전류, 전압, 전력: 전기의 기본 특성

전기는 인간의 필요를 충족시키기 위해 오랫동안 사용되어 왔지만 눈에 보이지 않고 감각으로 인식되지 않기 때문에 이해하기 어렵습니다. 전기 프로세스의 설명을 단순화하기 위해 종종 움직이는 유체의 유압 특성과 비교됩니다.

예를 들어, 그녀는 유선으로 우리 아파트에 온다 전기 에너지 원격 발전기 및 압력 펌프의 수돗물. 그러나 스위치는 조명을 끄고 닫힌 수도꼭지는 수도꼭지에서 물이 떨어지는 것을 방지합니다. 작업을 하려면 스위치를 켜고 수도꼭지를 열어야 합니다.

와이어를 통한 자유 전자의 방향성 흐름은 빛을 방출할 전구의 필라멘트(전류가 흐를 것임)로 돌진할 것입니다. 수도꼭지에서 나오는 물은 싱크대로 배수됩니다.

이 비유는 또한 정량적 특성을 이해하고 전류의 강도를 액체의 이동 속도와 연관시키고 다른 매개변수를 추정하는 것을 가능하게 합니다.

주전원 전압은 액체 소스의 에너지 포텐셜과 비교됩니다. 예를 들어, 파이프의 펌프에서 수압이 증가하면 유체 이동 속도가 빨라지고 전압이 증가합니다(또는 위상의 전위 - 입력 와이어와 작동 영점 - 출력 간의 차이). 전구의 백열, 방사선의 강도를 증가시킬 것입니다.

전기 회로의 저항은 유압 흐름의 제동력과 비교됩니다. 유속은 다음에 의해 영향을 받습니다.

• 액체 점도;

• 막힘 및 채널 단면의 변화. (수도꼭지의 경우 조절밸브의 위치)

전기 저항 값은 여러 요인의 영향을 받습니다.

• 전도체에서 자유 전자의 존재를 결정하고 영향을 미치는 물질의 구조 저항; 

• 전류 도체의 단면적 및 길이;

• 온도.

전력은 또한 유압 흐름의 에너지 포텐셜과 비교되며 단위 시간당 수행된 작업에서 추정됩니다. 전기 제품의 전력은 인가된 전류와 인가된 전압(AC 및 DC 회로의 경우)으로 표현됩니다.

전기의 이러한 모든 특성은 전류, 전압, 전력, 저항의 정의를 부여하고 이들 사이의 상호 관계를 수학적 방법으로 설명하는 유명한 과학자들에 의해 연구되었습니다.

다음 표는 특정 회로의 성능을 분석하는 데 사용할 수 있는 AC 및 DC 회로의 일반적인 관계를 보여줍니다.

몇 가지 사용 예를 살펴보겠습니다.

예 #1. 저항과 전력을 계산하는 방법

조명 회로에 전원을 공급하기 위해 전류 제한기를 선택한다고 가정합니다. 온보드 네트워크 «U»의 공급 전압은 24볼트이고 전류 소비 «I»는 0.5암페어이며 초과해서는 안 됩니다. 옴의 법칙의 식 (9)에 따라 저항 «R»을 계산합니다. R = 24 / 0.5 = 48옴.

언뜻 보면 저항 값이 결정됩니다. 그러나 이것만으로는 충분하지 않습니다. 세마의 안정적인 동작을 위해서는 소비전류에 따른 전력계산이 필요하다.

Joule-Lenz 법칙의 작동에 따라 유효 전력 «P»는 전선을 통과하는 전류 «I»와 인가된 전압 «U»에 정비례합니다. 이 관계는 표의 공식 (11)로 설명됩니다. 아래에.

P = 24×0.5 = 12W로 계산합니다.

공식 (10) 또는 (12)를 사용하면 동일한 값을 얻습니다.

전류 소비로 저항의 전력을 계산하면 선택한 회로에서 48Ohm 및 12W의 저항을 사용해야 함을 알 수 있습니다. 전력이 낮은 저항은 적용된 부하를 견디지 ​​못하고 가열되어 타 버릴 것입니다. 시간의 현재와 함께.

이 예는 부하 전류와 네트워크 전압이 사용자 전원에 미치는 영향의 종속성을 보여줍니다.

예 #2. 전류 계산 방법

주방의 가전 제품에 전원을 공급하기 위한 소켓 그룹의 경우 보호 회로 차단기를 선택해야 합니다. 여권 데이터에 따른 장치의 전력은 2.0, 1.5 및 0.6kW입니다.

답변. 아파트는 220볼트 단상 AC 네트워크를 사용합니다. 동시에 작동하도록 연결된 모든 장치의 총 전력은 2.0 + 1.5 + 0.6 = 4.1kW = 4100W입니다.

공식 (2)를 사용하여 소비자 그룹의 총 전류를 결정합니다. 4100/220 = 18.64 A.

가장 가까운 정격 회로 차단기의 트리핑 속도는 20암페어입니다. 우리는 그것을 선택합니다. 16A보다 낮은 값을 가진 기계는 과부하로 인해 영구적으로 종료됩니다.

교류의 전기 회로 매개 변수의 차이

단상 네트워크

전기 제품의 매개 변수를 분석 할 때 산업 주파수의 영향으로 커패시터에 용량 성 부하가 나타날 때 교류 회로에서의 작동 특성을 고려해야합니다 (전류 벡터를 90만큼 이동) 전압 벡터보다 앞선 각도) 및 코일 권선에서 유도성 (전류는 전압보다 90도 뒤)입니다. 전기 공학에서는 이를 무효 부하라고 합니다. 유용한 작업을 수행하지 않는 무효 전력 손실 «Q»를 함께 생성합니다.

능동 부하에서는 전류와 전압 사이에 위상 변이가 없습니다.

이러한 방식으로 교류 회로에서 전기 제품 전력의 활성 값에 반응성 구성 요소가 추가되어 총 전력이 증가합니다. 일반적으로 전체 전력이라고 하며 인덱스 «S»로 표시됩니다.

단상 네트워크에서 교류 정현파 전류

전류와 주파수 전압은 정현파 방식으로 시간에 따라 변합니다. 따라서 권력의 변화가 있습니다. 다른 시점에서 매개 변수를 결정하는 것은 그다지 의미가 없습니다. 따라서 총 (적분) 값은 일정 기간, 일반적으로 진동 기간 T에 대해 선택됩니다.

교류 및 직류 회로의 매개 변수 간의 차이점을 알면 각각의 특정 경우에 전류 및 전압을 통해 전력을 올바르게 계산할 수 있습니다.

삼상 네트워크

기본적으로 이들은 3개의 동일한 단상 회로로 구성되며 복소 평면에서 서로에 대해 120도 오프셋됩니다. 각 위상의 부하가 약간 다르며 전압에서 전류를 각도 phi로 이동시킵니다. 이러한 불균일성으로 인해 중성 도체에 전류 I0이 생성됩니다.

3상 네트워크에서 교류 정현파 전류

이 시스템의 전압은 상 전압(220V)과 선간 전압(380V)으로 구성됩니다.

회로에 연결된 3상 전류 장치의 전력은 각 상의 구성 요소의 합입니다. 전력계(활성 구성 요소) 및 varmeter(반응성)와 같은 특수 장치를 사용하여 측정됩니다. 삼각형 공식을 사용하여 전력계 및 변수계 측정을 기반으로 3상 전류 장치의 총 전력 소비를 계산할 수 있습니다.

전압계와 전류계를 사용하여 얻은 값을 후속으로 계산하는 간접 측정 방법도 있습니다.

피상 전력 S의 크기를 알면 총 전류 소비량을 계산할 수도 있습니다. 이를 위해서는 라인 전압 값으로 나누면 충분합니다.