Рабочее напряжение
2.2.3. Рабочее напряжение — максимальное напряжение, приложенное к рассматриваемой части, когда машина работает при номинальном напряжении и в нормальных условиях эксплуатации.
1. Нормальные условия эксплуатации — условия, включающие в себя возможные изменения напряжения внутри машины, которые возникают, например, при срабатывании выключателя цепи или повреждения лампы.
2. При определении рабочего напряжения не принимают во внимание величины напряжений, возникающие вследствие переходных процессов в источнике питания.
3.2.3 рабочее напряжение (working voltage): Максимальное напряжение, приложенное к рассматриваемой части, когда машина работает при номинальном напряжении и при нормальной нагрузке.
3.59 рабочее напряжение: Максимальное значение напряжения (постоянного тока или эффективного значения переменного тока), возможное на любой конкретной изоляции при номинальном напряжении электрооборудования.
1 Переходные процессы не принимают во внимание.
2 Условия разомкнутой цепи и нормальные условия эксплуатации принимают во внимание.
3.4 рабочее напряжение: Наибольшее значение напряжения постоянного или переменного тока, которое может возникнуть (локально) по любой изоляции при номинальном напряжении питания (колебаниями напряжений можно пренебречь) в нормальных режимах работы или при разомкнутой электрической цепи.
3.10 рабочее напряжение: Напряжение, приложенное к электрофильтру (полю), определяемое алгоритмом автоматической системы управления агрегата питания при заданных технологических параметрах, условиях эксплуатации и технического обслуживания.
2.49 Рабочее напряжение — максимальное действующее значение напряжения, которое может быть приложено к любой изоляционной системе при номинальном входном напряжении в условиях холостого хода или в нормальных условиях эксплуатации, при этом угол сдвига фаз и перенапряжение, возникающее вследствие переходного процесса, во внимание не принимаются.
1 При рассмотрении изоляционной системы между обмотками, которые не предназначены для соединения между собой, считают, что рабочее напряжение — это наивысшее значение напряжения, имеющего место в любой из этих обмоток.
2 Следует обратить внимание на тот факт, что рабочее напряжение относительно земли на входе может заметно отличаться для однофазных систем, не содержащих провода нейтрали, для трехфазных систем, соединенных в звезду, без заземленной нейтрали и соединенных в треугольник. Вторичное напряжение может искусственно возрасти относительно земли в трансформаторе, что обусловливается режимами, происходящими в электрическом бытовом приборе или в оборудовании.
3.43 рабочее напряжение: Максимальное значение напряжения (постоянного тока или эффективное значение переменного тока), возможное на любой конкретной изоляции при номинальном напряжении электрооборудования.
1 Переходные процессы не принимают во внимание.
2 Условия разомкнутой цепи и нормальные условия эксплуатации принимают во внимание.
3.18 рабочее напряжение (operating voltage): Значение фактического напряжения, подаваемого на действующий электронагреватель.
14. Рабочее напряжение
Напряжение, установленное изготовителем и указанное на внешней стороне корпусов вилки и розетки
2.2 рабочее напряжение: Наибольшее действующее значение напряжения переменного тока, которое может быть приложено к изоляции патрона, без учета переходных процессов, при работе лампы или стартера в нормальном режиме или при отсутствии лампы или стартера.
2.2 рабочее напряжение (working voltage): Наибольшее действующее значение напряжения переменного тока, которое может быть приложено к изоляции патрона, без учета переходных процессов, при работе лампы в нормальном режиме или при отсутствии лампы.
1.2.9.6 рабочее напряжение (working voltage): Наибольшее напряжение, которому подвергается или может быть подвергнута рассматриваемая изоляция или компонент при работе оборудования в нормальных условиях эксплуатации.
1.2.9.6 рабочее напряжение (working voltage): Наибольшее напряжение, которому подвергается или может быть подвергнута рассматриваемая изоляция или компонент при работе оборудования в нормальных условиях эксплуатации.
3.18 рабочее напряжение: Фактическое напряжение, подаваемое на действующий электронагреватель.
3.60 рабочее напряжение (working voltage): Максимальное напряжение (исключая переходные напряжения), которому подвергается рассматриваемая часть машины, когда она работает при номинальном напряжении и в условиях нормальной эксплуатации.
3.2.3 рабочее напряжение (working voltage): Максимальное напряжение, приложенное к рассматриваемой части, когда машина работает при номинальном напряжении и при нормальной нагрузке.
3.6 рабочее напряжение (working voltage): Наибольшее действующее значение напряжения, которое может быть на любой изоляции при нормируемом напряжении сети, без учета переходных процессов, при холостом ходе или при нормальной работе.
3.10 рабочее напряжение: Напряжение, приложенное к электрофильтру (полю), определяемое алгоритмом автоматической системы управления агрегата питания при заданных технологических параметрах, условиях эксплуатации и технического обслуживания.
1.2.9.6 РАБОЧЕЕ НАПРЯЖЕНИЕ: Наибольшее напряжение, которому подвергается или может быть подвергнута рассматриваемая изоляция или компонент при работе оборудования в нормальных условиях эксплуатации.
24.6 Рабочее напряжение двигателей, непосредственно подсоединенных к сети питания и имеющих основную изоляцию, адекватную номинальному напряжению прибора, не должно превышать 42 В. Дополнительно двигатели должны соответствовать требованиям приложения I.
Соответствие требованию проверяют измерениями и испытаниями по приложению I.
Комплекты шлангов для подсоединения приборов к водопроводным магистралям должны соответствовать требованиям [4]. Они должны поставляться в комплекте с прибором.
Соответствие требованию проверяют осмотром.
24.7. (Введен дополнительно, title=»Изменение № 1, ИУС 2-2010″).
3.3.3. рабочее напряжение: Наибольшее среднеквадратичное значение напряжения переменного или постоянного тока на любой конкретной изоляции, которое имеет место, когда на оборудование подают номинальное напряжение.
1. Переходные процессы не учитывают.
2. Условия разомкнутой цепи и нормальные рабочие условия принимают во внимание.
1.2.43. рабочее напряжение: Максимальное напряжение (действующее значение), которое имеет место на токоведущих частях светильника при нормируемом напряжении электрической сети при разомкнутой или замкнутой цепи, при этом переходные процессы во внимание не принимают.
1.2.43 рабочее напряжение (working voltage): Максимальное действующее значение напряжения, которое может установиться на изолированных деталях при нормируемом напряжении электрической сети в режиме холостого хода или при нормальной работе; при этом переходные процессы во внимание не принимают.
1.2.43 рабочее напряжение: Максимальное напряжение (действующее значение), которое устанавливается на токоведущих частях светильника при нормируемом напряжении электрической сети при разомкнутой или замкнутой цепи; при этом переходные процессы во внимание не принимают.
3.2.3 РАБОЧЕЕ НАПРЯЖЕНИЕ (WORKING VOLTAGE): Самое высокое напряжение, которое может непрерывно прикладываться к изоляции во время НОРМАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ.
Примечание — В том числе, как при НОРМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ, так и в условиях разомкнутой цепи.
9. Рабочее напряжение
Максимальное напряжение, под которым может оказаться участок изоляции аппарата в рабочем и пусковом режимах (а также при вынутой лампе) при напряжении сети 1,1 номинального (напряжение, возникающее при переходных процессах, во внимание не принимается). Если в схеме аппарата имеется конденсатор, то рабочее напряжение определяется при максимальной для данного аппарата емкости конденсатора
Смотри также родственные термины:
3.10 рабочее напряжение (или внешняя нагрузка): Совокупность внешних условий и требований в рабочей системе, которые могут отрицательно повлиять на психологическое или физиологическое состояние оператора.
Рабочее напряжение (ток)
Значение напряжения (тока) на обмотке, при котором гарантируется работоспособность реле в эксплуатационных условиях
3.2 рабочее напряжение в сети (operating voltage in a system): Значение напряжения при нормальных условиях в данный момент времени и в данной точке сети. (См. стандарт [10], статья 601-01-2.)
11. Рабочее напряжение в системе электроснабжения
E. Operating voltage (in a system)
F. Tension de service (dans un reseau)
Значение напряжения при нормальном режиме в рассматриваемый момент времени в данной точке системы электроснабжения
32 рабочее напряжение в электрической сети Up: Среднеквадратическое значение напряжения при нормальном режиме в рассматриваемый момент времени в данной точке системы электроснабжения
de. Betriebsspannung (im system)
en. Operating voltage (in system)
fr. Tension de service (dans un réseau)
25. Рабочее напряжение высокочастотного вакуумного выключателя (переключателя)
Напряжение, подаваемое на контакты электрической цепи высокочастотного вакуумного выключателя (переключателя), при котором гарантируется срабатывание высокочастотного вакуумного выключателя (переключателя) в эксплуатационных условиях
36. Рабочее напряжение магнитного усилителя
Напряжение на рабочей обмотке магнитного усилителя
3. Рабочее напряжение питания
Напряжение, находящееся в пределах допускаемых отклонений от номинального напряжения, в которых обеспечивается работа аппаратуры с заданными параметрами
3.1.2 рабочее напряжение сети (operating voltage in a system): Значение напряжения при нормальных условиях в конкретной точке сети [МЭС 601-01-22].
49. Рабочее напряжение ФЭПП
E. Operating voltage
F. Tension de régime
Tension de service
3.23 рабочее напряжение электронагревательной секции: Номинальное эффективное напряжение, при котором предусмотрена эксплуатация электронагревательной секции.
Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации . academic.ru . 2015 .
Полезное
Смотреть что такое «Рабочее напряжение» в других словарях:
рабочее напряжение — Максимальное напряжение, которому подвергается рассматриваемая часть прибора, когда прибор работает при его номинальном напряжении и в условиях нормальной работы. Примечания. Принимают во внимание различные положения управляющих и коммутационных… … Справочник технического переводчика
РАБОЧЕЕ НАПРЯЖЕНИЕ — максимальное напряжение, приложенное к рассматриваемой части, когда машина работает при номинальном напряжении в нормальных условиях применения … Российская энциклопедия по охране труда
РАБОЧЕЕ НАПРЯЖЕНИЕ — электрическое напряжение (см. (2)), обеспечивающее нормальную и безопасную эксплуатацию различных электроустройств, оборудования, приборов и др., рассчитанных на данный номинал … Большая политехническая энциклопедия
рабочее напряжение — darbinė įtampa statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. operating voltage; running voltage; working voltage vok. Arbeitsspannung, f; Betriebsspannung, f rus. рабочее напряжение, n pranc. tension de fonctionnement, f; tension de travail, f … Automatikos terminų žodynas
рабочее напряжение — darbinė įtampa statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. running voltage; working voltage vok. Betriebsspannung, f rus. рабочее напряжение, n pranc. tension de fonctionnement, f; tension de travail, f … Fizikos terminų žodynas
рабочее напряжение высокочастотного вакуумного выключателя (переключателя) — рабочее напряжение Напряжение, подаваемое на контакты электрической цепи высокочастотного вакуумного выключателя (переключателя), при котором гарантируется срабатывание высокочастотного вакуумного выключателя (переключателя) в эксплуатационных… … Справочник технического переводчика
рабочее напряжение светового прибора — рабочее напряжение Максимальное напряжение, приложенное к рассматриваемому световому прибору, когда световой прибор работает при номинальном напряжении и в условиях нормальной эксплуатации. [ГОСТ 16703 79] Тематики лампы, светильники, приборы и… … Справочник технического переводчика
рабочее напряжение (газоразрядного прибора) — напряжение поддержания разряда (в газоразрядном приборе) — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия Синонимы… … Справочник технического переводчика
Рабочее напряжение организма — Рабочее напряжение функциональное напряжение различных систем организма, обусловленное физической, нервно напряженной или зрительно напряженной нагрузкой при выполнении работы. Источник: Физиолого эргономические требования к организации,… … Официальная терминология
рабочее напряжение ФЭПП — Постоянное напряжение, приложенное к ФЭПП, при котором обеспечиваются номинальные параметры при длительной его работе. Обозначение Uр Uop [ГОСТ 21934 83] Тематики приемники излуч. полупроводн. и фотоприемн. устр. EN operating voltage DE… … Справочник технического переводчика
Что такое номинальное напряжение и как его найти
Непосредственное применение закона Ома для вычисления напряжения U возможно только для простой электрической сети (преимущественно постоянного тока). В большинстве прочих ситуаций перед расчётом необходимо уточнить, о каком именно U пойдёт речь, каков тип потребителя и в какой сети он функционирует. Особенно много путаницы возникает с терминами «среднее номинальное напряжение» и «номинальное допускаемое напряжение».
О терминологии
Базу энергетической системы составляют трехфазные сети, в которых используются 2 типа напряжений:
- Линейное, присутствующее между двумя жилами электрического кабеля.
- Фазное напряжение проявляется в ходе измерений потенциала между нулевым проводом и находящимся под током.
Если подключение к электросети происходит по схеме «треугольник», то линейные и фазные напряжения имеют одинаковые значения. Если же подсоединение производится с помощью «звезды», количественные показатели линейного напряжения становятся выше фазного в 1.733. Значение напряжения, присутствующего в трехфазной сети, записывают в виде дроби, например, 220/380. Числитель обозначает фазную, а знаменатель линейную величину.
В электротехнике часто приходится иметь дело со следующими тремя обозначениями, связанными с электрооборудованием и системой питания:
- Номинальное (линейное) напряжение сети или системы электрического питания.
- Номинальное напряжение отдельной единицы оборудования.
- Рабочее или допустимое напряжение.
Первое для сети переменного тока определяется как предельное значение данного параметра, присвоенное электрической цепи или системе для обозначения её класса. Такую характеристику часто обозначают как системное напряжение Uc. Например, для России действует следующий ряд Uc, соответствующий нормам ГОСТ Р 57382–2017: 110→330→500→750 кВ. При этом минимальное значение Uc не может быть меньше 6 кВ (ГОСТ 721–77).
Принятое в конкретном регионе значение номинального напряжения системы определяется пиковой потребляемой мощностью и протяжённостью линий электропередачи. При проектировании любого электрооборудования разработчик в первую очередь учитывает условия той системы, в которой будет работать это оборудование.
Производители электрооборудования в обязательном порядке указывают на своих устройствах главные характеристики: силу тока в А, мощность в Вт, а также номинальное фазное напряжение, являющееся базисным в стандартизованном ряду потенциалов. Для зон безопасности обычно принимается допуск ± 10 % или выше.
Однако номинальное напряжение не является точным рабочим показателем для работающего оборудования. Оно представляет собой значение параметра, по которому электрическое устройство названо или упоминается. Таким образом, фактическое напряжение, при котором работает устройство, может отличаться от номинального в пределах диапазона, обеспечивающего удовлетворительную работу оборудования.
Поэтому на практике рассматриваемый параметр чаще используется в качестве эталона для описания фактических возможностей электрических устройств и систем. Он характеризует возможности той сети, к которой может быть подключено устройство с сохранением условий для его безопасной и надёжной работы. Следовательно, допустимо рассматривать данный показатель лишь как приблизительную оценку уровня работы конкретной электрической системы. Предельные значения выбираются таким образом, чтобы они находились в границах диапазона номинального напряжения.
Следует отметить, что реальная разница между входным и номинальным Uc всегда присутствует, но она не должна превышать допуск безопасности. С другой стороны, расхождение между этими параметрами должно быть достаточно большим, чтобы можно было легко подкорректировать изменение номинального напряжения в линии электропередачи.
Рабочее напряжение — это фактическое значение характеристик питания, которое подаётся на клеммы оборудования. Параметр измеряется при помощи таких приборов как вольтметры, мультиметры. Если разница показателей, измеренных в ходе тестирования, выходит за пределы заявленного диапазона, то работоспособность этой единицы оборудования не будет обеспечена.
Как определяется НП
Проще всего дело обстоит с выяснением данного номинала применительно к электрооборудованию. Например, для однофазного асинхронного двигателя на паспортной табличке указано, что значение данного показателя составляет 240 В ± 10 %. Это означает, что двигатель может безопасно работать в диапазоне от 216 В до 264 В. Учитывается, что паспортная мощность двигателя и прочие проектные характеристики соответствуют нормам стандарта.
Чтобы рассчитать номинальные напряжения сложных или составных электрических сетей, поступают иначе. Например, если нужно выяснить указанный параметр для региональной сети электропотребления, каждая из составляющих которой рассчитана на собственные, различающиеся от ветви к ветви параметры, используют следующую последовательность действий:
- Пользуясь законом Ома для составной цепи, определяем значение номинального напряжения на выходе.
- Если мощность потребителей неизвестна, но зато есть фактическое значение Uф, то искомый параметр для каждого i-того потребителя определяется по формуле:
- Полученные значения Рi складываются.
При проведении таких расчётов необходимо различать номинал на каждом i-том элементе. Первый из параметров является предельным значением, которое может непрерывно подаваться к потребителю. Он применяется только к тем характеристикам сопротивления, которые лежат в области выше допустимой.
При вычислении номинального напряжения с помощью формулы Ома следует принимать во внимание то, что конечный результат может оказаться слишком высоким. Это может привести к выходу из строя элемента при длительном воздействии на него повышенной разности потенциалов. Поэтому итог расчётов сравнивается с максимальным (критическим) значением сопротивления, которое разрешено для данного элемента. Меньшее значение и будет действительным, указываемым отдельно для каждой серии и типоразмера изделия.
Примеры расчётов
Рассмотрим несколько примеров расчета номинального напряжения
Пример 1
Для номинальной мощности энергопотребителя в 1 Вт и его сопротивлении 100 кОм нужно определить номинал Uном, приняв, что верхняя граница параметра (Umax) равна 200 В.
Воспользовавшись формулой закона Ома для участка цепи, получим:
Однако максимально допустимое Umax на элементе только 200 В, поэтому подавать на элемент 316 В нельзя. Отсюда следует, что Uном = 200 В.
Пример 2
В стабильном режиме эксплуатации энергосистема выдаёт 11 кВ с допустимым колебанием ± 10 %. Какими будут наибольшие колебания, при которых такая система ещё сохранит свою работоспособность?
С учётом ранее указанного допуска безопасности 11 кВ ± 10 % данные значения будут составлять от 9.9 кВ до 12.1 кВ.
Пример 3
Автоматический выключатель, установленный для обслуживания энергосистемы 132 кВ, должен сохранять свою работоспособность в диапазоне Uном ±10 %. Следовательно, потенциал, подаваемый на автоматический выключатель, может находиться в пределах, не превышающих 118.8 … 145.2 кВ.
Образец более сложного расчёта
Определить номинальный ток генератора мощностью 48000 Вт при напряжении 110 В, учитывая, что Uном = 220 В, угол сдвига между фазами cosφ = 0.85. Обмотки трёхфазной схемы генератора соединены звездой. Расстояние между смежными пазами в статоре соответствует паспортной мощности двигателя.
Сначала находим фазное напряжение при соединении в звезду:
Определяем значение полной номинальной мощности генератора:
Искомое значение номинального тока генератора:
Поскольку расчётное фазное напряжение больше фактического, то длительная работоспособность генератора полностью обеспечится. Все прочие параметры системы следует рассчитывать с учетом тока Iн не менее 150 А.
Описанная методика действий с определёнными эксплуатационными факторами электрооборудования и энергосистем позволяет уточнять условия надёжной работы устройств, не допускать перегрузки их отдельных элементов, осуществлять более точный подбор типоразмеров трансформаторов, генераторов, электродвигателей и прочего электрооборудования.
Электрическое напряжение-определение, объяснение простыми словами, единица измерения, формула
Электричество – это совокупность физических явлений, связанных с возникновением, накоплением, взаимодействием и переносом электрического заряда. По мнению большинства историков науки, первые электрические явления были открыты древнегреческим философом Фалесом в седьмом веке до нашей эры. Фалес наблюдал действие статического электричества: притяжение к натертому шерстью янтарю легких предметов и частичек. Чтобы повторить этот опыт самостоятельно вам необходимо потереть о шерстяную или хлопковую ткань любой пластиковый предмет (например, ручку или линейку) и поднести его к мелконарезанным кусочкам бумаги.
Первой серьезной научной работой, в которой описаны исследования электрических явлений стал трактат английского ученого Уильяма Гилберта «О магните, магнитных телах и большом магните – Земле» изданный в 1600 г. В этой работе автор описал результаты своих опытов с магнитами и наэлектризованными телами. Здесь же впервые упоминается термин электричество.
Исследования У. Гилберта дали серьезный толчок развитию науки об электричестве и магнетизме: за период с начала 17 до конца 19 века было проведено большое количество экспериментов и сформулированы основные законы, описывающие электромагнитные явления. А в 1897 году английский физик Джозеф Томсон открыл электрон – элементарную заряженную частицу, которая определяет электрические и магнитные свойства вещества. Электрон (на древнегреческом языке электрон – это янтарь) имеет отрицательный заряд примерно равный 1,602*10-19 Кл (Кулона) и массу равную 9,109*10-31 кг. Благодаря электронам и другим заряженным частицам происходят электрические и магнитные процессы в веществах.
А напряжение?
Электрическое напряжение U является той самой причиной, которая “заставляет” протекать электрический ток I. Электрическое напряжение всегда возникает, когда заряды разделены друг от друга, то есть все отрицательные заряды на одной стороне, а все положительные – на другой. Если соединить эти две стороны электропроводящим материалом, потечет электрический ток.
Общепринятое определение термина “электрическое напряжение”.
Электрическое напряжение (или просто напряжение) – это разность потенциалов между двумя точками в электрическом поле. Это движущая сила для электрического заряда.
Потенциал в электрическом поле – это энергия заряженного тела, не зависящая от его электрического заряда. Для пояснения вы можете посмотреть на сравнение с водяным контуром чуть ниже в статье.
Есть другое определение (из учебника по физике 8 класса):
Напряжение – это физическая велuчuна, характеризующая электрическое поле. Электрическое напряжение между двумя точками электрического поля численно равно работе, совершенной при переносе между ними заряда 1 Кл силами электрического поля.
Сравнение с использованием модели протекания воды.
Хорошей аналогией, которая поможет вам представить себе электрическое напряжение и потенциал, является водяной контур. В этой схеме у вас есть два бассейна на разной высоте, которые соединены трубой. В этой трубе вода может перетекать из верхнего бассейна в нижний. Затем вода перекачивается обратно в верхний бассейн с помощью насоса, как показано на рисунке ниже.
Электрическое напряжение – сравнение с использованием модели протекания воды
В своих размышлениях вы теперь легко можете сравнить насос с источником электрического напряжения. Кроме того, поток воды можно сравнить с электрическим током. Насос транспортирует воду из нижнего бассейна в верхний. Оттуда она самостоятельно течет обратно в нижний бассейн. В данном примере насос является приводом для потока. Чем больше разница в высоте, тем сильнее поток. Решающим фактором является потенциальная энергия верхнего бассейна. Вы можете сравнить разность энергий двух бассейнов с разностью электрических потенциалов. Проще говоря, большая разница в высоте соответствует большему электрическому напряжению.
Природа электрического напряжения
Для наглядной демонстрации происхождения напряжения в природе, на уроках физики проводят эксперимент с помощью электрофорной машинки (динамомашина).
При вращении диска между металлическими шариками проскакивает искра. Это и есть наглядное проявление природного феномена — электрического тока. Он возникает из-за разного количества отрицательно заряженных ионов на шариках, из-за чего возникает разность потенциалов, то есть факт, нарушающий основной закон Природы — сохранения энергии. Отрицательно заряженные частицы стремятся переместиться туда, где их меньше, тем самым обнулив разницу. Конечно же, электроны не проходят весь путь между заряженными шариками, называемых полюсами. Их пробег ограничивает кристаллическая решетка, узлов которой они не могут покинуть. Зато способны удариться о соседние частицы и передать импульс по цепочке дальше, создавая эффект домино.
Каждое такое соударение порождает выплеск энергии, из-за чего система переходит из состояния покоя в возбужденное, которое и принято называть электрическим напряжением.
В чем измеряется
Как обозначается напряжение в технической документации и на графических схемах? Единица измерения напряжения именуется вольт (В) по фамилии итальянского физика А. Вольта. Один вольт можно описать как потенциальную разницу двух точек поля, в котором с целью перемещения однокулонного заряда совершается работа в 1 джоуль.
Емкость конденсатора: единица измерения
Условное обозначение напряжения на схемах имеет вид заглавной латинской буквы V – символа единицы напряжения, заключенной в круг. Иногда вместо круга используется схематичное изображение измерительного прибора – вольтметра, идентифицируемое по литере V.
Важно! Если в некоторой сети имеется напряжение 220 В, это значит, что ее электрополе может затратить 220 джоулей с целью перемещения заряженных частиц через нагрузку и цепь. Для электрических приборов номинальное напряжение полагается обозначить в паспорте. Иногда оно указывается и в составе маркировки на передней панели корпуса (например, у счетчиков электроэнергии).
Формула
Формула для электрического напряжения U, согласно закона Ома для участка цепи, имеет вид
Как видно из этой формулы, если электрическое напряжение остается неизменным, то чем больше электрическое сопротивление (R), тем меньше сила тока (I).
Другая формула для расчета электрического напряжения такова:
То есть электрическое напряжение U равно мощности деленной на силу тока I.
Как измеряют напряжение
Напряжение измеряется с помощью прибора называемого вольтметром. Различные модели вольтметров могут внешне отличаться друг от друга, но общим для них является принцип работы, основанный на электромагнитном действии тока. Латинская буква V используется для обозначения прибора на электрических схемах и на измерительных шкалах вольтметров.
Рис. 2. Обозначение вольтметра и схема включения вольтметра для измерения напряжения.
При проведении измерений необходимо учитывать следующие моменты:
-
Вольтметры для измерения постоянного напряжения отличаются от вольтметров, предназначенных для измерений переменного напряжения. У вольтметров для измерения постоянных напряжений на измерительной шкале должен присутствовать знак “—”, а для переменного напряжения знак “
Рис. 3. Примеры различных вольтметров
Все измерительные приборы не должны влиять на результат измерения, то есть должны иметь минимальную измерительную погрешность. Чтобы соответствовать этому требованию, вольтметры имеют очень большое входное сопротивление, поэтому ток, текущий через них, намного меньше тока на измеряемом участке цепи. Тогда падение напряжения на вольтметре становится не существенным.
Напряжение в цепях тока
Постоянного
Напряжение в цепи постоянного тока между точками A и B — работа, которую совершает электрическое поле при переносе пробного положительного заряда из точки A в точку B.
Переменного
Для описания цепей переменного тока применяются следующие напряжения:
- мгновенное напряжение;
- амплитудное значение напряжения;
- среднее значение напряжения;
- среднеквадратическое значение напряжения;
- средневыпрямленное значение напряжения.
Мгновенное напряжение есть разность потенциалов между двумя точками, измеренная в данный момент времени. Зависит от времени (является функцией времени):
Амплитудное значение напряжения есть максимальное по модулю значение мгновенного напряжения за весь период колебаний:
Для гармонических (синусоидальных) колебаний напряжения мгновенное значение напряжения выражается как:
Для сети переменного синусоидального напряжения со среднеквадратическим значением 220 В амплитудное напряжение равно приблизительно 311 В.
Амплитудное напряжение можно измерить с помощью осциллографа.
Среднее значение напряжения (постоянная составляющая напряжения) есть напряжение, определяемое за весь период колебаний, как:
Для синусоиды среднее значение напряжения равно нулю.
Среднеквадратическое значение напряжения (электротехнические наименования: действующее, эффективное) есть напряжение, определяемое за весь период колебаний, как:
Среднеквадратическое значение напряжения наиболее удобно для практических расчётов, так как на линейной активной нагрузке оно совершает ту же работу (например, лампа накаливания имеет ту же яркость свечения, нагревательный элемент выделяет столько же тепла), что и равное ему постоянное напряжение.
Для синусоидального напряжения справедливо равенство:
Uq=12UM≈0,707UM;UM=2Uq≈1,414UqU_=<1 over
approx 1,414U_
.
В технике и быту при использовании переменного тока под термином «напряжение» имеется в виду именно среднеквадратическое значение напряжения, и все вольтметры проградуированы, исходя из его определения. Однако конструктивно большинство приборов фактически измеряют не среднеквадратическое, а средневыпрямленное (см. ниже) значение напряжения, поэтому для несинусоидального сигнала их показания могут отличаться от истинного значения.
Средневыпрямленное значение напряжения есть среднее значение модуля напряжения:
Для синусоидального напряжения справедливо равенство:
Um=2πUM(≈0,637UM)=22πUq(≈0,9UqU_(approx 0,9U_
).
На практике используется редко, однако большинство вольтметров переменного тока (те, в которых ток перед измерением выпрямляется) фактически измеряют именно эту величину, хотя их шкала и проградуирована по среднеквадратическим значениям.
Трёхфазного
В цепях трёхфазного тока различают фазное и линейное напряжения. Под фазным напряжением понимают среднеквадратичное значение напряжения на каждой из фаз нагрузки относительно нейтрали, а под линейным — напряжение между подводящими фазными проводами. При соединении нагрузки в треугольник фазное напряжение равно линейному, а при соединении в звезду (при симметричной нагрузке или при глухозаземлённой нейтрали) линейное напряжение в 3 раза больше фазного.
На практике напряжение трёхфазной сети обозначают дробью, в числителе которой стоит фазное при соединении в звезду (или, что то же самое, потенциал каждой из линий относительно земли), а в знаменателе — линейное напряжение. Так, в России наиболее распространены сети с напряжением 220/380 В; также иногда используются сети 127/220 В и 380/660 В.
Работа тока
Сразу введем новое определение.
Работа тока — это работа, которую совершают силы электрического поля, создающего электрический ток.
В процессе этой работы энергия электрического тока переходит в другие различные виды энергии (механическую, внутреннюю и др.). Более подробно мы говорили об этом, когда рассматривали действия тока.
От чего зависит работа тока?
Логично предположить, что работа тока будет зависеть от того, какой заряд протекает по цепи за определенное время. То есть, работа тока будет зависеть от силы тока.
Проверим это на простом опыте. Соберем цепь, состоящую из ключа, источника тока, амперметра и подключенной к проводам натянутой никелевой проволоки (рисунок 1).
Используя один источник тока, в цепи была определенная сила тока. Проволока нагрелась.
Если же мы заменим источник тока, который даст нам большую силу тока, чем предыдущий, то заметим определенные изменения. Наша проволока нагревается намного сильнее. Вот вам наглядное доказательство того, что тепловое действие (а значит, и работа тока) проявляется сильнее с увеличением силы тока в цепи.
Но дело в том, что сила тока — не единственная характеристика, от которой зависит работа тока. Другая (и не менее важная) величина называется электрическим напряжением или просто напряжением.
Связь работы тока и напряжения
Проведенные нами опыты объясняются следующим.
При одинаковой силе тока работа тока на этих участках цепи при перемещении электрического заряда, равного 1 Кл, различна.
Получается, что эта работа тока и определяет нашу новую физическую величину — электрическое напряжение.
Теперь мы может объяснить до конца наши опыты. Напряжение, которое создается батарейкой в первой цепи, меньше напряжение городской осветительной сети. Поэтому лампа, подключенная к сети, дает больше света и тепла. При этом сила тока в обеих цепях одинакова. Вся причина различий — в создаваемом напряжении.
Напряжение показывает, какую работу совершает электрическое поле при перемещении единичного положительного заряда из одной точки в другую.
Сопротивление
Ток, как правило, проходит через проводники с некоторой степенью трения или противодействия движению. Это противодействие движению правильнее называть сопротивлением. Величина тока в цепи зависит от величины напряжения и величины сопротивления в цепи, препятствующего прохождению тока. Как и напряжение, сопротивление – это величина, измеряемая между двумя точками. По этой причине величины напряжения и сопротивления часто указываются как «между» двумя точками в цепи.
Формула закона Ома
Основное открытие Ома заключалось в том, что величина электрического тока, протекающего через металлический проводник в цепи, при любой заданной температуре прямо пропорциональна напряжению, приложенному к нему. Ом выразил свое открытие в виде простого уравнения, описывающего взаимосвязь напряжения, тока и сопротивления:
В этом алгебраическом выражении напряжение (E) равно току (I), умноженному на сопротивление (R). Используя алгебру, мы можем преобразовать это уравнение в других два варианта, решая его для I и R соответственно:
Рабочее напряжение единицы измерения
Производными единицами измерения тока являются:
1 килоампер (кА) = 1000 А;
1 миллиампер (мА) 0,001 А;
1 микроампер (мкА) = 0,000001 А.
Человек начинает ощущать проходящий через его тело ток в 0,005 А. Ток больше 0,05 А опасен для жизни человека.
Электрическим напряжением (U) называется разность потенциалов между двумя точками электрического поля.
Единицей разности электрических потенциалов является вольт (В).
1 В = (1 Вт) : (1 А).
Производными единицами измерения напряжения являются:
1 киловольт (кВ) = 1000 В;
1 милливольт (мВ) = 0,001 В;
1 микровольт (мкВ) = 0,00000 1 В.
Сопротивлением участка электрической цепи называется величина, зависящая от материала проводника, его длины и поперечного сечения.
Электрическое сопротивление измеряется в омах (Ом).
1 Ом = (1 В) : (1 А).
Производными единицами измерения сопротивления являются:
1 килоОм (кОм) = 1000 Ом;
1 мегаОм (МОм) = 1 000 000 Ом;
1 миллиОм (мОм) = 0,001 Ом;
1 микроОм (мкОм) = 0,00000 1 Ом.
Электрическое сопротивление тела человека в зависимости от ряда условий колеблется от 2000 до 10 000 Ом.
Удельным электрическим сопротивлением (ρ) называется сопротивление проволоки длиной 1 м и сечением 1 мм2 при температуре 20 °С.
Величина, обратная удельному сопротивлению, называется удельной электрической проводимостью (γ).
Мощностью (Р) называется величина, характеризующая скорость, с которой происходит преобразование энергии, или скорость, с которой совершается работа.
Мощностью генератора называется величина, характеризующая скорость, с которой механическая или другая энергия преобразуется в генераторе в электрическую.
Мощностью потребителя называется величина, характеризующая скорость, с которой происходит преобразование электрической энергии в отдельных участках цепи в другие полезные виды энергии.
Системной единицей мощности в СИ является ватт (Вт). Он равен мощности, при которой за 1 секунду выполняется работа в 1 джоуль:
Производными единицами измерения электрической мощности являются:
1 киловатт (кВт) = 1000 Вт;
1 мегаватт (МВт) = 1000 кВт = 1 000 000 Вт;
1 милливатт (мВт) = 0,001 Вт; о1i
1 лошадиная сила (л. с.) = 736 Вт = 0,736 кВт.
Единицами измерения электрической энергии являются:
1 ватт-секунда (Вт сек) = 1 Дж = (1 Н) (1 м);
1 киловатт-час (кВт ч) = 3,б 106 Вт сек.
Пример. Ток, потребляемый электродвигателем, присоединенным к сети 220 В, составлял 10 А в течение 15 минут. Определить энергию, потребленную двигателем.
Вт*сек, или, разделив эту величину на 1000 и 3600, получим энергию в киловатт-часах:
W = 1980000/(1000*3600) = 0,55кВт*ч
Рассмотрим основные электрические величины, которые мы изучаем сначала в школе, затем в средних и высших учебных заведениях. Все данные для удобства сведем в небольшую таблицу. После таблицы будут приведены определения отдельных величин, на случай возникновения каких-либо непониманий.
Таблица физических величин и их описание:
| ВЕЛИЧИНА | ОБОЗНАЧЕНИЕ | ОПРЕДЕЛЕНИЕ |
| Ампер | А | Сила тока |
| Ватт | W | Мощность, при которой работа в 1 джоуль совершается за 1 секунду |
| Вебер | Wb | Магнитный поток, при убывании которого до нуля в сцепленном с ним контуре сопротивлением 1 ом протекает количество электричества в 1 кулон |
| Вольт | V | Электрическое напряжение, вызывающее в электрической цепи постоянный ток силой 1 ампер при мощности 1 ватт |
| Время | t | непрерывная величина, априорная характеристика мира, ничем не определяемая. В качестве основы измерения просто берётся некая последовательность событий, про которую считается несомненно верным, что она происходит через равные промежутки времени |
| Генри | Н | Генри можно определить также как индуктивность электрической цепи, в которой возникает ЭДС в 1 вольт при изменении силы тока в цепи со скоростью 1 ампер в секунду |
| Герц | Нz | Частота периодического процесса, период которого равен 1 секунде |
| Давление | Р | физическая величина, характеризующая состояние сплошной среды и численно равная силе , действующей на единицу площади поверхности перпендикулярно этой поверхности |
| Джоуль | J | Работа, произведенная силой в 1 ньютон при перемещении ею тела на расстояние 1 метр в направлении действия силы |
| Диаметр | d | отрезок, соединяющий две точки) на окружности (сфере, поверхности шара), и проходящий через центр этой окружности (сферы, шара). Также диаметром называют длину этого отрезка. Диаметр окружности является хордой, проходящей через её центр; такая хорда имеет максимальную длину. По величине диаметр равен двум радиусам |
| Диоптрия | δ | Единица для измерения оптической силы сферически-вогнутого стекла, равная оптической силе линзы с фокусным расстоянием 1 метр |
| Длина | L | физическая величина, числовая характеристика протяжённости линий. В узком смысле под длиной понимают размер предмета в продольном направлении (обычно это направление наибольшего размера), т. е. расстояние между его двумя наиболее удалёнными точками, измеренное горизонтально |
| Импульс | Р | мера механического движения; представляет собой векторную величину, в классической механике равную для материальной точки произведению массы m этой точки на её скорость v и направленную так же, как вектор скорости: |
| Индуктивность | L | коэффициент пропорциональности между магнитным потоком (создаваемым током какого-либо витка при отсутствии намагничивающих сред, например, в воздухе) и величиной этого тока |
| Килограмм | kg | Масса платино-иридиевого прототипа, утвержденного международной конференцией в Париже в 1889 г |
| Кулон | с | Количество электричества, проходящее в 1 секунду при силе тока 1 ампер через поперечное сечение проводника |
| Люмен | lm | Световой поток, испускаемый точечным источником в телесном угле в 1 стерадиан при силе света 1 свеча |
| Люкс | lx | Освещенность поверхности, которая равномерно получает световой поток в 1 люмен на 1 квадратный метр площади |
| Масса | М | одна из важнейших физических величин. Первоначально (XVII—XIX века) она характеризовала «количество вещества» в физическом объекте, от которого, по представлениям того времени, зависели как способность объекта сопротивляться приложенной силе, так и гравитационные свойства — вес |
| Метр | m | Старый платино-иридиевый эталон метра (международный прототип) хранится в подвалах Севра |
| Метр квадратный | m² | Площадь квадрата, сторона которого равна 1 метру |
| Метр кубический | m³ | Объем куба с длиной ребра, равной 1 метру |
| Метр в секунду | m/s | Скорость движущегося тела, проходящего расстояние в 1 метр за секунду |
| Мощность | Р | физическая величина, равная отношению работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени. |
| Ньютон | N | Сила, сообщающая телу массой в 1 килограмм ускорение в 1метр в секунду в направлении действия силы |
| Обьём | m³, cm³, L³ | количественная характеристика пространства, занимаемого телом или веществом. Объём тела или вместимость сосуда определяется его формой и линейными размерами. С понятием объём тесно связано понятие вместимость. Под вместимостью понимают объём внутреннего пространства сосуда или аппарата, укладочных ящиков и т. д |
| Ом | Ω | Сопротивление проводника, между концами которого при силе тока 1 ампер возникает напряжение 1 вольт |
| Паскаль | Pa | Давление на 1 квадратный метр с силой в 1 ньютон |
| Площадь | S | Одна из количественных характеристик плоских геометрических фигур и поверхностей |
| Плотность | Р | физическая величина, определяемая для однородного вещества массой его единичного объёма. Для неоднородного вещества плотность в определённой точке вычисляется как предел отношения массы тела (m) к его объёму (V), когда объём стягивается к этой точке |
| Радиус | r | отрезок, соединяющий центр окружности (или сферы) с любой точкой, лежащей на окружности (или поверхности сферы), а также длина этого отрезка |
| Свеча | cd | Свеча — единица силы света, значение которой принимается таким, чтобы яркость полного излучателя при температуре затвердевания платины была равна 60 свечам на один квадратный сантиметр |
| Свеча на м² | cd/м² | Яркость светящейся поверхности площадью в 1 квадратный метр при силе света в 1 свечу |
| Секунда | s | Минута равна 60 секундам, час – 3600 секундам, день — 86400 секундам |
| Сила | F | векторная физическая величина, являющаяся мерой интенсивности взаимодействия тел. Приложенная к массивному телу сила является причиной изменения его скорости или возникновения в нем деформаций |
| Сила света | J | поток излучения, приходящийся на единицу телесного угла, в пределах которого он распространяется |
| Скорость | ύ, u | физическая величина, характеризующая быстроту перемещения и направление движения материальной точки в пространстве относительно выбранной системы отсчёта |
| Сопротивление (электрическое) | R | скалярная физическая величина, характеризующая свойства проводника и равная отношению напряжения на концах проводника к силе электрического тока, протекающему по нему |
| Температура | °С | физическая величина, примерно характеризующая приходящуюся на одну степень свободы среднюю кинетическую энергию частиц макроскопической системы, находящейся в состоянии термодинамического равновесия. |
| Теплота | Q | мера энергии, переходящей от одного тела к другому в процессе теплопередачи. В системе СИ единицей измерения теплоты является джоуль |
| Теплоёмкость | С, Дж/кг | теплоемкостью называется количество теплоты, которое необходимо для нагревания единичного количества вещества |
| Тесла | т | Магнитная индукция, при которой магнитный поток сквозь поперечное сечение площадью 1 квадратный метр равен 1 веберу |
| Ток | I | в проводнике — скалярная величина, численно равная заряду , протекающему в единицу времени через сечение проводника. |
| Частота | F, f, ω | физическая величина, характеристика периодического процесса, равная числу полных циклов, совершённых за единицу времени |
| Фарада | F | Емкость конденсатора, между обкладками которого появляется напряжение в 1 вольт при заряде 1 кулон |
| Энергия | Е | физическая величина, являющаяся единой мерой различных форм движения материи и мерой перехода движения материи из одних форм в другие |
Существуют десятичные приставки, которые используются в названии величины и служат для упрощения описания. Самые распространенные из них: мега, мили, кило, нано, пико. В таблице приведены и остальные приставки, кроме названных.
| Десятичный множитель | Произношение | Обозначение (русское/международное) |
|---|---|---|
| 10 -30 | куэкто | q |
| 10 -27 | ронто | r |
| 10 -24 | иокто | и/y |
| 10 -21 | зепто | з/z |
| 10 -18 | атто | a |
| 10 -15 | фемто | ф/f |
| 10 -12 | пико | п/p |
| 10 -9 | нано | н/n |
| 10 -6 | микро | мк/μ |
| 10 -3 | милли | м/m |
| 10 -2 | санти | c |
| 10 -1 | деци | д/d |
| 10 1 | дека | да/da |
| 10 2 | гекто | г/h |
| 10 3 | кило | к/k |
| 10 6 | мега | M |
| 10 9 | гига | Г/G |
| 10 12 | тера | T |
| 10 15 | пета | П/P |
| 10 18 | экза | Э/E |
| 10 21 | зета | З/Z |
| 10 24 | йотта | И/Y |
| 10 27 | ронна | R |
| 10 30 | куэкка | Q |
Сила тока в 1А – это величина, равная отношению заряда в 1 Кл, прошедшего за 1с времени через поверхность (проводник), к времени прохождения заряда через поверхность. Для протекания тока необходимо, чтобы цепь была замкнутой.
Сила тока измеряется в амперах. 1А=1Кл/1c
Электрическое напряжение – разность потенциалов между двумя точками электрического поля. Величина электрического потенциала измеряется в вольтах, следовательно, и напряжение измеряется в вольтах (В).
1Вольт – напряжение, которое необходимо для выделения в проводнике энергии в 1Ватт при протекании по нему тока силой в 1Ампер.
Электрическое сопротивление – характеристика проводника препятствовать протеканию по нему электрического тока. Определяется как отношение напряжения на концах проводника к силе тока в нем. Измеряется в омах (Ом). В некоторых пределах величина постоянная.
1Ом – сопротивление проводника при протекании по нему постоянного тока силой 1А и возникающем при этом на концах напряжении в 1В.
Из школьного курса физики все мы помним формулу для однородного проводника постоянного сечения:
R=ρlS – сопротивление такого проводника зависит от сечения S и длины l
где ρ – удельное сопротивление материала проводника, табличная величина.
Между тремя вышеописанными величинами существует закон Ома для цепи постоянного тока.
Ток в цепи прямо пропорционален величине напряжения в цепи и обратно пропорционален величине сопротивления цепи – закон Ома.
Электрической емкостью называется способность проводника накапливать электрический заряд.
Емкость измеряется в фарадах (1Ф).
1Ф – это емкость конденсатора между обкладками которого возникает напряжение 1В при заряде в 1Кл.
Индуктивность – это величина, характеризующая способность контура, по которому протекает электрический ток, создавать и накапливать магнитное поле.
Индуктивность измеряется в генри.
1Гн – величина, равная ЭДС самоиндукции, возникающей при изменении величины тока в контуре на 1А в течение 1секунды.