность работы. Важно отметить, что при увеличении размеров проводников цепи для компенсации падения напряжения необходимо соответственно увеличить провод заземления оборудования.

Как рассчитать падение напряжения

Важно отметить, что формула падения напряжения меняется в зависимости от количества фаз в цепи (однофазные или трехфазные).В следующих уравнениях используются следующие переменные:

  • Z = полное сопротивление проводника (Ом на 1000 футов или Ом / км)
  • I = ток нагрузки (амперы)
  • L = Длина (фут)
ТИП УСТАНОВКИ ФОРМУЛА ПАДЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ

Однофазная система

Трехфазная система

В Падение = 2 x Z x I x L / 1000

Падение В = 1,73 x Z x I X L / 1000

Формулы делятся на 1000, поскольку стандартные значения импеданса предоставляются для каждых 1000 футов.Таким образом, они преобразуются в Ом на фут. В главе 9 NEC приведены свойства проводников, рассчитанные на номинальную температуру 75 ° C.

Чтобы продемонстрировать процедуру, предположим, что однофазная цепь на 120 В пропускает ток 22 А, где полное сопротивление проводника составляет 1,29 Ом на 1000 футов, а длина цепи составляет 50 футов. Падение напряжения будет:

  • Падение напряжения = (2 x 1,29 Ом / kft x 22A x 50 футов) / 1000 = 2,84 В
  • Падение напряжения в процентах = 2,84 В / 120 В = 0.0237 = 2,37%

Если на фазу больше одного проводника, то приведенный выше расчет необходимо разделить на количество проводов на фазу, поскольку сопротивление уменьшается. Например, если в приведенном выше примере на каждую фазу приходится два проводника, сопротивление уменьшается вдвое, а падение напряжения составит 1,42 В (1,18%).

Как выбрать размер провода?

Процедура, описанная выше, может быть изменена для выбора сечения проводника в зависимости от допустимого падения напряжения. Предположим, что цепь соответствует следующим условиям:

  • Рабочее напряжение = 120 В
  • Конфигурация: однофазный
  • Ток = 25 А
  • Длина = 100 футов

Формула падения напряжения может быть скорректирована следующим образом для расчета необходимого импеданса.

  • Падение напряжения = 2 x Z x I x L / 1000
  • Z = (1000 x падение напряжения) / (2 x I x L)

Подставляя указанные выше значения в формулу, получаем следующий результат:

  • Допустимое падение напряжения = 120 В x 3% = 3,6 В
  • Z = (1000 x 3,6 В) / (2 x 25 A x 100 футов) = 0,72 Ом / кВт

Согласно NEC в главе 9, таблица 8, требуемый размер проводника для удержания падения напряжения ниже 3% — AWG # 6 (0,510 Ом / kft). Следующий размер — AWG # 8, но его сопротивление слишком велико (0.809 Ом / kft), а падение напряжения превысит 3%.

Установка нескольких проводников в кабелепровод, кабель или кабельную коробку

Таблицы NEC с 310.16 по 310.19 предоставляют допустимые значения силы тока максимум для трех проводов в кабелепроводе, кабеле или кабелепроводе. Когда количество проводников равно четырем или более, допустимая допустимая нагрузка снижается, как показано в следующей таблице:

КОЛИЧЕСТВО ТОКОПРОВОДНИКОВ

ЗНАЧЕНИЕ ПРОЦЕНТНОЙ МОЩНОСТИ

4-6

7-9

10-20

21-30

31-40

41 или более

80%

70%

50%

45%

40%

35%

Проводники должны иметь достаточную допустимую нагрузку по току в соответствии с таблицами 310.От 16 до 310,19, при этом также имеет падение напряжения ниже максимально допустимого значения 3%. Также обратите внимание, что номинальная допустимая нагрузка снижается, когда несколько проводов проложены вместе. Чтобы электрическая установка соответствовала нормам, необходимо проверить все три фактора.

Сводка

NEC рекомендует максимальное падение напряжения 5% на фидерах и ответвленных цепях и 3% только на ответвленных цепях. Считается, что такой уровень падения напряжения обеспечивает правильные условия для оптимальной работы оборудования.Обратите внимание, что максимально допустимый уровень падения напряжения — это не мера безопасности, а мера производительности.

Калькулятор падения напряжения

Калькулятор падения напряжения рассчитает падение напряжения в цепи для длинных проводов на основе напряжения, тока, фаз, проводника, размера провода и расстояния в цепи. Он также рассчитает напряжение на нагрузке и падение напряжения в процентах.

Калькулятор падения напряжения


Введите информацию ниже, чтобы рассчитать падение напряжения в цепи.

Падение напряжения
Напряжение при нагрузке
Процент падения

Напряжение — Введите напряжение на источнике цепи. Однофазные напряжения обычно 115 В или 120 В, в то время как трехфазное напряжение обычно составляет 208 В, 230 В или 480 В.

Ампер — Введите максимальный ток в амперах, который будет протекать через цепь. Для моторов рекомендуется умножить значение FLA на паспортной табличке на 1,25 для определения диаметра провода.

Проводник — Выберите материал, используемый в качестве проводника в проводе. Общие жилы — медь и алюминий.

Фазы — Выберите количество фаз в цепи. Обычно это однофазный или трехфазный. Для однофазные цепи, требуется три провода.Для трехфазных цепей требуется четыре провода. Один из этих проводов — провод заземления. которые можно уменьшить. Чтобы рассчитать сечение заземляющего провода, используйте калькулятор сечения заземляющего провода.

Размер провода — Выберите размер провода в цепи. Единицы измерения диаметра провода — AWG или kcmil.

Расстояние — Введите одностороннюю длину проводов в цепи в футах.

Примечание. Результаты этого калькулятора основаны на температуре проводника 75 ° C .

Источник: NFPA 70, Национальный электротехнический кодекс, глава 9, таблица 8

Как рассчитать падение напряжения

Падение напряжения рассчитывается с использованием самого универсального из всех электрических законов: закона Ома. Это означает, что потенциал напряжения на проводнике равен ток, протекающий по проводнику, умноженный на общее сопротивление проводника. Другими словами, Vd = I x R.Простая формула была получена из закона Ома. для расчета падения напряжения на проводнике.Эта формула может помочь вам определить падение напряжения в цепи, а также сечение провода, который вам понадобится для вашей цепи. исходя из максимального желаемого падения напряжения. Национальный электротехнический кодекс гласит, что падение напряжения в фидерной цепи не должно превышать 5%, а падение напряжения в ответвленной цепи. не должно превышать 3%.

Однофазные схемы

Падение напряжения рассчитывается для однофазных цепей следующим образом:

Vd = Падение напряжения

I = ток в проводнике (А)

L = длина цепи в одну сторону (футы)

см = площадь поперечного сечения кондуктора (круговые милы)

K = Сопротивление в омах 1 круглого милфута проводника.
Примечание: K = 12,9 для медных проводов при 75 ° C (167 ° F) и K = 21,2 для алюминиевых проводов при 75 ° C (167 ° F).

Трехфазные схемы

Падение напряжения рассчитывается для трехфазных цепей по следующей формуле:

Vd = 1,73 x K x L x I
См

Vd = Падение напряжения

I = ток в проводнике (А)

L = длина цепи в одну сторону (футы)

см = площадь поперечного сечения кондуктора (круговые милы)

K = Сопротивление в омах 1 круглого милфута проводника.
Примечание: K = 12,9 для медных проводов при 75 ° C (167 ° F) и K = 21,2 для алюминиевых проводов при 75 ° C (167 ° F).

Чтобы рассчитать максимальное расстояние цепи на основе падения напряжения в процентах, используйте Калькулятор расстояния цепи.

Чтобы рассчитать размер провода для цепи, используйте калькулятор размера провода или расширенный калькулятор размера провода. Чтобы рассчитать допустимую нагрузку на провод для цепи, используйте Калькулятор допустимой нагрузки на провод или Расширенный калькулятор допустимой нагрузки на провод.

Посетите Условия использования и Политику конфиденциальности этого сайта.Ваше мнение очень ценится. Сообщите нам, как мы можем улучшить.


Майк Холт Расчет падения напряжения

Часть ПЕРВАЯ

Целью Национального электротехнического кодекса является практическая защита людей и имущества от опасностей, связанных с использованием электричества. NEC обычно не считает падение напряжения проблемой безопасности. В результате NEC содержит шесть рекомендаций (примечания к мелкому шрифту), которые проводники цепи должны быть достаточно большими по размеру, чтобы может быть обеспечена эффективность работы оборудования.Кроме того, NEC имеет пять правил, по которым проводники должны иметь размер, соответствующий напряжению. падение проводов цепи.

Примечания мелким шрифтом в NEC предназначены только для информационных целей и не подлежит исполнению инспекционным органом [90-5 (c)]. Однако раздел 110-3 (b) требует, чтобы оборудование было установлено в соответствии с оборудованием. инструкции. Поэтому электрооборудование необходимо устанавливать так, чтобы он работает в пределах своего номинального напряжения, указанного производителем.Рисунок 1.

Комментарий автора: Рисунки не размещаются в Интернете.

Из-за падения напряжения в проводниках цепи рабочее напряжение у электрооборудования будет меньше выходного напряжения силового поставлять. Индуктивные нагрузки (например, двигатели, балласты и т. Д.), Работающие при напряжение ниже номинального может привести к перегреву, что приведет к сокращению времени работы оборудования. срок службы и повышенная стоимость, а также неудобства для заказчика.Пониженное напряжение для чувствительного электронного оборудования, такого как компьютеры, лазерные принтеры, копировальные машины и т. д. могут вызвать блокировку оборудования или внезапное отключение питания. вниз, что приведет к потере данных, увеличению затрат и возможному отказу оборудования. Резистивные нагрузки (нагреватели, лампы накаливания), работающие при пониженном напряжении. просто не обеспечит ожидаемую номинальную выходную мощность, рис. 1.

Комментарий автора: Падение напряжения на проводниках может вызвать накаливание. освещение мигать, когда другие приборы, оргтехника или отопление и системы охлаждения включаются.Хотя некоторых это может раздражать, это не опасно и не нарушает NEC.

РЕКОМЕНДАЦИИ NEC

Национальный электротехнический кодекс содержит шесть примечаний, напечатанных мелким шрифтом, для предупреждения Сообщите пользователю, что оборудование может повысить эффективность работы, если учитывается падение напряжения на проводнике.

1. Ответвительные цепи. Настоящая FPN рекомендует, чтобы проводники ответвлений иметь размер, предотвращающий максимальное падение напряжения до 3%.Максимальное общее напряжение падение для комбинации ответвительной цепи и фидера не должно превышать 5%. [210-19 (а) ФПН № 4], рис. 2.

2. Фидеры. Настоящая FPN рекомендует выбирать размеры фидеров. для предотвращения максимального падения напряжения на 3%. Максимальное полное падение напряжения для комбинации ответвления и фидера не должно превышать 5%. [215-2 (d) ФПН № 2], рис. 2.

Пример: Какое минимальное рабочее напряжение, рекомендованное NEC для Нагрузка 120 В, подключенная к источнику 120/240 В, рисунок 3 (8-11).

(а) 120 вольт (b) 115 вольт (c) 114 вольт (г) 116 вольт

Ответ: (c) 114 В Максимальное рекомендуемое падение напряжения на проводе как для фидера, так и для ответвленной цепи составляет 5 процентов от источника напряжения; 120 вольт x 5% = 6 вольт. Рабочее напряжение на нагрузке определяется путем вычитания падения напряжения на проводнике из источника напряжения, 120 вольт — падение 6 вольт = 114 вольт.

3. Услуги — Интересно, что нет рекомендуемого падения напряжения. для сервисных проводников, но эта FPN напоминает пользователю Кодекса о необходимости учитывать падение напряжения на служебных проводниках [230-31 (c) FPN].

Комментарий автора: Падение напряжения на проводах с длительным сроком службы может вызвать лампы накаливания в здании мигают при включении бытовой техники, отопления или включаются системы охлаждения. Для получения информации о том, как решить или уменьшить мерцание ламп накаливания, перейдите по адресу: www.mikeholt.com/Newsletters.

4. Максимально допустимая нагрузка проводника — Эта FPN определяет тот факт, что перечисленные в таблице 310-16, не учитывают падение напряжения [310-15 ФПН №1].

5. Фазовые преобразователи — Фазовые преобразователи имеют свои собственные рекомендации. падение напряжения от источника питания к фазовому преобразователю должно не превышает 3% [455-6 (a) FPN].

6. Парковки для транспортных средств для отдыха — для транспортных средств для отдыха есть рекомендации. чтобы максимальное падение напряжения на проводниках параллельной цепи не превышало 3% и комбинация ответвления и фидера не более 5% [210-19 (а) ФПН №4 и 551-73 (d) FPN].

ТРЕБОВАНИЯ NEC

Национальный электротехнический кодекс также содержит пять правил, требующих проводники должны быть увеличены в размере, чтобы компенсировать падение напряжения.

Заземляющие проводники — это правило гласит, что если проводники цепи увеличены в размерах для компенсации падения напряжения, заземление оборудования проводники также должны быть увеличены в размерах [250-122 (b)].

Комментарий автора: Если, однако, провода цепи не увеличивать по размеру, чтобы учесть падение напряжения, то заземляющий провод оборудования не требуется, чтобы он был больше, чем указано в Таблице 250-122.

Кино / Телестудия — Проводник ответвления для Системы 60/120 вольт, используемые для снижения шума при производстве аудио / видео или другая подобная чувствительная электроника для киностудий и телестудий не должно превышать 1,5%, а суммарное падение напряжения фидера и проводники параллельной цепи не должны превышать 2,5% [530-71 (d)]. Кроме того, FPN № 1 согласно Разделу 530-72 (b) напоминает пользователю Кодекса об увеличении размера заземляющего проводника в соответствии с Разделом 250-122 (b).

Пожарные насосы — Рабочее напряжение на выводах пожарного насоса. Контроллер не должен быть менее 15% от номинального напряжения контроллера. при запуске двигателя (ток заторможенного ротора). Кроме того, действующие напряжение на выводах электродвигателя пожарного насоса не должно быть меньше 5% от номинального напряжения двигателя, когда двигатель работает на 115 процентов от номинального тока полной нагрузки [695-7].

Комментарий автора: в следующем месяце в этой статье я приведу примеры и графики, демонстрирующие применение правил NEC по падению напряжения.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРЕПАДА НАПРЯЖЕНИЯ В ЦЕПИ

Когда проводники цепи уже установлены, напряжение падение на проводниках может быть определено одним из двух методов: Ом закон или формула ВД.

Метод закона Ома — только однофазный

Падение напряжения на проводниках цепи можно определить умножением ток цепи по общему сопротивлению проводов цепи: VD = I x R.«I» соответствует нагрузке в амперах, а «R» равно сопротивлению проводника, указанному в главе 9, таблица. 8 для цепи постоянного тока или в главе 9, таблице 9 для переменного тока. токовые цепи. Метод закона Ома нельзя использовать для трехфазного схемы.

120 вольт Пример: каково падение напряжения на двух проводниках № 12, которые подайте нагрузку 16 ампер, 120 вольт, которая находится в 100 футах от источника питания питания (200 футов провода), рисунок 4.

(а) 3,2 вольт (б) 6,4 вольт (c) 9,6 вольт (г) 12,8 В

Ответ: (б) 6,4 вольт

Падение напряжения = I x R

«I» равно 16 ампер

«R» равно 0,4 Ом (Глава 9, Таблица 9: (2 Ом / 1000 футов) x 200 футов

Падение напряжения = 16 ампер x 0,4 Ом

Падение напряжения = 6,4 В (6,4 В / 120 В = 5.Падение напряжения 3%)

Рабочее напряжение = 120 В — 6,4 В

Рабочее напряжение = 113,6 В

Комментарий автора: Падение напряжения на 5,3% для указанной выше параллельной цепи. превышает рекомендации NEC на 3%, но не нарушает NEC, если нагрузка 16 А не рассчитана ниже 113,6 В [110-3 (b)].

, однофазный, 240 вольт Пример: какое рабочее напряжение у 44 ампер, 240 вольт, однофазная нагрузка, расположенная в 160 футах от щитка, если он подключен к No.6 проводников, рисунок 5?

(а) 233,1 вольт (б) 230,8 вольт (c) 228,4 вольт (г) 233,4 В

Ответ: (а) 233,1 вольт

Падение напряжения = I x R

«I» равно 44 амперам

«R» равно 0,157 Ом (Глава 9, Таблица 9: (0,49 Ом / 1000 футов) x 320 футов

Падение напряжения = 44 ампера x 0,157 Ом

Падение напряжения = 6.9 В (6,9 В / 240 В = падение на 2,9%)

Рабочее напряжение = 240 В — 6,9 В

Рабочее напряжение = 233,1 В

Падение напряжения по методу формул

Когда проводники цепи уже установлены, напряжение падение проводов можно определить с помощью одного из следующих формулы:

VD = 2 x K x Q x I x D / CM — однофазный

VD = 1.732 x K x Q x I x D / CM — трехфазный

«VD» = падение напряжения: падение напряжения на проводниках цепи. как выражено в вольтах.

«K» = постоянная постоянного тока: это постоянная, которая представляет сопротивление постоянному току для проводника в тысячу круглых мил длиной в тысячу футов, при рабочей температуре 75º. C. Постоянное значение постоянного тока, используемое для меди, составляет 12,9 Ом. и 21.Для алюминиевых проводов используется 2 Ом. Константа «К» подходит для цепей переменного тока, где жилы не превышает № 1/0.

«Q» = Коэффициент регулировки переменного тока: Переменный ток цепи № 2/0 и выше должны быть отрегулированы с учетом эффектов самоиндукции. (скин-эффект). Коэффициент корректировки «Q» определяется путем деления сопротивление переменному току, как указано в таблице 9 главы 9 NEC, на сопротивление постоянному току, как указано в главе 9, таблица 8.

«I» = Амперы: нагрузка в амперах при 100 процентах, а не 125 процентов для двигателей или постоянных нагрузок.

«D» = Расстояние: расстояние, на котором нагрузка находится от источника питания. питания, а не общую длину проводников цепи.

«CM» = Circular-Mils: Круговые милы проводника цепи. как указано в главе 9, таблица 8.

Однофазный пример: каково падение напряжения на проводе № 6 который обеспечивает однофазную нагрузку 44 А, 240 В, расположенную на расстоянии 160 футов из щитка, рисунок 6?

(а) 4.25 вольт (b) 6,9 вольт (c) 3 процента (г) 5 процентов

Ответ: (б) 6,9 вольт

VD = 2 x K x I x D / CM

K = 12,9 Ом, медь

I = 44 ампера

D = 160 футов

CM = No. 6, 26 240 круговых милов, Глава 9, Таблица 8

VD = 2 провода x 12,9 Ом x 44 А x 160 футов / 26240 круглых мил

VD = 6.9 В (6,9 В / 240 В = падение на 2,9%)

Рабочее напряжение = 240 В — 6,9 В

Рабочее напряжение = 233,1 В

Трехфазный Пример: Трехфазная нагрузка 208 В, 36 кВА расположена 80 футов от щитка и соединен алюминиевыми проводниками №1. Какое падение напряжения в проводниках до отключения оборудования, Рисунок 7?

(а) 3,5 вольт (б) 7 вольт (c) 3 процента (г) 5 процентов

Ответ: (а) 3.5 вольт

VD = 1,732 x K x I x D / CM

K = 21,2 Ом, алюминий

I = 100 ампер

D = 80 футов

CM = № 1, 83690 круговых милов, глава 9, таблица 8

VD = 1,732 x 21,2 Ом x 100 ампер x 80 футов / 83690 круглых мил

VD = 3,5 В (3,5 В / 208 В = 1,7%)

Рабочее напряжение = 208 В — 3,5 В

Рабочее напряжение = 204,5 В

Надеюсь, это краткое резюме было полезным.Если вы хотите узнать больше о по этой теме, посетите наш семинар или закажите видео для домашнего обучения программа сегодня.

Калькулятор падения напряжения

— Дюймовый калькулятор

Рассчитайте падение напряжения в цепи переменного или постоянного тока с учетом калибра, напряжения, силы тока и длины провода. Определите правильный размер цепи, включая минимальный калибр провода и максимальную длину проводника с учетом допустимого падения напряжения.

Расчет минимального сечения проводника

Расчет максимальной длины проводника

Падение напряжения:

Падение напряжения
падение напряжения: 0 вольт
процент падения напряжения: 0%
напряжение в конце цепи: 0 вольт

Диаметр проводника

дюймов: 0 дюймов
миллиметров: 0 мм

Площадь поперечного сечения проводника

тыс. Куб. М: 0 тыс. Куб.
квадратных дюймов: 0 дюймов 2
квадратные миллиметры: 0 мм 2
Падение напряжения
падение напряжения: 0 вольт
процент падения напряжения: 0%
напряжение в конце цепи: 0 вольт

Диаметр проводника

дюймов: 0 дюймов
миллиметров: 0 мм

Площадь поперечного сечения проводника

тыс. Куб. М: 0 тыс. Куб.
квадратных дюймов: 0 дюймов 2
квадратные миллиметры: 0 мм 2


Что такое падение напряжения

Падение напряжения — это величина потери напряжения в цепи из-за сопротивления проводника.Падение напряжения является важным фактором при планировании схемы, чтобы позволить оборудованию, использующему схему, работать в соответствии с проектом. Чрезмерное падение напряжения может привести к повреждению оборудования и устройств или к возгоранию из-за чрезмерного нагрева.

Как рассчитать падение напряжения

Падение напряжения можно рассчитать по следующей формуле:

падение напряжения VD = (M × K × I × L) ÷ CM

«M» = умножитель фазы: используйте 2 для однофазной цепи или цепи постоянного тока и 3 или 1.732, для трехфазной цепи.

«K» = постоянная величина постоянного тока: используйте 12,9 для медного проводника и 21,2 для алюминиевого проводника. Это равно сопротивлению проводника, длина которого составляет тысячу круглых милов и тысячу футов.

«I» = ток: это ток цепи в амперах. Попробуйте наш калькулятор закона Ома, чтобы преобразовать ватты в амперы.

«L» = длина в футах: это односторонняя длина проводника в футах. Воспользуйтесь нашими калькуляторами преобразования длины, чтобы преобразовать метрические измерения в футы.

«CM» = площадь поперечного сечения: это площадь поперечного сечения проводника в круглых милах. Воспользуйтесь нашим калькулятором калибра проводов, чтобы найти площадь проводника в тыс. Мил. Чтобы преобразовать тысячные миллиметры в круглые милы, умножьте тысячные милы на 1000.

Например: Рассчитайте падение напряжения в цепи на 120 В, на чертеже 15 А, используя 25-футовый медный провод 14AWG.


Провод 14AWG имеет длину 4,1067 тыс. Мил, что составляет 4106,7 круглых мил.

VD = (M × K × I × L) ÷ CM
VD = (2 × 12.9 × 15 × 25) ÷ 4,106,7
VD = 9,675 ÷ 4,106,7
VD = 9,675 ÷ 4,106,7
VD = 2,35 вольт

Как оценить размер проводника, необходимый для цепи

Используя уравнение для падения напряжения и небольшую алгебру, можно найти минимальный размер проводника в круговых милях для цепи, используя следующее:

круглые милы CM = (L × M × K × I) ÷ падение напряжения
kcmil = CM ÷ 1000

Подставьте значения в формулу, чтобы найти площадь поперечного сечения в круглых милах, затем разделите на 1000, чтобы найти требуемый размер проводника в километрах в мил.Используйте нашу таблицу размеров провода, чтобы найти калибр провода с правильной площадью поперечного сечения.

Например: найдите минимальный калибр проводов, необходимый для схемы на 120 В, для чертежа 20 А, используя медный провод длиной 40 футов с максимальным падением напряжения 3%.


Падение напряжения 3% составит 3,6 В.

kcmil = ((L × M × K × I) ÷ падение напряжения) ÷ 1000
kcmil = ((40 × 2 × 12,9 × 20) ÷ 3,6) ÷ 1000
kcmil = (20640 ÷ 3,6) ÷ 1000
kcmil = 5733 ÷ 1000
тыс. Мил = 5.733
12 AWG

Как определить максимальную длину цепи

Максимальную длину проводника в цепи можно определить, переписав формулу для падения напряжения следующим образом:

L = (VD × CM) ÷ (M × K × I)

Как и раньше, подставьте известные значения в формулу, чтобы получить длину в футах.

Например: найдите максимальную длину проводника для цепи на 120 В и чертежа 15 А с использованием медного проводника 14 AWG с максимальным падением напряжения 3%.


Падение напряжения 3% составит 3,6 В.
Провод 14 AWG имеет поперечное сечение 4 107 круглых мил.

L = (VD × CM) ÷ (M × K × I)
L = (3,6 × 4,107) ÷ (2 × 12,9 × 15)
L = 14785,2 ÷ 387
L = 38,2 футов

Также ознакомьтесь с нашим калькулятором стоимости электроэнергии, чтобы узнать, сколько будет стоить питание устройства.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *