Как рассчитать ампераж зная мощность и напряжение: определяем число ватт и ампер

Как рассчитать мощность, силу тока и напряжение: взаимосвязи величин

Установка автоматических выключателей, выбор сечения провода, подбор нового электроприбора для домашних целей – все это требует знания и умения манипулировать основными характеристиками электрического тока. Напряжение, сила тока, мощность неразрывно связаны между собой, изменение одного оказывает влияние на остальные величины. Эту взаимосвязь, а также определение разных характеристик рассмотрим в этой статье.

• Как узнать ток, зная мощность и напряжение?
• Как узнать напряжение, зная силу тока?
• Как рассчитать мощность, зная силу тока и напряжения?
• Как определить потребляемую мощность цепи, имея тестер, который мерит сопротивление?
• Формула расчета сечения провода и как определяется сечение провода

Как узнать ток, зная мощность и напряжение?

В металлах, из которых сделаны провода, находятся свободные электроны, участвующие в работе. На клеммах источника тока создается сила, заставляющая заряды перемещаться по проводнику. Эта сила называется электродвижущей (э. д. с.). В постоянных цепях электроны выходят из источника с одной клеммы и «втягиваются» другой. При движении электронов совершается какая-то работа, зависящая от напряжения и тока. Связь силы тока с мощностью и напряжением видна в формуле:

P = UI,

где P – мощность, Вт; U – напряжение, В; I – ток, А.

Что такое ток? Для наглядности возьмем несколько рек, вода в которых течет с одинаковой скоростью. Однако русло у всех разное: одни реки широкие, другие узкие, какие-то глубокие или мелкие. Понятно, что объем воды, проходящий через контрольную точку, у всех будет разным. Выходит, что чем глубже или шире река, тем большее воды проходит по ней.

То же самое относится к электронам – чем больше их проходит через точку на проводнике, тем больший ток мы имеем.

В отличие от рек, которые в половодье могут разливаться, избыток носителей заряда не может выходить за пределы провода. Как рассчитать пропускную способность кабеля рассмотрим в последнем подзаголовке.

Сравним зависимость силы тока от мощности и напряжения. Для этого воспользуемся приведенной выше формулой.

Внимание! Эта формула предназначена для постоянного тока. Отличие от переменного напряжения будет рассмотрено в следующем подзаголовке.

Сначала все значения следует привести к единой системе. Если мощность выражена в киловаттах или милливаттах, их нужно перевести в ватты. В одном киловатте 1 000 ватт. В одном ватте содержится 1 000 милливатт. То же самое относится и к напряжению. Если переделать формулу в такой вид: I = , то можно рассчитать ток. Например, есть утюг мощностью 1,2 кВт, как узнать ток?

Вольтметром измеряем напряжение в розетке, если прибора нет, можно считать его равным 220 В. Киловатты утюга переводим в ватты, получаем 1 200 ватт.

Эти значения вставляем в формулу: 

Как узнать напряжение, зная силу тока?

Снова поговорим о постоянном напряжении. Напряжение – это сила, действующая на заряженные частицы, заставляющая их двигаться. Вернемся к реке. Даже если она будет широкой и глубокой, но вода в ней не будет двигаться, она не сможет совершать какую-то работу. Движение воды происходит из-за перепада уровней поверхности земли. Чем больше разница между уровнями дна на каком-то участке, тем быстрее будет поток, и тем большую работу может совершать вода.

Напряжение в каком-то смысле можно сравнить с таким перепадом: чем выше напряжение при одном и том же токе, тем большей мощностью обладает энергия, проходящая по проводнику. При постоянном напряжении электроны движутся всегда в одном направлении, но существуют более сложные схемы изменения напряжения или тока:

• переменный;
• периодический;
• синусоидальный;
• квазистационарный;
• высокочастотный;
• пульсирующий;
• однонаправленный.

Эти разновидности часто сопутствуют друг другу. Так в домашней сети применяются сразу три разновидности: переменный, периодический, синусоидальный. Переменное напряжение указывает на противоположные знаки напряжения в течение одного периода. Происходит это следующим образом: напряжение от ноля поднимается до максимального положительного значения, затем опускается до ноля и опускается до максимального отрицательного значения. Поскольку такие изменения происходят за равный промежуток времени, их называют периодическими. Плавные переходы носят синусоидальный вид, что соответствует названию такого тока.

Переменное напряжение может быть:

• однофазным;
• двухфазным;
• трехфазным.

В первом случае есть фазный и нулевой провод. При подключении нагрузки электроны движутся то в одном направлении, то в другом. Чтобы определить соотношение напряжения и мощности в переменном токе используют среднеквадратическое значение. Оно определяется по нагреванию нагрузки одного и того же номинала. Сначала пропускают постоянный ток одного напряжения в течение определенного времени и замеряют температуру нагрева испытуемого тела. Затем опытным путем подбирают такое переменное напряжение, при котором за то же время происходит такое же нагревание.

Для однофазного переменного тока оно будет меньше в от амплитудного значения. То есть в сети вольтметр показывает 220 В среднеквадратическое значение, а амплитудное будет составлять 311 В.

Пояснение! На переменное напряжение сильное влияние оказывает емкость и индуктивность, снижая полезную мощность, но в этой статье мы подробно это не будем разбирать.

Двухфазный ток может быть либо сдвинутым, как, например, взятые две фазы у трехфазной сети, либо противоположным. В последнем случае фазы работают таким образом, что максимальное положительное значение одной фазы, соответствует максимальному отрицательному значению другой.

Для создания вращающегося магнитного поля применяют трехфазную сеть. Обычно к ней подключают электродвигатели. Если обмотки соединены по схеме треугольника, то суммарная мощность каждой фазы будет равна линейной. При подключении по схеме звезда суммарная мощность будет в  больше линейной. Схема подключения электродвигателя указана на его шильдике (табличке).

Определение напряжения при известном токе и мощности, осуществляется по той же формуле. Если определяется трехфазное напряжение, то следует учитывать схему подключения нагрузки и добавлять или нет коэффициент .

Как рассчитать мощность, зная силу тока и напряжения?

Разобравшись с током и напряжением, уже будет легче посчитать мощность, используя все ту же формулу. Однако для переменного тока различают несколько мощностей:

• мгновенная;
• активная;
• реактивная;
• полная.

Мгновенная мощность рассчитывается в момент измерения и может сильно отличаться от полной мощности. Активной называют полезную мощность, которая определяется по формуле:

Косинус фи в синусоидальном токе является коэффициентом мощности, выражается в процентах от 0 до 100 или цифрах от 0 до 1. Показывает сдвиг фаз между током и напряжением. Для трехфазной сети общая активная мощность складывается из отдельных фазных мощностей.

Реактивная мощность учитывает расход энергии на реактивную нагрузку (индуктивность, конденсатор, обмотка электродвигателя), которая снова возвращается к источнику. Для этого используется формула:

Полная мощность состоит из активной и реактивной, причем реактивная может иметь отрицательный или положительный знак.

Как определить потребляемую мощность цепи, имея тестер, который мерит сопротивление?

Кроме перечисленных формул, есть еще и другие, например, такие:

С их помощью можно узнать мощность, не имея данных о напряжении или токе. Стоит отметить, что сопротивление измеряется в Омах.

Осторожно! При измерении сопротивления цепи в ней не должно быть электричества.

Если сопротивление известно, тогда можно узнать, как рассчитать нагрузку по току. Для этого

где R – сопротивление нагрузки, P – мощность нагрузки, I – ток нагрузки. Однако нагрузки, содержащие емкость или индуктивность, таким способом нельзя рассчитать. Также не получится узнать мощность лампы накаливания, измерив сопротивление ее нити, потому что вольфрам при нагревании увеличивает свое сопротивление.

Формула расчета сечения провода и как определяется сечение провода

Раньше уже говорилось, что чрезмерный ток недопустим для проводов. Это связано с их перегревом. Поэтому каждый проводник способен пропускать через себя ограниченный ток. Почему провода греются? Любой материал в нормальных условиях имеет собственное сопротивление.

Проходящий через него ток производит работу по нагреву металла. Этот нагрев допускается до определенной температуры, после чего начинается его плавление.

Рекомендуем прочитать: Принцип работы регулятора напряжения

Существуют специальные таблицы, помогающие подобрать сечение провода в зависимости от рабочего тока. Сечение – это площадь проволоки в разрезе. Как правило, такой разрез имеет вид круга. Чтобы найти сечение, необходимо найти площадь этого круга. Можно воспользоваться формулой:

где S – площадь круга или сечение в мм²; П – постоянное число равное 3,14159265; r – радиус круга. Для определения радиуса диаметр делят на два, затем подставляют в формулу.

Интересно! Многожильный и одножильный провод с одинаковым диаметром способны пропускать разную силу тока.

Мощность, напряжение, сила тока – это основные величины, зависящие друг от друга. Используя одну из приведенных формул, можно найти необходимую величину.

Понравилась статья? Расскажите друзьям:

Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 5 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Как рассчитать мощность тока по формулам с примерами расчетов: определения и разъяснения

Такое физическое понятие, как мощность тока, играет важную роль в электрике. Зная его значение, проводят выбор трансформаторов и генераторов доя больших предприятий.

В домашних условиях мощность также важна. Опираясь на нее, можно максимально правильно подобрать технику и провести электрическую сеть.

Рассмотрим способы расчета при помощи известных силы тока, напряжения и сопротивления.

Определение в физике

Согласно школьному курсу физики, мощность является величиной скалярной. То есть в каждый момент времени она характеризуется определенным числом.

Определение гласит, что она равняется отношению выполненной работы за промежуток времени, к этому же времени. Формула имеет следующий вид: P=dA/dt, гдеdA – это работа, а dt – промежуток времени, потраченный на ее выполнение.

Для бытового использования достаточно знать, что она показывает, насколько быстро будет выполнена работа.

В электрических схемах и в инструкциях к товарам она может обозначаться тремя вариантами: P, W и N. Единицами измерения мощности являются Ватты. При достаточно больших значениях могут использовать киловатты.

Напряжение электричества можно рассчитать при помощи формулы: P=UI, где U – это напряжение цепи, а I – ток, который проходит на заданном участке. Таким образом, зная напряжение и силу тока, можно рассчитать потребление.

При постоянном токе

Существуют два вида тока: постоянный и переменный. 2*R.

При переменном токе

Ток, который со временем меняет свое значение и направление, называется переменным. В этом случае понятие делится на полную, активную и реактивную части. Также присутствует коэффициент мощности. Рассмотрим эти понятия детальнее.

Активная часть рассчитывается при помощи формулы P=UIcosФ, где Ф – это измеряемая в градусах разница между начальными фазами двух изменяемых величин. Иными словами, Ф означает сдвиг фаз. Единицами измерения активного напряжения являются Ватты.

Чтобы определить значение полной части, достаточно подставить имеющиеся силу тока и напряжение в формулу S=UI. Измеряется она в Ваттах либо Вольт-Амперах.

Реактивная составная исходит из формулы Q=UIsinФ. 2), где sqrt – это квадратный корень из значения в скобках. Это выражение подходит для однофазной сети.

Если проводка имеет три фазы, то вид формулы слегка меняется. Так, для определения полной составной используют те же силу тока и фазное напряжение: S=3UI. Если напряжение на фазах неизвестно, то используют линейное значение: S=1.73UI. Цифра 1.73 – это корень из 3.

Аналогичным способом происходит видоизменение для активной и реактивной мощностей. Так, для первого вида имеем: P=3UIcosФ или P=1.73UIcosФ. Реактивная рассчитывается по формуле: Q=3UIsinФ илиQ=1.73UIsinФ.

Зная теорию, можно определить необходимую мощность и, опираясь на это значение, произвести монтаж сети или покупку нужной техники.

Расчет мощности для электродвигателя

Электродвигатель преобразовывает электрическую энергию в механическую. Часто используется на предприятиях.  Для подбора трансформаторов или самой проводки к нему, необходимо знать механическую мощность на валу. Необходимая для расчетов информация подается в паспорте прибора или на торце. Рассмотрим пример.

Согласно поданной информации: Р=160 киловатт, КПД=94%, cosФ=0.9, U=380 Вольт. Зная эти значения, можно без труда определить активную мощность: P=P/n, где n=КПД/100=0.94. Тогда получим P=160000/0.94=170213 Вт.

Полная мощность будет равна S=P/cosФ=170213/0.9=189126 Вт. Опираясь на это значение, выбирают необходимые трансформаторы и параметры электрической сети.

При разных типах соединений

В зависимости от сложности схемы и количества элементов в ней, бывают соединения параллельные и последовательные.

При необходимости определить значение мощности на конкретном участке, тип соединения играет большую роль. Так, при последовательном виде нужно будет знать напряжение, а при параллельном – силу тока. Рассмотрим два разных случая.

Перед нами последовательное соединение с заданными параметрами. Согласно законам физики, найдем общую силу тока: I=U/(I1+I2)=12/20=0. 6 А. Общую мощность для всей сети находим из формулы: P=UI=0.6*10=6 Вт. В нашем случае сопротивление на обоих резисторах имеет одинаковое значение. В этом случае напряжение будет равно: U=IR=0.6*10=6 В. Тогда мощность на резисторах вычислим по формуле: P=UI=6*0.6=3.6 Вт.

Рассмотрим случай с параллельным соединением.Отличается расчёт тем, что нужно находить силу тока на каждом участке: I1=U/R1=12 А, I2=U/R2=6 А. Аналогично на каждом из участков будет разное значение мощности: P1=12*6=72 Вт, P2=12*12=144 Вт. Общая мощность будет равна: P=UI=12*(6+12)=216 Вт.

Чтобы убедиться в правильности расчетов, можно использовать аналогичные формулы с использованием сопротивления. Для начала нужно найти общее сопротивление цепи: R=(R1*R2)/(R1+R2)=0. 66 Ом. При помощи полученного значения находим силу тока I=12/0.66=18 А. Мощность находим при помощи формулы P=12*18=216 Вт. Цифры сошлись, значит все расчеты проведены правильно.

Как видим, мощность можно вычислить несколькими способами. Отличаться они будут заданными исходными параметрами и самим видом электрической цепи. Правильно определить мощность несложно. Достаточно лишь тщательно и без спешки произвести математические расчеты.

Как рассчитать силу тока

••• RomoloTavani/iStock/GettyImages

Обновлено 14 марта 2018 г.

Автор Andrea Becker

рассчитать потребляемую мощность. Величина тока, протекающего по проводу, измеряется в амперах или амперах. Эквивалентом доступной электроэнергии в источнике питания является напряжение или вольты. Наконец, мощность, производимая электричеством, измеряется в ваттах. Все эти измерения взаимосвязаны при расчете потребления электроэнергии.

Вычисление по ваттам и вольтам

Найдите мощность устройства, потребляющего электричество. Любое устройство, потребляющее энергию, называется нагрузкой. Примеры нагрузок включают лампочку и микроволновую печь. Мощность в ваттах часто указана на самом устройстве, но если вы не можете найти номер, возможно, вам придется проверить руководство пользователя.

Определите напряжение вашего источника питания. В Соединенных Штатах большинство бытовых розеток работают на 120 вольт, хотя некоторые, например, электрические плиты или сушилки, часто работают на 220 вольт. Если вашим источником питания является батарея, вам нужно будет посмотреть напряжение. Большие батареи часто 9или 12 вольт, в то время как меньшие батареи с закрытыми элементами, такие как C, AA или AAA, работают от 1 до 3 вольт, в зависимости от размера и состава.

Разделите номинальную мощность на напряжение источника питания. Например, если у вас есть 100-ваттная лампочка в светильнике, подключенном к 120-вольтовой розетке, она будет потреблять 0,83 ампера.

Вычисление в омах и вольтах

Электричество, протекающее по проводам в вашем доме, часто сравнивают с водой, протекающей по шлангу. Вы можете наблюдать размер шланга, количество протекающей через него воды, давление воды и результат разбрызгивания воды. Для электричества протекание тока ограничено сопротивлением протеканию, измеряемым в Омах.

Используйте закон Ома для расчета силы тока с использованием сопротивления. Многие приборы имеют указанное сопротивление. Провод, соединяющий цепь, также имеет переменное сопротивление. В том же смысле через садовый шланг можно пропустить меньше воды, чем через пожарный шланг. Вам не нужно включать это сопротивление, если у вас нет большого количества проводов или вам не нужно быть очень точным.

Найдите напряжение вашего источника питания, как если бы вы вычисляли его из ватт и вольт.

Закон Ома гласит, что напряжение равно произведению силы тока на сопротивление, поэтому, если вы разделите напряжение вашего источника питания на сопротивление нагрузки, вы найдете амперы. Например, если вы подключите фен на 40 Ом к розетке с напряжением 220 вольт, прибор будет потреблять 5,5 ампер.

Вещи, которые вам понадобятся

• Калькулятор
• Объект или руководство пользователя
• Технические характеристики электрической системы

• Расчеты приведены для одной нагрузки. При расчете силы тока для нескольких нагрузок вы можете просто сложить номинальные мощности вместе, но сопротивление может меняться в зависимости от конфигурации цепи.

Предупреждения

• Соблюдайте осторожность при работе с электроэнергией и дважды проверьте свои расчеты у квалифицированного специалиста, если вы рассчитываете силу тока для домашней электросистемы.

Связанные статьи

Ссылки

• Science Hobbyk: Как Watts, Ohms, Amps и Volts связаны
• Университет батареи: путаница с напряжениями
• . Описанные расчеты относятся к одной нагрузке. При расчете силы тока для нескольких нагрузок вы можете просто добавить номинальную мощность, но сопротивление может меняться в зависимости от конфигурации цепи.

Предупреждения

• Соблюдайте осторожность при работе с электричеством и дважды проверьте свои расчеты у квалифицированного специалиста, если вы рассчитываете силу тока для домашней электрической системы.

Об авторе

Андреа Беккер, проживающая в Уэнатчи, штат Вашингтон, специализируется в области биологии, экологии и наук об окружающей среде. Она написала рецензируемые статьи в «Журнале управления дикой природой», программные документы и учебные материалы. Она имеет степень магистра наук в области управления дикой природой Университета штата Айова. Однажды во время работы на нее напал медведь гризли.

AMPS, WATTS, VOLTS: РУКОВОДСТВО ПО ИЗМЕРЕНИЮ МОЩНОСТИ Есть несколько возможных причин, но если в вашем доме или офисе часто происходят перебои в подаче электроэнергии, возможно, вы перегружаете свой автоматический выключатель большим количеством устройств, чем он может выдержать. Чтобы помочь вам лучше понять, как измерять мощность, и узнать, какое потребление вы предъявляете к автоматическому выключателю, вот полезное руководство по амперам, ваттам и вольтам.

СНАЧАЛА ОПРЕДЕЛИМ НАШИ ТЕРМИНЫ

Прежде чем мы углубимся в детали, важно определить несколько основных терминов. Вот примеры электрических измерений, с которыми вы, вероятно, столкнетесь: 

Ампер. Сокращенно от ампер. Ампер — это базовая единица электрического тока в Международной системе единиц (СИ).

Вольт: Единица СИ для электродвижущей силы, или разность потенциалов, при которой сила тока в один ампер при сопротивлении в 1 Ом.

Ватт: Единица мощности в СИ, эквивалентная одному джоулю в секунду, соответствующая мощности в электрической цепи, в которой разность потенциалов составляет один вольт, а сила тока — один ампер.

После прочтения этих определений может остаться неясным, что на самом деле означают эти термины. Полезная аналогия — думать об электричестве как о текущей воде. Амперы будут обозначать объем движущейся воды, а вольты — давление воды. Различные комбинации вольт и ампер дадут разные типы потоков. Например, высокое давление с малым объемом будет похоже на стоматологический ирригатор, а высокое давление и большой объем — на пожарный шланг. Ватт измеряет, какая сила создается типом электрического потока.

РАСЧЕТ ИЗМЕРЕНИЙ МОЩНОСТИ

НОМИНАЛЬНАЯ МОЩНОСТЬ

Ваш автоматический выключатель может выдерживать только определенную силу тока или определенный объем электроэнергии. Он имеет определенную силу тока, которая позволяет ему работать и обеспечивать ваш дом электричеством. Если этот предел превышен, ваш выключатель отключится, чтобы предотвратить повреждение проводки и приборов вашего дома.

КАК ОПРЕДЕЛИТЬ МОЩНОСТЬ ВАШЕГО ДОМА?

Это довольно просто. Все, что вам нужно сделать, это подойти к автоматическому выключателю и проверить ручку. Большинство бытовых цепей рассчитаны на 15-20 ампер, и чем новее ваш дом, тем выше вероятность того, что сила тока будет выше. Зная, какой у вас ток, вы можете узнать, сколько устройств вы можете поддерживать с ним.

СКОЛЬКО МОЩНОСТИ ИСПОЛЬЗУЮТ ВАШИ УСТРОЙСТВА?

Во-первых, убедитесь, что вы знаете, сколько ампер потребляет ваша цепь. Затем проверьте этикетку вашего устройства или руководство пользователя, чтобы узнать, сколько ватт и вольт будет использовать устройство. Разделите количество ватт на количество вольт, и это даст вам максимальное количество ампер, которое потребуется от вашей цепи. Для вас может быть хорошей идеей отслеживать, сколько ампер потребляет каждое устройство. Таким образом, вы можете отслеживать, сколько энергии вы используете. Если вы в конечном итоге превысите свой лимит, вы отключите цепь.

НАПРЯЖЕНИЕ НА ВЫХОДЕ

Напряжение относится к количеству энергии, поступающей от ваших розеток. Это измерение называется вольтами. Одна розетка обычно может выдавать до 120 вольт.

КАКОВЫ РАЗЛИЧНЫЕ ТИПЫ ТОКОВ НАПРЯЖЕНИЯ?

Постоянный ток (DC): Электричество течет в одном направлении. Это тип тока, который будет использовать большинство вашей цифровой электроники.

Переменный ток (AC): Электричество будет периодически менять направление своего потока. Большинство домов подключены к сети переменного тока, поэтому ваш дом, скорее всего, тоже рассчитан на нее.

СКОЛЬКО ВОЛЬТ ВЫХОДИТ ИЗ МОЕЙ РОЗЕТКИ?

Опять же, убедитесь, что вы знаете силу тока вашей цепи. Затем проверьте устройство, которое вы подключаете к розетке, на предмет того, сколько ватт оно потребляет. Все, что вам нужно сделать после этого, это разделить количество ватт на силу тока вашей цепи. Полученное число — это количество вольт, выходящее из вашей розетки, чтобы помочь поддерживать ваше устройство.

ИЗМЕРЕНИЯ В ВАТАХ

Мы уже обсуждали амперы и вольты выше, но есть еще один вопрос, который необходимо учитывать — ватты. Ватт – это мера электричества или одна единица мощности.

КАК РАССЧИТАТЬ МОЩНОСТЬ ВАШЕЙ ЦЕПИ?

Все, что вам нужно знать, это две вещи. Как обсуждалось в предыдущих расчетах, вам нужно знать силу тока вашей цепи. Вам также необходимо знать, сколько вольт может выдавать ваша розетка.