Как найти входной ток
Перейти к содержимому

Как найти входной ток

  • автор:

Расчет простых цепей постоянного тока

В электротехнике принято считать, что простая цепь – это цепь, которая сводится к цепи с одним источником и одним эквивалентным сопротивлением. Свернуть цепь можно с помощью эквивалентных преобразований последовательного, параллельного и смешанного соединений. Исключением служат цепи, содержащие более сложные соединения звездой и треугольником. Расчет цепей постоянного тока производится с помощью закона Ома и Кирхгофа.

Пример 1

Два резистора подключены к источнику постоянного напряжения 50 В, с внутренним сопротивлением r= 0,5 Ом. Сопротивления резисторов R1 = 20 и R2 = 32 Ом. Определить ток в цепи и напряжения на резисторах.

Схема простой электрической цепи

Так как резисторы подключены последовательно, эквивалентное сопротивление будет равно их сумме. Зная его, воспользуемся законом Ома для полной цепи, чтобы найти ток в цепи.

Формула 1

Теперь зная ток в цепи, можно определить падения напряжений на каждом из резисторов.

Формула 2

Проверить правильность решения можно несколькими способами. Например, с помощью закона Кирхгофа, который гласит, что сумма ЭДС в контуре равна сумме напряжений в нем.

Формула 3

Но с помощью закона Кирхгофа удобно проверять простые цепи, имеющие один контур. Более удобным способом проверки является баланс мощностей.

В цепи должен соблюдаться баланс мощностей, то есть энергия отданная источниками должна быть равна энергии полученной приемниками.

Формула 4

Мощность источника определяется как произведение ЭДС на ток, а мощность полученная приемником как произведение падения напряжения на ток.

Формула 5

Преимущество проверки балансом мощностей в том, что не нужно составлять сложных громоздких уравнений на основании законов Кирхгофа, достаточно знать ЭДС, напряжения и токи в цепи.

Пример 2

Общий ток цепи, содержащей два соединенных параллельно резистора R1=70 Ом и R2=90 Ом, равен 500 мА. Определить токи в каждом из резисторов.

Схема для примера 2

Два последовательно соединенных резистора ничто иное, как делитель тока. Определить токи, протекающие через каждый резистор можно с помощью формулы делителя, при этом напряжение в цепи нам не нужно знать, потребуется лишь общий ток и сопротивления резисторов.

Формула 6

Токи в резисторах

В данном случае удобно проверить задачу с помощью первого закона Кирхгофа, согласно которому сумма токов сходящихся, в узле равна нулю.

Формула 7

Если у вас возникли затруднения, прочтите статью законы Кирхгофа.

Если вы не помните формулу делителя тока, то можно решить задачу другим способом. Для этого необходимо найти напряжение в цепи, которое будет общим для обоих резисторов, так как соединение параллельное. Для того чтобы его найти, нужно сначала рассчитать сопротивление цепи

Формула 8

А затем напряжение

Формула 9

Зная напряжения, найдем токи, протекающие через резисторы

Формула 10

Как видите, токи получились теми же.

Пример 3

В электрической цепи, изображенной на схеме R1=50 Ом, R2=180 Ом, R3=220 Ом. Найти мощность, выделяемую на резисторе R1, ток через резистор R2, напряжение на резисторе R3, если известно, что напряжение на зажимах цепи 100 В.

Схема для примера 3

Чтобы рассчитать мощность постоянного тока, выделяемую на резисторе R1, необходимо определить ток I1, который является общим для всей цепи. Зная напряжение на зажимах и эквивалентное сопротивление цепи, можно его найти.

Эквивалентное сопротивление и ток в цепи

Формула 11

Отсюда мощность, выделяемая на R 1

Ток I2 определим с помощью формулы делителя тока, учитывая, что ток I1 для этого делителя является общим

Формула 13

Так как, напряжение при параллельном соединении резисторов одинаковое, найдем U3, как напряжение на резисторе R2

Формула 14

Таким образом производится расчет простых цепей постоянного тока.

Как найти входной ток

Знать максимальный входной ток источника питания полезно при выборе требований к электросети, аварийного выключателя, кабеля питания переменного тока, разъемов и даже изолирующего трансформатора в плавучих блоках. Рассчитать максимальную силу входного тока довольно просто, зная несколько основных параметров и простых математических действий.

Номинальная мощность источника питания высокого напряжения
Для всех источников питания компании Spellman указана номинальная максимальная мощность в ваттах. Это первый нужный нам параметр; получить его можно из техпаспорта изделия. У большей части источников питания компании Spellman максимальная номинальная мощность указана в номере модели. Например, SL30P300/115 — источник питания напряжением 30 кВ с положительной полярностью и максимальной мощностью 300 Вт, работающий от входного напряжения переменного тока 115 В.

КПД источника питания
КПД источника питания — отношение мощности на входе к мощности на выходе. КПД обычно указывается в процентном виде или в виде десятичной дроби меньше 1, например, 80 % или 0,8. Чтобы узнать входную мощность, поделим максимальную выходную мощность на КПД:

300 Вт / 0,8 = 375 Вт

Коэффициент мощности
Коэффициент мощности — отношение реальной мощности к фиксируемой. Обычно он выражается в виде десятичной дроби меньше 1. Реальная мощность указывается в ваттах, а фиксируемая — в вольт-амперах (ВА). У однофазных импульсных источников питания без коррекции коэффициент мощности обычно довольно низок, например, 0,65. Импульсные источники питания без коррекции обладают более высоким коэффициентом мощности, например, 0,85. Блоки питания с активной коррекцией коэффициента мощности могут обладать очень высоким коэффициентом мощности, к примеру, 0,98. В приведенном выше примере используется источник питания без коррекции с питанием от однофазной линии, таким образом:

375 Вт / 0,65 = 577 ВА

Напряжение на входе
Нам необходимо знать входное напряжение переменного тока, для которого предназначен источник питания. В приведенном выше примере оно составляет 115 В. Это номинальное напряжение, в реальности оно указывается с допуском ±10 %. Чтобы предусмотреть наихудший случай с низким напряжением в сети, отнимем 10 %:

115 В – 10 % = 103,5 В

Максимальная сила переменного тока на входе
Взяв 577 ВА и разделив ее на 103,5 В, получаем:

577 ВА / 103,5 В = 5,57 А

Если напряжение на входе однофазное, наш ответ — 5,57 А.

Трехфазное входное напряжение
Источники питания с трехфазным напряжением на входе обладают более высоким коэффициент мощности, чем однофазные. Кроме того, по причине наличия трех фаз, питающих источник, фазовая сила тока будет меньшей. Чтобы узнать силу тока одной фазы, поделим рассчитанную нами силу тока на входе на √3 (1,73).

Рассчитаем данные для следующего примера: STR10N6/208. Из технического паспорта STR узнаем, что максимальная мощность — 6000 Вт, КПД 90 %, а коэффициент мощности 0,85. И хотя STR в силу своей конструкции будет работать с напряжением до 180 В переменного тока, в данном примере его питание будет поступать от трехфазной сети 208 В. Максимальную силу входного тока на одну фазу получаем следующим образом:

КПД источника питания:
6000 Вт / 0,9 = 6666 Вт

Коэффициент мощности:
6666 Вт / 0,85 = 7843 ВА

Напряжение на входе:
208 В – 10 % = 187 В

Максимальная сила переменного тока на входе:
7843 ВА / 187 В = 41,94 А (если бы сеть была однофазной)

Пересчет для трех фаз на входе:
41,94 А / √3 (1,73) = 24,21 А на фазу

Таким образом, у нас есть два уравнения, одно для однофазного и одно для трехфазного напряжения на входе:

Уравнение для максимальной силы однофазного входного тока
Входной ток = максимальная мощность/(КПД)(коэффициент мощности)(максимальное входное напряжение)

Уравнение для максимальной силы трехфазного входного тока
Входной ток = максимальная мощность/(КПД)(коэффициент мощности)(максимальное входное напряжение)(√3)

Данные расчеты входного тока предусматривают наихудший случай, исходя из того, что источник питания работает на максимальной мощности с низким напряжением в линии, а также с учетом КПД и коэффициента мощности.

Как определить силу тока в резисторе при разных типах соединения

telegram youtube vk rutube

Один из способов определения силы тока в резисторе – это ее прямое измерение мультиметром. Измерения следует проводить в разрыве цепи после резистора следующим образом:

– выставить на тестере максимально допустимый диапазон,

– присоединить щупы прибора к месту разрыва цепи.

Применив закон Ома, искомую величину можно также определить расчетным путем:

где I – сила тока, U – напряжение, R – сопротивление (единицы измерения ампер (А), вольт (В), ом (Ом) соответственно).

В приборостроении и электротехнике применяются различные типы соединения и подключения резисторов, что обеспечивает разнообразие электротехнических свойств электрических схем.

Типы соединений резисторов

Соединение элементов в одну цепь осуществляется следующими способами:

  • последовательно;
  • параллельно;
  • смешанно.

Общие схемы типов соединений представлены на рисунке 1.

soedineniya-rezistorov.png

Рисунок 1. Типы соединений резисторов

Параллельным соединением принято считать соединение, при котором элементы цепи соединены так, что их начала могут соединиться в одной точке, а концы – в другой (см.рис.2)

parallelnoye-soedineniye-rezistorov.png

Рисунок 2. Параллельное соединение резисторов

Потоку заряженных частиц при прохождении участка АВ предоставлено несколько вариантов пути, поэтому на каждом участке с резистором будет протекать ток, величиной, обратно пропорциональной сопротивлению резистора.

При увеличении нагрузки параллельного соединения, в случае подключения большого числа резисторов способом параллельного соединения в электрическую цепь, общее сопротивление цепи значительно уменьшится, за счет увеличения числа путей, предоставленных потоку заряженных частиц. Увеличение количества возможных вариантов движения влечет за собой уменьшение противодействия движению тока.

Как найти сопротивление параллельно соединенных резисторов?

Общее сопротивление резисторов в случае параллельного соединения определено по закону Ома в следующем соотношении:

soprotivleniye-parallelno-soedinennyh-rezistorov.png

и рассчитывается по формуле:

Для примера произведем расчет общего сопротивления для цепи из двух резисторов, обладающих сопротивлением R1= R2=7Ом (см. рис.3а)

Сопротивление на участке АВ (1– 2) в 2 раза меньше R каждого из резисторов.

При параллельном подсоединении к рассматриваемой цепи еще одного резистора, также обладающего аналогичным сопротивлением R3=7Ом (см. рис.3б) общее сопротивление цепи рассчитывается с учетом предыдущих вычислений, где R12= 3,5Ом

Rобщ= 3,5*7/ (3,5+7) = 2,33 Ом

uvelichenie-parallelnogo-soedinenya-rezistorov.png

R123< R3

Рисунок 3. Увеличение цепи параллельного соединения резисторов

Из расчетов следует, что общее сопротивление (см. рис.3в) всегда будет меньше сопротивления любого параллельно включенного резистора. Такое условие обеспечивается равенством токов на входе и выходе узлов или групп параллельных резисторов и постоянством напряжения в сети.

Что такое последовательное соединение резисторов?

При последовательном соединении резисторы подсоединяются друг за другом, при этом конец предыдущего резистора соединен с началом последующего резистора (рисунок 4).

posledovatelnoye-soedyneniye-rezistorov.png

Рисунок 3. Последовательное соединение резисторов.

Потоку заряженных частиц при прохождении участка АВ предоставлен один путь, поэтому, чем больше резисторов подсоединено, тем большее сопротивление движущимся заряженным частицам они оказывают, то есть общее сопротивление участка цепи Rобщ возрастает.

Формула для расчета общего сопротивления при последовательном соединении имеет вид:

Как рассчитать напряжения на последовательно соединенных резисторах?

Последовательное соединение резисторов увеличивает общее сопротивление. Ток во всех частях схемы будет одинаковым, при этом будет определяться падение напряжения на каждом резисторе.

Общее напряжение питания на резисторах, соединенных последовательно, равно сумме разностей потенциалов на каждом резисторе:

Применив закон Ома, можно вычислить напряжение на каждом резисторе:

Напряжение на участке АВ рассчитывается по формуле:

tok-v-tsepy.png

Резисторы, соединенные последовательно, применяются в электротехнике в качестве делителя напряжения.

schema-delitelya-napryazheniya.png

Рисунок 5. Схема простейшего делителя напряжения

Регулируя сопротивление обоих резисторов можно выделить требуемую часть входящего напряжения. При необходимости деления напряжения на несколько частей к источнику напряжения подключается несколько последовательно соединенных резисторов.

Смешанное соединение резисторов

В электротехнике наиболее распространено использование различных комбинаций параллельного и последовательного подключения. Силу тока при смешанном соединении резисторов определяют путем разделения цепи на последовательно соединенные части. Однако для определения общего сопротивления в случае параллельного сопротивления различных частей следует применять соответствующую формулу.

Алгоритм расчета смешанного подключения аналогичен правилу расчета базовой схемы последовательного и параллельного подключения резисторов. В этом нет ничего нового: нужно правильно разложить предложенное решение на пригодные для расчета части. Участки с элементами подключаются поочередно или параллельно. Гибридное резистивное соединение представляет собой комбинацию последовательного и параллельного. Эту комбинацию иногда называют последовательно-параллельным соединением.

На рисунке 6 представлена схема смешанного соединения резисторов.

smeshannoye-soedyneniye-rezistorov.png

Рисунок 6. Смешанное соединение резисторов.

На рисунке показано, что резисторы R2 и R3 соединены параллельно, а R1, R23 и R4 последовательно.

Чтобы рассчитать сопротивление этого соединения, вся схема делится на простейшие части, начиная с параллельного или последовательного сопротивления. Тогда следующий алгоритм выглядит следующим образом:

1. Определите эквивалентное сопротивление части резистора, подключенной параллельно.

2. Если эти части содержат резисторы, включенные последовательно, сначала рассчитайте их сопротивление.

3. Вычислив эквивалентное сопротивление резистора, перерисовываем схему. Обычно схема получается из последовательного эквивалентного сопротивления.

4. Рассчитайте сопротивление цепи.

Другие способы подключения хорошо видны на примере, показанном на рисунке. Без специальных расчетов очевидно, что параллельное соединение резисторов создает несколько путей для тока. Следовательно, в одиночном контуре его сила будет меньше по сравнению с контрольными точками на входе и выходе. При этом напряжение на отметке остается неизменным.

Пример участка цепи для расчета сопротивления смешанного соединения показан на рисунке 5.

obsheye-soprotivleniye-uchastka-tsepy-so-smeshannym-soedineniyem-rezistorov.png

Рисунок 7. Общее сопротивление участка цепи со смешанным соединением резисторов.

telegram youtube vk rutube

  • Компания
    • История АО «НПО» ЭРКОН»
    • Экология
    • Документы
    • СМИ о нас
    • Вакансии
    • Отзывы
    • Перспективные разработки
    • Прецизионные резисторы
    • ВЧ и СВЧ резисторы
    • ВЧ и СВЧ аттенюаторы и поглотители
    • Высокоомные высоковольтные резисторы
    • Мощные резисторы
    • Наборы резисторов, делители
    • Низкоомные фольговые резисторы
    • Резисторы общего применения
    • Специальные изделия
    • Чип-индуктивности
    • Перемычки
    • Аттестация испытательного оборудования
    • Испытательная лаборатория

    АО «НПО «ЭРКОН»
    © 2011 — 2024. Все права защищены
    +7 (831) 202 25 52
    факс: +7 (831) 202-24-34 доб.340
    603104, Россия, Нижний Новгород,
    ул. Нартова, д. 6, помещение П3, 2 этаж, оф. 204

    Внешний вид реальных изделий может отличаться от изображений на сайте
    Любая информация, представленная на данном сайте, не является публичной офертой.

    • История АО «НПО» ЭРКОН»
    • Экология
    • Документы
    • СМИ о нас
    • Вакансии
    • Отзывы
    • Перспективные разработки
    • Прецизионные резисторы
    • ВЧ и СВЧ резисторы
    • ВЧ и СВЧ аттенюаторы и поглотители
    • Высокоомные высоковольтные резисторы
    • Мощные резисторы
    • Наборы резисторов, делители
    • Низкоомные фольговые резисторы
    • Резисторы общего применения
    • Специальные изделия
    • Чип-индуктивности
    • Перемычки
    • Аттестация испытательного оборудования
    • Испытательная лаборатория

    Этот сайт использует файлы cookie для хранения данных. Продолжая использование сайта, вы даёте согласие на работу с данными файлами.

    Научный форум dxdy

    Электротехника. Найти входное и выходящее напряжение.

    На страницу 1 , 2 След.

    Электротехника. Найти входное и выходящее напряжение.
    20.12.2011, 13:08

    Последний раз редактировалось HotRain 20.12.2011, 13:22, всего редактировалось 1 раз.

    Не могу решить казалось бы простую задачу по электротехнике. Освоил несколько методов расчёта электрических цепей и никакой
    из них к этой не подходит. Подскажите, пожалуйста, каким методом решать, какие формулы или преобразования использовать.
    Заранее благодарю за помощь!
    Ссылка на картинку с условием:
    http://85.114.85.87/photos/1/e/d/w400_cd2259255dac129d58d5dd7d72bccde1.jpg

    Re: Электротехника. Найти входное и выходящее напряжение.
    21.12.2011, 10:23

    Заслуженный участник

    Картинка недоступна.
    Re: Электротехника. Найти входное и выходящее напряжение.
    21.12.2011, 13:45

    Изображение

    Перезалил картинку с условием:

    Re: Электротехника. Найти входное и выходящее напряжение.
    21.12.2011, 14:47

    Заслуженный участник

    Ну, Вы же видите, что у Вас получается делитель напряжения. Последовательно включённые сопротивления (реактивные, так что придётся комплексные числа использовать) с отводом от места соединения. Дано напряжение на одном плече делителя и сопротивления плеч делителя (зависящие от частоты — она где-то указана?).
    Далее ясно?

    Re: Электротехника. Найти входное и выходящее напряжение.
    21.12.2011, 15:29

    Заслуженный участник

    Последний раз редактировалось мат-ламер 21.12.2011, 17:26, всего редактировалось 2 раз(а).

    Условие задачи странноватое или неправильно переписано. Не мог бы топикстартер своими словами рассказать, что там дано?

    — Ср дек 21, 2011 16:32:10 —

    По картинке — в схеме три точки — две сверху и одна снизу. Разность потенциалов между верхними точками дана. Найти потенциал нижней точки. Так он может быть любой.

    Re: Электротехника. Найти входное и выходящее напряжение.
    21.12.2011, 16:03

    Последний раз редактировалось Amw 21.12.2011, 16:48, всего редактировалось 3 раз(а).

    мат-ламер в сообщении #518055 писал(а):
    Найти потенциал нижней точки. Так он может быть любой.

    Да ладно. Хотя условия задачи приходится доугадывать. Поскольку 20 у емкости — это вряд ли «Фарады» и 10 у индуктивности — тоже не «Генри», то это, видимо, Омы и, значит, ток переменный. . Известно сопротивление емкости и падение напряжения на ней, значит можно вычислить ток. Этот же ток течет и через индуктивность и через емкость.
    На выходе 32 В — на входе тоже.

    Re: Электротехника. Найти входное и выходящее напряжение.
    21.12.2011, 16:55

    Последний раз редактировалось ivanhabalin 21.12.2011, 17:07, всего редактировалось 1 раз.

    По моему мнению у задачи есть один ответ при использовании данных с рисунка (сопротивления). Необходимо учесть реактивные сопротивления — на рисунке. Далее формула для обшего сопротивления при последовательном соединении и т.д. (извините не умею писать формулы, не забудьте про резонанс)

    Re: Электротехника. Найти входное и выходящее напряжение.
    21.12.2011, 19:24

    Заслуженный участник

    $u_1$

    Если принять, что подписи при элементах цепи это сопротивления, то видно, что (с учётом того, что у конденсатора и индуктивности реактивное сопротивление) полное входное сопротивление (-20j+10j+10)=-10j+10
    Буква j здесь, как обычно в электротехнике, означает мнимую единицу, вместо обычного для математики i, которое можно спутать с обозначением для тока.
    Дальше выражаем напряжения через ток, затем исключаем ток, выражая через остальные напряжения. Целесообразно при этом комплексные числа выразить в полярной форме, тогда ответ будет совсем прост.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *