Penurunan tegangan

Konsep dan formula

Pada setiap resistansi r, ketika arus I lewat, tegangan U = I ∙ r muncul, yang biasanya disebut penurunan tegangan dari resistansi ini.

Jika hanya ada satu resistansi r dalam rangkaian, seluruh tegangan sumber Ust jatuh pada resistansi ini.

Jika rangkaian memiliki dua resistansi r1 dan r2 yang dihubungkan secara seri, maka jumlah tegangan dalam resistansi U1 = I ∙ r1 dan U2 = I ∙ r2, mis. penurunan tegangan sama dengan tegangan sumber: Ust = U1 + U2.

Tegangan suplai sama dengan jumlah penurunan tegangan di sirkuit (hukum ke-2 Kirchhoff).

Contoh dari

1. Berapa penurunan tegangan yang terjadi pada filamen lampu dengan resistansi r = 15 Ohm ketika arus I = 0,3 A lewat (Gbr. 1)?

Beras. 1.

Jumlah penurunan tegangan Hukum Ohm: U = I ∙ r = 0,3 ∙ 15 = 4,5 V.

Tegangan antara titik 1 dan 2 lampu (lihat diagram) adalah 4,5 V. Lampu menyala normal jika arus pengenal mengalir melewatinya atau jika ada tegangan pengenal antara titik 1 dan 2 (arus pengenal dan tegangan ditunjukkan pada lampu).

2. Dua bola lampu identik untuk tegangan 2,5 V dan arus 0,3 A dihubungkan secara seri dan dihubungkan ke baterai saku dengan tegangan 4,5 V. Berapa penurunan tegangan yang dihasilkan pada terminal masing-masing bola lampu (Gbr. 2 ) ) ?

Beras. 2.

Bola lampu yang identik memiliki hambatan yang sama r. Ketika mereka terhubung secara seri, arus yang sama I mengalir melalui mereka, oleh karena itu mereka akan memiliki penurunan tegangan yang sama, jumlah tegangan ini harus sama dengan tegangan sumber U = 4,5 V. Setiap bohlam memiliki tegangan 4 , 5: 2 = 2.25V.

Anda dapat memecahkan masalah ini dan perhitungan berurutan. Kami menghitung resistansi bola lampu sesuai dengan data: rl = 2,5 / 0,3 = 8,33 Ohm.

Arus rangkaian I = U / (2rl) = 4,5 / 16,66 = 0,27 A.

Penurunan tegangan bola lampu U = Irl = 0,27 ∙ 8,33 = 2,25 V.

3. Tegangan antara rel dan kabel kontak jalur trem adalah 500 V. Empat lampu identik yang dihubungkan secara seri digunakan untuk penerangan. Untuk voltase berapa setiap lampu (Gbr. 3) harus dipilih?

Beras. 3.

Lampu yang identik memiliki resistansi yang sama di mana arus yang sama mengalir. Penurunan tegangan pada lampu juga akan sama. Artinya untuk setiap lampu akan ada 500: 4 = 125 V.

4. Dua lampu dengan daya 40 dan 60 W dengan tegangan nominal 220 V dihubungkan secara seri dan dihubungkan ke jaringan dengan tegangan 220 V. Berapa penurunan tegangan yang terjadi pada masing-masing lampu (Gbr. 4)?

Beras. 4.

Lampu pertama memiliki resistansi r1 = 1210 Ohm, dan lampu kedua r2 = 806,6 Ohm (dalam keadaan panas). Arus yang melewati lampu adalah I = U / (r1 + r2) = 220 / 2016.6 = 0.109 A.

Penurunan tegangan pada lampu pertama U1 = I ∙ r1 = 0,109 ∙ 1210 = 132 V.

Penurunan tegangan pada lampu kedua U2 = I ∙ r2 = 0,109 ∙ 806,6 = 88 V.

Lampu dengan resistansi yang lebih tinggi memiliki penurunan tegangan yang lebih besar dan sebaliknya. Filamen kedua lampu sangat lemah, tetapi lampu 40W sedikit lebih kuat dari lampu 60W.

5. Agar tegangan motor listrik D (Gbr. 5) sama dengan 220 V, tegangan pada awal saluran panjang (di pembangkit listrik) harus lebih dari 220 V nilainya penurunan tegangan (kerugian) on line. Semakin besar resistansi saluran dan arus di dalamnya, semakin besar penurunan tegangan di sepanjang saluran.

Beras. 5.

Dalam contoh kami, penurunan tegangan di setiap kabel saluran adalah 5 V. Maka tegangan di busbar pembangkit listrik harus sama dengan 230 V.

6. Konsumen diberi daya oleh baterai 80 V dengan arus 30 A. Untuk operasi normal konsumen, penurunan tegangan 3% pada kabel aluminium dengan penampang 16 mm2 diperbolehkan. Berapa jarak maksimum dari baterai ke pengguna?

Penurunan tegangan yang diizinkan pada saluran U = 3/100 ∙ 80 = 2,4 V.

Resistansi kabel dibatasi oleh penurunan tegangan yang diizinkan rpr = U / I = 2,4 / 30 = 0,08 Ohm.

Menggunakan rumus untuk menentukan resistansi, kami menghitung panjang kabel: r = ρ ∙ l / S, dari mana l = (r ∙ S) / ρ = (0,08 ∙ 16) / 0,029 = 44,1 m.

Jika pengguna berjarak 22 m dari baterai, tegangan di dalamnya akan kurang dari 80 V pada 3%, mis. sama dengan 77,6 V.

7. Sebuah saluran telegraf sepanjang 20 km terbuat dari kawat baja dengan diameter 3,5 mm. Jalur balik diganti dengan pentanahan melalui busbar logam. Resistansi transisi antara bus dan ground adalah rz = 50 Ohm.Berapa tegangan baterai pada awal saluran jika resistansi relai di ujung saluran adalah рп = 300 Ohm dan arus relai adalah I = 5 mA?

Beras. 6.

Diagram koneksi ditunjukkan pada gambar. 6. Ketika sakelar telegraf ditekan pada titik pengiriman sinyal, relai pada titik penerima di ujung saluran menarik angker K, yang pada gilirannya menyalakan koil perekam dengan kontaknya. Tegangan keluaran harus mengkompensasi penurunan tegangan pada saluran, relai penerima, dan resistansi transien busbar pentanahan: U = I ∙ rl + I ∙ rр + I ∙ 2 ∙ rр; U = I ∙ (rр + рр + 2 ∙ rр).

Tegangan sumber sama dengan produk arus dan resistansi total rangkaian.

Penampang kawat S = (π ∙ d ^ 2) / 4 = (π ∙ 3,5 ^ 2) / 4 = 9,6 mm2.

Resistansi garis rl = ρ ∙ l / S = 0,11 ∙ 20.000 / 9,6 = 229,2 ohm.

Hambatan yang dihasilkan r = 229,2 + 300 + 2 ∙ 50 = 629,2 Ohm.

Tegangan keluaran U = I ∙ r = 0,005 ∙ 629,2 = 3,146 V; U≈3.2 V.

Penurunan tegangan pada saluran selama aliran arus I = 0,005 A akan menjadi: Ul = I ∙ rl = 0,005 ∙ 229,2 = 1,146 V.

Penurunan tegangan yang relatif rendah pada saluran dicapai karena nilai arus yang rendah (5 mA). Oleh karena itu, pada titik penerima harus ada relai sensitif (penguat), yang dihidupkan dengan pulsa 5 mA yang lemah dan melalui kontaknya menghidupkan relai lain yang lebih kuat.

8. Berapa tinggi tegangan lampu pada rangkaian gbr. 28, ketika: a) mesin tidak dihidupkan; b) mesin hidup; c. mesin hidup.

Motor dan 20 lampu dihubungkan ke sumber listrik 110 V. Lampu dirancang untuk 110 V dan 40 W. Arus awal motor adalah Ip = 50 A dan arus pengenalnya In = 30 A.

Kawat tembaga yang diperkenalkan memiliki penampang 16 mm2 dan panjang 40 m.

Ara. 7 dan kondisi masalah, terlihat bahwa arus motor dan lampu menyebabkan tegangan saluran turun, sehingga tegangan beban akan kurang dari 110V.

Beras. 7.

U = 2 ∙ Ul + Ulamp.

Oleh karena itu tegangan pada lampu Ulamp = U-2 ∙ Ul.

Penting untuk menentukan penurunan tegangan pada saluran pada arus yang berbeda: Ul = I ∙ rl.

Ketahanan seluruh lini

2 ∙ rl = ρ ∙ (2 ∙ l) / S = 0,0178 ∙ (2 ∙ 40) / 16 = 0,089 Ohm.

Arus melewati semua lampu

20 ∙ Lampu = 20 ∙ 40/110 = 7,27 A.

Penurunan tegangan jaringan saat hanya lampu yang menyala (tidak ada motor),

2 ∙ Ul = Lampu ∙ 2 ∙ rl = 7,27 ∙ 0,089 = 0,65 V.

Tegangan pada lampu dalam hal ini adalah:

Ulamp = U-2 ∙ Ul = 110-0,65 = 109,35 V.

Saat menghidupkan mesin, lampu akan menyala lebih redup, karena penurunan tegangan di saluran lebih besar:

2 ∙ Ul = (Ilamp + Idv) ∙ 2 ∙ rl = (7,27 + 50) ∙ 0,089 = 57,27 ∙ 0,089 = 5,1 V.

Tegangan minimum lampu saat menghidupkan mesin adalah:

Ulamp = Uc-2, Ul = 110-5.1 = 104.9V.

Saat motor berjalan, penurunan tegangan pada saluran lebih kecil daripada saat motor dihidupkan, tetapi lebih besar daripada saat motor mati:

2 ∙ Ul = (Ilamp + Inom) ∙ 2 ∙ rl = (7,27 + 30) ∙ 0,089 = 37,27 ∙ 0,089 = 3,32 V.

Tegangan lampu selama operasi mesin normal adalah:

Ulamp = 110-3,32 = 106,68 V.

Bahkan sedikit penurunan tegangan lampu relatif terhadap nominal secara signifikan mempengaruhi kecerahan pencahayaan.