Jak vypočítat příkon, proud a napětí: principy a příklady domácích výpočtů

Výpočet pro paralelní a sériové zapojení

Při výpočtu obvodu elektronického zařízení je často nutné zjistit výkon, který se uvolní na jednotlivém prvku. Pak je třeba určit, jaké napětí na něj dopadá, je-li zapojen sériově, nebo jaký proud teče, je-li zapojen paralelně, podívejme se na konkrétní případy.

Zde se I celkem rovná:

I=U/(R1+R2)=12/(10+10)=12/20=0,6

Celkový výkon:

P=UI=12*0,6=7,2 wattu

Na každém rezistoru R1 a R2, protože jejich odpor je stejný, klesne napětí o:

U=IR=0,6*10=6 voltů

A vydává:

P_{přes rezistor}=UI=6*0,6=3,6 wattu

Při paralelním zapojení do obvodu, jako je tento:

Nejprve vyhledejte I v každé větvi:

I₁=U/R₁=12/1=12 ampérů

I₂=U/R₂=12/2=6 ampérů

A přidělen na každý z nich:

P_R1=12*6=72 Watt

P_R2=12*12=144 Watt

Celkový výkon:

P=UI=12*(6+12)=216 wattů

Nebo tedy prostřednictvím celkového odporu:

R_celkem=(R₁*R₂)/( R₁+R₂)=(1*2)/(1+2)=2/3=0,66 Ohm

I=12/0,66=18 A

P=12*18=216 Watt

Všechny výpočty se shodovaly, takže zjištěné hodnoty jsou správné.

Výpočet proudu

Hodnota proudu se vypočítává na základě výkonu a je nutná ve fázi návrhu (plánování) obydlí - bytu, domu.

• Na hodnotě této hodnoty závisí volba přívodního kabelu (vodiče), kterým lze připojit elektrické spotřebiče k síti.
• Pokud znáte napětí v síti a celkové zatížení spotřebičů, můžete pomocí vzorce vypočítat velikost proudu, který bude muset procházet vodičem (vodičem, kabelem). Průřez vodiče se volí podle jeho hodnoty.

Pokud jsou známy elektrické spotřebiče v bytě nebo domě, je třeba provést jednoduché výpočty pro správnou instalaci napájecího obvodu.

Podobné výpočty se provádějí i pro výrobní účely: pro stanovení potřebného průřezu kabelů při připojování průmyslových zařízení (různých průmyslových elektromotorů a strojů).

PŘÍKLADY ÚKOLŮ

Část 1

1. Proud ve vodiči se zvýšil na dvojnásobek. Jak se změní množství tepla, které vznikne ve vodiči za jednotku času, pokud se odpor vodiče nezmění?

1) zvýšení o čtyřnásobek
2) o faktor 2
3) zvýšit o 2násobek
4) se snížil o čtyřnásobek

2. Délka cívky elektrického vařiče se zkrátila na polovinu. Jak se změní množství tepla vyprodukovaného v cívce za jednotku času, pokud se napětí v síti nezmění?

1) zvýšit čtyřikrát
2) snížené na polovinu
3) zvýšit o 2násobek
4) se sníží čtyřnásobně.

3. Rezistor \( R_1 \) je čtyřikrát menší než rezistor \( R_2 \). Průtok proudu v rezistoru 2

1) 4krát větší než odpor 1
2) 16krát větší než odpor 1
3) 4krát méně než u rezistoru 1
4) 16krát méně než u rezistoru 1

4. Odpor rezistoru \( R_1 \) je 3krát větší než odpor rezistoru \( R_2 \). Množství tepla, které by se uvolnilo v rezistoru 1

1) 3krát větší než u rezistoru 2
2) 9násobek odporu 2
3) 3krát méně než u rezistoru 2
4) 9krát méně než u rezistoru 2

5. Obvod je sestaven ze zdroje proudu, žárovky a tenkého železného drátu zapojeného do série. Žárovka bude svítit jasněji, pokud

1) vyměňte drát za tenčí
2) zkrácení délky drátu
3) vyměňte drát a žárovku
4) vyměňte železný drát za nichromový

6. Na obrázku je zobrazen sloupcový graf. Zobrazuje napětí na koncích dvou vodičů (1) a (2) se stejným odporem. Porovnejte hodnoty pracovního proudu \( A_1 \) a \( A_2 \) v těchto vodičích za stejný čas.

1) \( A_1=A_2 \)
2) \( A_1=3A_2 \)
3) \( 9A_1=A_2 \)
4) \( 3A_1=A_2 \)

7. Na obrázku je zobrazen sloupcový graf. Ukazuje hodnoty proudu ve dvou vodičích (1) a (2) se stejným odporem. Porovnejte hodnoty proudové práce \( A_1 \) a \( A_2 \) v těchto vodičích za stejný čas.

1) \( A_1=A_2 \)
2) \( A_1=3A_2 \)
3) \( 9A_1=A_2 \)
4) \( 3A_1=A_2 \)

8. Pokud je k osvětlení místnosti použit lustr o příkonu 60 W a 100 W, pak platí.

А. Vyšší proud bude mít 100wattová žárovka.
Б. 60wattová žárovka má větší odpor.

Následující tvrzení je správné (jsou správná)

1) pouze A
2) pouze B
3) A i B
4) ani A, ani B

9. Elektrický vařič připojený ke zdroji stejnosměrného proudu spotřebuje za 120 sekund 108 kJ energie. Jaký je proud v cívce vařiče, je-li její odpor 25 ohmů?

1) 36 А
2) 6 А
3) 2,16 А
4) 1,5 А

10. elektrická varná deska spotřebuje 1000 kJ energie při proudu 5 A. Za jakou dobu projde proud cívkou dlaždice, jestliže její odpor je 20 Ohmů?

1) 10000 с
2) 2000 с
3) 10 с
4) 2 с

11. poniklovaná cívka elektrického sporáku byla nahrazena nichromovou cívkou stejné délky a průřezu. Zjistěte soulad mezi fyzikálními veličinami a jejich možnými změnami při zapojení vařiče. Zapište vybraná čísla do tabulky pod odpovídající písmena. Čísla v odpovědi se mohou opakovat.

FYZIKÁLNÍ VELIČINA
A) elektrický odpor cívky
B) elektrický proud v cívce
B) elektrický proud absorbovaný vařičem

VZOR ZMĚNY
1) zvýšený
2) snížil
3) se nezměnil

12. Přiřaďte fyzikální veličiny ke vzorcům, podle kterých se tyto veličiny určují. Napište vybraná čísla pod odpovídající písmena v tabulce.

FYZIKÁLNÍ VELIČINY
A) současná práce
B) proud
B) proud

FORMULE
1) \( \frac{q}{t} \)
2) \( qU \)
3) \(\frac{RS}{L} \)
4) \( UI \)
5) \(\frac{U}{I} \)

Část 2

13. Do obvodu s napětím 220 V je sériově zapojeno topné těleso s reostatem o odporu 7,5 ohmů. Jaký je odpor topného tělesa, je-li elektrický výkon reostatu 480 W?

Celkový výkon a jeho složky

Elektrický výkon je veličina, která odpovídá za rychlost změny nebo přenosu elektrické energie. Označuje se písmenem S a je součinem efektivních hodnot proudu a napětí. Jeho měrnou jednotkou je voltampér (V-A; V-A).

Celkový výkon se skládá ze dvou složek: činného výkonu (P) a jalového výkonu (Q).

Činný výkon se měří ve wattech (W; W), jalový výkon ve wattech (Var).

Záleží na tom, jaký typ zátěže je zahrnut do obvodu spotřeby energie.

Aktivní zatížení

Tento typ zátěže je prvek, který klade elektrickému proudu odpor. Proud tak ohřívá zátěž a přeměňuje elektřinu na teplo. Je-li k baterii sériově připojen rezistor s libovolným odporem, proud tekoucí v uzavřeném obvodu bude baterii zahřívat, dokud se nevybije.

Varování. Jako aktivní zátěž ve střídavých sítích lze uvést příklad elektrického topného tělesa (TEN). Teplo, které na něm vzniká, je výsledkem elektřiny.

Mezi takové spotřebiče patří také spirály žárovek, elektrické sporáky, trouby, žehličky a kotle.

Kapacitní zatížení

Kapacitní zátěže jsou spotřebiče, které mohou uchovávat energii v elektrických polích a vytvářet tok energie ze zdroje do zátěže a zpět. Jako kapacitní zátěž slouží kondenzátory, kabelová vedení (kapacita mezi jádry), sériově a paralelně zapojené kondenzátory a induktory. Zvukové zesilovače, synchronní elektromotory v přebuzeném režimu také zatěžují vedení kapacitní složkou.

Induktivní zátěže

Pokud je spotřebitelem elektřiny určité zařízení, včetně:

• transformátory;
• Třífázové asynchronní motory, čerpadla.

Na výrobních štítcích připojených k zařízení je uvedena charakteristika cos ϕ. Jedná se o faktor fázového posunu mezi proudem a napětím ve střídavé síti, ke které bude zařízení připojeno. Říká se mu také účiník; čím více se cos ϕ blíží jedné, tím lépe.

Důležité: Pokud zařízení obsahuje induktivní nebo kapacitní součásti, jako jsou transformátory, tlumivky, vinutí, kondenzátory, sinusový proud se opožďuje za napětím o určitý úhel. V ideálním případě zajišťuje kapacita fázový posun -900 a indukčnost fázový posun +900.

Hodnoty cos ϕ v závislosti na typu zatížení

Kapacitní a induktivní složky se spojují a vytvářejí jalový výkon. Vzorec pro celkový výkon je pak následující

S = √ (P2 + Q2),

kde:

• S je celkový výkon (VA);
• P - aktivní část (W);
• Q - reaktivní část (Var).

Pokud si to zobrazíte graficky, pak vidíte, že vektorový součet P a Q bude celková hodnota S - přepony mocninného trojúhelníku.

Grafické vysvětlení povahy celkového výkonu

Elektrické obvody a jejich odrůdy

Elektrický obvod je komplex zařízení a jednotlivých objektů, které jsou určitým způsobem propojeny. Poskytují cestu pro průchod elektrického proudu. Určitá fyzikální veličina se používá k popisu poměru náboje, který proteče každým jednotlivým vodičem za určitý čas, k délce trvání tohoto času. A to je proud v elektrickém obvodu.

Takový obvod zahrnuje zdroj energie, spotřebiče energie, tj. zátěž, a vodiče. Dělí se na dva druhy:

• Nerozvětvený - proud, který se pohybuje od generátoru ke spotřebiči energie, nemění svou hodnotu. Jedná se například o osvětlení, které obsahuje pouze jednu žárovku.
• Rozvětvené - obvody, které mají některé větve. Proud, který vychází ze zdroje, se rozdělí a jde do zátěže po několika větvích. Přitom se mění jeho hodnota.

Příkladem může být osvětlení, které zahrnuje víceramenný lustr.

Větev je jedna nebo více součástek zapojených do série. Proud teče z uzlu s vysokým napětím do uzlu s nejnižším napětím. Vstupní proud v uzlu je stejný jako výstupní proud.

Obvody mohou být nelineární a lineární. Zatímco u prvních je jeden nebo více prvků, u kterých existuje závislost hodnot na proudu a napětí, u druhých taková závislost neexistuje. Navíc v obvodech charakterizovaných stejnosměrným proudem se jeho směr nemění, zatímco v případě střídavého proudu se mění s časovým parametrem .

Charakteristika

Střídavý proud protéká obvodem a mění svůj směr s velikostí. Vytváří magnetické pole. Proto se často označuje jako periodický sinusový střídavý proud. Podle zákona křivky se její velikost mění v určitém časovém intervalu. Proto se nazývá sinusoida. Má své vlastní parametry. Z důležitých stojí za zmínku perioda s frekvencí, amplituda a okamžitá hodnota.

Perioda je doba, po kterou se elektrický proud mění a poté se opět opakuje. Frekvence je perioda proudu za sekundu. Měří se v hertzích, kilohertzích a milihertzích.

Amplituda - maximální hodnota proudu s napětím a účinností proudění za celou dobu. Okamžitá hodnota - střídavý proud nebo napětí vyskytující se v určitém čase.

Charakteristiky střídavého proudu

Pro střídavý proud

U obvodu střídavého proudu je však nutné uvažovat celkový, činný a jalový výkon a účiník (cosPh). V tomto článku jsme se všemi těmito pojmy zabývali podrobněji.

Je třeba pouze poznamenat, že pro zjištění celkového výkonu v jednofázovém obvodu je třeba vynásobit proud a napětí:

S=UI

Výsledek se získá ve voltampérech, pro určení činného výkonu (ve wattech) je třeba S vynásobit koeficientem cosPh. Tuto informaci naleznete v technické dokumentaci zařízení.

P=UIcosF

Pro určení jalového výkonu (jalových voltampérů) použijte ѕinF místo cosF.

Q=UIsinF

Nebo vyjádřeno tímto výrazem:

A odtud vypočítejte hledanou hodnotu.

Zjištění výkonu v třífázové síti je také snadné, použijte vzorec pro výpočet S (celkem) pomocí proudu a fázového napětí:

S=3U_ф/_ф

Znát U lineární:

S=1,73*U_лI_л

1,73 nebo odmocnina ze 3 - tato hodnota se používá pro výpočet třífázových obvodů.

Pak analogicky najděte P aktivní:

P=3U_ф/_ф*cof=1,73*U_лI_л*coSF

Jalový výkon lze určit:

Q=3U_ф/_ф*sinF=1,73*U_лI_л*sinF

Tím končíme teoretické informace a přecházíme k praxi.

1. Kalkulačka pro výpočet ztrátového výkonu a proudu v závislosti na odporu a přiloženém napětí.

Ukázka Ohmova zákona v reálném čase.
Pro informaci
V tomto příkladu můžete zvýšit napětí a odpor obvodu. Tyto změny v reálném čase změní proud tekoucí v obvodu a výkon odváděný z odporu.
Pokud se zabýváte audio systémy, měli byste si uvědomit, že zesilovač dodává určité napětí do určité zátěže (impedance). Poměr těchto dvou veličin určuje výkon.
Zesilovač může dodávat omezené množství napětí v závislosti na svém vnitřním napájení a zdroji proudu. Stejně tak je přesně omezen výkon, který může zesilovač dodat dané zátěži (například 4 ohmy).
Chcete-li získat větší výkon, můžete k zesilovači připojit zátěž s nižší impedancí (např. 2 ohmy). Všimněte si, že pokud použijete zátěž s dvojnásobnou impedancí (ze 4 ohmů na 2 ohmy), výkon se také zdvojnásobí (za předpokladu, že interní napájecí zdroj a zdroj proudu mohou tento výkon dodat).
Vezmeme-li například monofonní zesilovač o výkonu 100 wattů do zátěže 4 ohmy, víme, že do zátěže nemůže dodat více než 20 voltů.
Pokud na naši kalkulačku umístíte posuvníky.
Napětí je 20 V.
Odpor je 4 ohmy.
Získáte
Výkon 100 wattů.
 
Pokud posuvník odporu posunete o 2 ohmy, výkon se zdvojnásobí na 200 wattů.
V obecném příkladu je zdrojem proudu baterie (nikoli zesilovač), ale vztahy mezi proudem, napětím, odporem a impedancí jsou ve všech obvodech stejné.
 

Výpočet elektrických obvodů

Všechny vzorce používané pro výpočet elektrických obvodů jsou odvozeny jeden od druhého.

Vztahy elektrických charakteristik

Například k výpočtu proudu lze použít vzorec pro výpočet výkonu, pokud jsou známy hodnoty P a U.

Abychom věděli, jaký proud bude odebírat žehlička (1100 W) zapojená do obvodu 220 V, musíme vyjádřit proud ve vzorci pro výkon:

I = P/U = 1100/220 = 5 A.

Znáte-li vypočtený odpor cívky elektrického sporáku, můžete zjistit P spotřebiče. Výkon přes odpor se zjistí podle vzorce:

P = U2/R.

Existuje několik metod výpočtu různých parametrů daného obvodu.

Výpočtové metody pro elektrické obvody

Výpočet výkonu pro obvody různých druhů pomáhá správně posoudit stav napájecích vedení. Domácí a průmyslové spotřebiče vybrané podle uvedených parametrů Pnom a S budou spolehlivě fungovat a vydrží maximální zatížení po mnoho let.

Jak ušetřit peníze

Instalací dvoutarifního elektroměru lze ušetřit náklady na vytápění elektřinou. Moskevské tarify pro byty a domy vybavené pevnými elektrickými topnými jednotkami rozlišují dva náklady:

1. 4,65 p od 7:00 do 23:00.
2. 1,26 p od 23:00 do 7:00.

Pak utratíte za předpokladu, že provozujete 9kW elektrický kotel na třetinu jeho výkonu 24 hodin denně:

9*0,3*12*4,65 + 9*0,3*12*1,26 = 150 + 40 = 190 rublů

Rozdíl v denní spotřebě je 80 rublů. Za měsíc ušetříte 2400 rublů. To odůvodňuje instalaci dvoutarifního měřiče.

Druhým způsobem, jak ušetřit peníze při použití dvoutarifního elektroměru, je použití automatických zařízení pro regulaci spotřebičů. Spočívá v umístění špičkové spotřeby elektrokotle, bojleru apod. na noc, pak se většina elektřiny bude účtovat za 1,26 místo 4,65. Když jste v práci, může se kotel buď zcela vypnout, nebo pracovat se sníženým výkonem, například na 10 % výkonu. Pro automatizaci provozu elektrického kotle můžete použít programovatelné digitální termostaty nebo programovatelné kotle.

Na závěr je třeba poznamenat, že vytápění domu elektřinou je poměrně nákladné bez ohledu na konkrétní způsob, ať už se jedná o elektrický kotel, konvektor nebo jiné elektrické topení. Přichází v úvahu pouze v případě, že není možnost připojení na plyn. Kromě nákladů na provoz elektrického kotle jsou zde také počáteční náklady na zajištění třífázové elektrické přípojky.

Hlavní potíže jsou:

• příprava souboru dokumentů, včetně specifikací, návrhu elektrického projektu atd;
• Uspořádání uzemnění;
• náklady na kabel pro připojení domu a nové rozvody;
• instalace měřiče.

Navíc vám může být odmítnuta třífázová přípojka a zvýšená kapacita, pokud ve vaší oblasti není taková technická možnost, když je již TS v provozu na maximální kapacitu. Výběr kotle a typu vytápění závisí nejen na tom, co chcete, ale také na možnostech infrastruktury.

Tím náš krátký článek končí. Nyní je vám jasné, jaká je skutečná spotřeba energie elektrického kotle a jak můžete snížit náklady na vytápění domu elektřinou.

Počet bloků: 18 | Celkový počet znaků: 24761
Počet použitých dárců: 7
Informace o každém dárci:

Změna odporu:

Na následujícím obrázku je vidět rozdíl v odporu mezi systémy zobrazenými na pravé a levé straně obrázku. Odpor tlaku vody v kohoutku je vyvažován šoupátkem, v závislosti na stupni otevření ventilu se odpor mění.

Odpor ve vodiči se projevuje zúžením vodiče, čím je vodič užší, tím více působí proti průchodu proudu.

Všimněte si, že na pravé i levé straně diagramu jsou napětí a tlak vody stejné.

Je třeba věnovat pozornost nejdůležitějšímu faktu. V závislosti na odporu se proud zvyšuje a snižuje.

Intenzita proudu se zvyšuje a snižuje v závislosti na odporu.

Vlevo při plně otevřeném šoupátku je vidět nejvyšší průtok vody. A při nejnižším odporu vidíme největší tok elektronů (proud) ve vodiči.

Vpravo je brána mnohem více zavřená a průtok vody je také mnohem vyšší.

Odpor vodiče se rovněž snížil na polovinu, což znamená, že odpor proti průtoku proudu se zdvojnásobil. Jak vidíme, vodičem protéká kvůli vysokému odporu o polovinu méně elektronů.

Pro informaci

Všimněte si, že zúžení vodiče znázorněné na obrázku slouží pouze jako příklad odporu proti průtoku proudu. V reálném životě má zúžení vodiče jen malý vliv na tok proudu.

Mnohem větší odpor mohou klást polovodiče a dielektrika.

Zúžení vodiče v obvodu je uvedeno pouze jako příklad pro pochopení procesu.

I = E/R
Jak vidíte ze vzorce, proud je nepřímo úměrný odporu obvodu.

Větší odpor = menší proud
 

Vyšší odpor se rovná nižšímu proudu * pokud je napětí konstantní.
 

Použijte vzorce

Tento úhel charakterizuje fázový posun ve střídavém U obvodu, který obsahuje induktivní a kapacitní prvky. Pro výpočet činné a jalové složky se používají trigonometrické funkce použité ve vzorcích. Před výpočtem výsledku pomocí těchto vzorců je třeba určit hodnoty sin φ a cos φ pomocí kalkulaček nebo Bradisových tabulek. Poté pomocí vzorců

Vypočítám požadovaný parametr elektrického obvodu. Je však třeba vzít v úvahu, že každý z parametrů vypočtených podle těchto vzorců může vzhledem k U, které se neustále mění podle zákonů harmonických kmitů, nabývat buď okamžité, nebo efektivní hodnoty, nebo mezihodnoty. Tři výše uvedené vzorce platí pro efektivní hodnoty elektrického proudu a U. Každá z dalších dvou hodnot je výsledkem výpočtu podle jiného vzorce, který zohledňuje časový průběh t:

Nejde však o všechny nuance. Například pro elektrická vedení se používají vzorce, které zahrnují vlnové procesy. A vypadají jinak. Ale to je úplně jiný příběh...

Pro střídavý proud

U obvodu střídavého proudu je však třeba vzít v úvahu celkový, činný a jalový výkon a účiník (cosPh). Podrobněji jsme se všemi těmito pojmy zabývali v tomto článku.

Poznamenejme jen, že pro zjištění celkového výkonu v jednofázové síti pomocí proudu a napětí je třeba je vynásobit:

S=UI

Výsledek bude ve voltampérech, pro zjištění činného výkonu (ve wattech) vynásobte S koeficientem cosPhi. Tyto informace naleznete v technické dokumentaci zařízení.

P=UIcosF

Pro určení jalového výkonu (jalových voltampérů) použijte ѕinF místo cosF.

Q=UIsinF

Nebo vyjádřeno tímto výrazem:

A odtud vypočítejte hledanou hodnotu.

Zjištění výkonu v třífázové síti je také snadné, použijte vzorec pro výpočet S (celkem) podle proudu a fázového napětí:

A znalost U-linie:

1,73 nebo odmocnina ze 3 - tato hodnota se používá pro výpočet třífázových obvodů.

Pak analogicky najděte P aktivní:

Jalový výkon lze určit:

Tím končíme teoretické informace a přecházíme k praxi.

Otázky o práci a síle elektřiny

Teoretické otázky týkající se práce a výkonu elektrického proudu mohou být následující:

1. Jaká je fyzikální veličina práce elektrického proudu? (Odpověď je uvedena v našem článku výše).
2. Jaká je síla elektrického proudu? (Odpověď uvedena výše).
3. Uveďte definici Jouleova-Lenzova zákona. Odpověď: Práce elektrického proudu protékajícího pevným vodičem, který má odpor R, se ve vodiči přemění na teplo.
4. V čem se měří práce proudu? (Odpověď výše).
5. V čem se měří výkon? (Odpověď výše).

Toto je vzorový seznam otázek. Podstata teoretických otázek ve fyzice je vždy stejná: ověřit pochopení fyzikálních procesů, vztah jedné veličiny k druhé, znalost vzorců a jednotek měření přijatých v mezinárodní soustavě SI.

Zajímavá fakta k tomuto tématu

Ve výrobě se používají třífázové napájecí obvody. Celkové napětí takové sítě je 380 V. Tyto rozvody se také instalují ve vícepodlažních budovách a poté se rozvádějí do bytů. Existuje však jedna nuance, která ovlivňuje konečné napětí v síti - připojení jader pod napětím v důsledku dává 220 V. Třífázový proud, na rozdíl od jednofázového, nezpůsobuje zkreslení při připojování napájecích zařízení, protože zátěž je v rozváděči rozložena. Třífázová přípojka k soukromému domu však vyžaduje zvláštní povolení, takže se běžně používá dvoužilové uspořádání, z nichž jedno je nulové.

Standardy napájení ze střídavé sítě

Napětí a napájení musí znát každý obyvatel bytu nebo rodinného domu. Standardní napětí střídavé sítě v bytě nebo v soukromém domě se vyjadřuje číslem 220 a 380 wattů. Pro vyčíslení síly elektrické energie je nutné k napětí přičíst elektrický proud nebo změřit požadovanou hodnotu pomocí wattmetru. K měření pomocí wattmetru je třeba použít stylusy a speciální programy.

Co je to střídavé napájení

Výkon střídavého proudu je definován jako poměr množství proudu k množství času, který je vyroben za určitý časový úsek. Průměrný uživatel používá údaj o příkonu, který mu sdělil jeho dodavatel elektřiny. Obvykle je to 5 až 12 kilowattů. Tyto údaje jsou dostatečné pro zajištění výkonu nezbytných domácích elektrických zařízení.

Tento údaj závisí na vnějších podmínkách napájení domu, na proudových omezovačích (automatických nebo poloautomatických), které regulují časování výkonových kapacit zdroje energie spotřebiče. To se provádí na různých úrovních, od domovního elektrického rozvaděče až po centrální rozvodné zařízení.

Regulace kapacity v síti střídavého proudu

Metoda převodu obvodů

Jak mohu určit intenzitu proudu v jednotlivých obvodech ve složitých obvodech? Pro řešení praktických problémů není vždy nutné specifikovat elektrické hodnoty u každé součásti. Pro zjednodušení výpočtů se používají převodní metody.

Výpočet obvodu s jedním napájecím zdrojem

Při sériovém zapojení se elektrické odpory uvedené v příkladu sčítají:

Rack = R1 + R2 + ... + Rn.

Proud v obvodu je v každém bodě obvodu stejný. Lze ji zkontrolovat na přerušení ve zkušební části pomocí multimetru. Každý jednotlivý prvek (s různými jmenovitými hodnotami) však bude vykazovat jiné napětí. Podle druhý Kirchhoffův zákon je možné objasnit výsledek výpočtu:

E = Ur1 + Ur2 + Urn.

Paralelní zapojení rezistorů, obvodů a vzorce pro výpočty

V této verzi jsou v plném souladu s prvním Kirchhoffovým postulátem proudy odděleny a propojeny ve vstupním a výstupním uzlu. Směr znázorněný v obvodu závisí na polaritě připojené baterie. Podle výše uvedených principů je zachováno základní určení rovnosti napětí na jednotlivých součástech obvodu.

Následující příklad ukazuje, jak zjistit proud v jednotlivých větvích. Pro výpočet se berou následující počáteční hodnoty:

• R1 = 10 ohmů;
• R2 = 20 Ohm;
• R3 = 15 ohmů;
• U = 12 V.

K určení charakteristik obvodu se použije následující algoritmus:

základní vzorec pro tři prvky:

Rcomm = R1*R2*R3/(R1*R2 + R2*R3 + R1*R3.

• Nahrazením údajů vypočítáme Robsc = 10 * 20 * 15 / (10 * 20 + 20 * 15 + 10 * 15) = 3000 / (200 + 300 + 150) = 4,615 Ohm;
• I = 12/ 4,615 ≈ 2,6 A;
• I1 = 12/ 10 = 1,2 A;
• I2 = 12/20 = 0,6A;
• I3 = 12/15 = 0,8 A.

Stejně jako v předchozím příkladu se doporučuje zkontrolovat výsledek výpočtu. Pokud jsou součásti zapojeny paralelně, je třeba dodržet rovnost vstupních proudů a celkové hodnoty:

I = 1,2 + 0,6 + 0,8 = 2,6A.

Pokud se použije sinusový zdrojový signál, jsou výpočty složitější. Pokud je transformátor zapojen do jednofázové zásuvky 220 V, je třeba počítat se ztrátami (únikem) při provozu naprázdno. V tomto případě jsou podstatné indukční charakteristiky vinutí a vazební (transformační) činitel. Elektrický odpor (XL) závisí na následujících parametrech:

• frekvence signálu (f);
• indukčnost (L).

XL se vypočítá podle vzorce:

XL = 2π * f * L.

Pro zjištění odporu kapacitní zátěže se hodí výraz:

Xc = 1/ 2π * f * C.

Mějte na paměti, že v obvodech s jalovou složkou jsou fáze proudu a napětí posunuty.

Výpočet rozvětveného víceenergetického obvodu

Výše uvedené principy se používají k výpočtu charakteristik složitých obvodů. Následující příklad ukazuje, jak zjistit proud v obvodu se dvěma zdroji:

• označit komponenty a základní parametry ve všech obvodech;
• sestavte rovnice pro jednotlivé uzly: a) I1-I2-I3=0, b) I2-I4+I5=0, c) I4-I5+I6=0;
• Podle druhého Kirchhoffova postulátu můžeme pro obvody napsat následující výrazy: I) E1=R1 (R01+R1)+I3*R3, II) 0=I2*R2+I4*R4+I6*R7+I3*R3, III) -E2=I5*(R02+R5+R6)-I4*R4.
• kontrola: d) I3+I6-I1=0, E1-E2=I1*(r01+R1)+I2*R2-I5*(R02+R5+R6)+I6*R7.

Vysvětlující diagram pro výpočet dvojího zdroje

Výpočet proudu pro jednofázovou síť

Proud se měří v ampérech. Pro výpočet výkonu a napětí se používá vzorec I = P/U, kde P je výkon nebo celková elektrická zátěž měřená ve wattech. Tento parametr musí být zaznamenán v datovém listu zařízení. U je napětí počítané sítě měřené ve voltech.

Vztah mezi proudem a napětím je zřetelně vidět v tabulce:

Elektrické přístroje a zařízení	Spotřeba energie (kW)	Ampér (A)
Pračky	2,0 – 2,5	9,0 – 11,4
Elektrické sporáky	4,5 – 8,5	20,5 – 38,6
Mikrovlnné trouby	0,9 – 1,3	4,1 – 5,9
Pračky	2,0 – 2,5	9,0 – 11,4
Chladničky, mrazničky	0,14 – 0,3	0,6 – 1,4
Elektrické podlahové vytápění	0,8 – 1,4	3,6 – 6,4
Elektrický mlýnek na maso	1,1 – 1,2	5,0 – 5,5
Rychlovarná konvice	1,8 – 2,0	8,4 – 9,0

Vztah mezi výkonem a proudem tak umožňuje provádět apriorní výpočty pro jednofázové síťové zátěže. Tabulka dimenzování vám pomůže zvolit požadovanou plochu průřezu vodiče v závislosti na parametrech.

Průměr jádra vodiče (mm)	Průřez vodičů (mm2)	Měděné vodiče	Hliníkové vodiče
Ampér (A)	Výkon (kW)	Výkon (A)	Výkon (kW)
0,8	0,5	6	1,3
0,98	0,75	10	2,2
1,13	1,0	14	3,1
1,38	1,5	15	3,3	10	2,2
1,6	2,0	19	4,2	14	3,1
1,78	2,5	21	4.6	16	3,5
2,26	4,0	27	5,9	21	4,6
2,76	6,0	34	7,5	26	5,7
3,57	10,0	50	11,0	38	8,4
4,51	16,0	80	17,6	55	12,1
5,64	25,0	100	22,0	65	14,3

Závěr

Jak vidíte, není příliš obtížné zjistit výkon v obvodu nebo jeho části, ať už se jedná o stejnosměrný nebo střídavý proud. Důležitější je správně určit celkový odpor, proud a napětí.

Tyto znalosti jsou také dobré pro určení jmenovitého příkonu obvodu a pro výběr vhodných prvků, jako jsou rezistory, kabely a velikosti transformátorů. Při výpočtu plné hodnoty S je také třeba dávat pozor, abyste mohli vypočítat kořenový faktor. Sluší se jen dodat, že když platíme účty za energie, platíme za kilowatthodiny neboli kWh, které se rovnají množství energie spotřebované za určité období. Například když na půl hodiny zapojíte 2 kW topení, elektroměr vám bude účtovat 1 kWh a 2 kWh za hodinu a tak dále stejným způsobem.

Na závěr doporučujeme shlédnout užitečné video k tématu článku:

Přečtěte si také:

• Jak vypočítat spotřebu energie spotřebičů
• Jak vypočítat průřezy kabelů
• Označování rezistorů podle výkonu a odporu

Shrnutí lekce

V této lekci jsme se zabývali různými úlohami na smíšený odpor vodičů a výpočty elektrických obvodů.