Arus, tegangan, daya: karakteristik dasar listrik

Listrik telah lama digunakan oleh manusia untuk memenuhi kebutuhannya, namun tidak terlihat, tidak dapat dirasakan oleh indra, sehingga sulit untuk dipahami. Untuk menyederhanakan penjelasan proses kelistrikan, mereka sering dibandingkan dengan karakteristik hidrolik dari fluida yang bergerak.

Misalnya, dia datang ke apartemen kami melalui kabel Energi listrik dari generator jarak jauh dan air keran dari pompa tekanan. Namun, sakelar mematikan lampu dan keran air yang tertutup mencegah air mengalir keluar dari keran. Untuk melakukan pekerjaan itu, Anda perlu menghidupkan sakelar dan membuka faucet.

Aliran elektron bebas yang diarahkan melalui kabel akan mengalir ke filamen bola lampu (arus listrik akan mengalir) yang akan memancarkan cahaya. Air yang keluar dari keran akan mengalir ke wastafel.

Analogi ini juga memungkinkan untuk memahami karakteristik kuantitatif, menghubungkan kekuatan arus dengan kecepatan pergerakan cairan dan memperkirakan parameter lainnya.

Tegangan listrik dibandingkan dengan potensi energi dari sumber cairan. Misalnya, peningkatan tekanan hidrolik dari pompa di dalam pipa akan menciptakan kecepatan tinggi pergerakan fluida, dan peningkatan voltase (atau perbedaan antara potensi fase - kabel input dan nol kerja - output) akan meningkatkan pijar bohlam, kekuatan radiasinya .

Resistansi sirkuit listrik dibandingkan dengan gaya pengereman aliran hidrolik. Laju aliran dipengaruhi oleh:

• viskositas cair;

• menyumbat dan mengubah penampang saluran. (Dalam hal keran air, posisi katup kontrol.)

Nilai hambatan listrik dipengaruhi oleh beberapa faktor:

• struktur zat yang menentukan keberadaan elektron bebas dalam konduktor dan pengaruhnya perlawanan; 

• luas penampang dan panjang konduktor arus;

• suhu.

Tenaga listrik juga dibandingkan dengan potensi energi aliran dalam hidrolika dan diperkirakan dari kerja yang dilakukan per satuan waktu. Kekuatan alat listrik dinyatakan oleh arus yang ditarik dan tegangan yang diberikan (untuk sirkuit AC dan DC).

Semua karakteristik listrik ini dipelajari oleh para ilmuwan terkenal yang memberikan definisi arus, tegangan, daya, hambatan, dan menjelaskan hubungan timbal balik di antara mereka dengan metode matematika.

Tabel berikut menunjukkan hubungan umum untuk rangkaian AC dan DC yang dapat digunakan untuk menganalisis kinerja rangkaian tertentu.

Mari kita lihat beberapa contoh penggunaannya.

Contoh 1. Cara menghitung hambatan dan daya

Misalkan Anda ingin memilih pembatas arus untuk menyalakan sirkuit penerangan. Kita mengetahui tegangan suplai jaringan on-board «U», sama dengan 24 volt dan konsumsi arus «I» sebesar 0,5 amp, yang tidak boleh dilampaui. Menurut ekspresi (9) hukum Ohm, kami menghitung resistansi «R». R = 24 / 0,5 = 48 ohm.

Sepintas, nilai resistor ditentukan. Namun, ini tidak cukup. Untuk operasi sema yang andal, perlu menghitung daya sesuai dengan konsumsi saat ini.

Menurut pengoperasian hukum Joule-Lenz, daya aktif «P» berbanding lurus dengan arus «I» yang melewati kawat dan tegangan yang diberikan «U» Hubungan ini dijelaskan oleh rumus (11) dalam tabel di bawah.

Kami menghitung: P = 24×0,5 = 12 W.

Kita mendapatkan nilai yang sama jika menggunakan rumus (10) atau (12).

Menghitung daya resistor dengan konsumsi saat ini menunjukkan bahwa dalam rangkaian yang dipilih perlu menggunakan resistansi 48 Ohm dan 12 W. Resistor dengan daya lebih rendah tidak akan menahan beban yang diberikan, ia akan memanas dan terbakar dengan arus waktu.

Contoh ini menunjukkan ketergantungan bagaimana arus beban dan tegangan jaringan mempengaruhi daya pengguna.

Contoh #2. Cara menghitung arus

Untuk sekelompok soket yang ditujukan untuk menyalakan peralatan listrik rumah tangga di dapur, perlu memilih pemutus sirkuit pelindung. Kekuatan perangkat menurut data paspor adalah 2.0, 1.5 dan 0.6 kW.

Menjawab. Apartemen menggunakan jaringan AC satu fasa 220 volt. Total daya semua perangkat yang terhubung untuk bekerja pada waktu yang sama adalah 2,0 + 1,5 + 0,6 = 4,1 kW = 4100 W.

Dengan menggunakan rumus (2), kami menentukan arus total kelompok konsumen: 4100/220 = 18,64 A.

Pemutus sirkuit pengenal terdekat memiliki tingkat trip 20 amp. Kami memilihnya. Mesin dengan nilai lebih rendah dari 16 A akan mati secara permanen karena kelebihan beban.

Perbedaan parameter rangkaian listrik pada arus bolak-balik

Jaringan fase tunggal

Saat menganalisis parameter peralatan listrik, perlu mempertimbangkan kekhasan operasinya di sirkuit arus bolak-balik, ketika, karena pengaruh frekuensi industri, beban kapasitif muncul di kapasitor (mereka menggeser vektor arus sebesar 90 derajat di depan vektor tegangan), dan di belitan koil - induktif (arus 90 derajat di belakang tegangan). Dalam teknik kelistrikan, mereka disebut beban reaktif... Bersama-sama mereka menciptakan kerugian daya reaktif «Q» yang tidak berguna.

Dengan beban aktif, tidak ada pergeseran fasa antara arus dan tegangan.

Dengan cara ini, komponen reaktif ditambahkan ke nilai aktif daya alat listrik di sirkuit arus bolak-balik, yang karenanya daya total meningkat, yang biasanya disebut penuh dan ditunjukkan dengan indeks «S».

Arus sinusoidal bolak-balik dalam jaringan fase tunggal

Arus listrik dan tegangan frekuensi bervariasi terhadap waktu secara sinusoidal. Dengan demikian, ada perubahan kekuasaan. Menentukan parameternya pada titik waktu yang berbeda tidak masuk akal. Oleh karena itu, nilai total (integrasi) dipilih untuk periode waktu tertentu, sebagai aturan, periode osilasi T.

Mengetahui perbedaan antara parameter rangkaian arus bolak-balik dan arus searah memungkinkan Anda menghitung dengan benar daya melalui arus dan tegangan dalam setiap kasus tertentu.

Jaringan tiga fase

Pada dasarnya, mereka terdiri dari tiga sirkuit fase tunggal yang identik, diimbangi relatif satu sama lain pada bidang kompleks sebesar 120 derajat. Mereka sedikit berbeda dalam beban di setiap fase, menggeser arus dari tegangan dengan sudut phi. Karena ketidakrataan ini, arus I0 tercipta di konduktor netral.

Arus bolak-balik sinusoidal dalam jaringan tiga fase

Tegangan pada sistem ini terdiri dari tegangan fasa (220 V) dan tegangan saluran (380 V).

Kekuatan perangkat arus tiga fase yang terhubung ke sirkuit adalah jumlah komponen di setiap fase. Itu diukur menggunakan perangkat khusus: wattmeters (komponen aktif) dan varmeters (reaktif). Dimungkinkan untuk menghitung konsumsi daya total perangkat arus tiga fase berdasarkan pengukuran wattmeter dan varmeter menggunakan rumus segitiga.

Ada juga metode pengukuran tidak langsung berdasarkan penggunaan voltmeter dan ammeter dengan perhitungan selanjutnya dari nilai yang diperoleh.

Anda juga dapat menghitung konsumsi arus total, mengetahui besarnya daya semu S. Untuk melakukan ini, cukup membaginya dengan nilai tegangan saluran.