करंट, वोल्टेज, पावर: बिजली की बुनियादी विशेषताएं

बिजली का उपयोग लंबे समय से मनुष्य द्वारा अपनी जरूरतों को पूरा करने के लिए किया जाता रहा है, लेकिन यह अदृश्य है, इंद्रियों द्वारा महसूस नहीं किया जाता है, इसलिए इसे समझना मुश्किल है। विद्युत प्रक्रियाओं की व्याख्या को सरल बनाने के लिए, उनकी तुलना अक्सर गतिमान द्रव की हाइड्रोलिक विशेषताओं से की जाती है।

उदाहरण के लिए, वह तार द्वारा हमारे अपार्टमेंट में आती है विद्युतीय ऊर्जा रिमोट जनरेटर से और एक दबाव पंप से नल का पानी। हालाँकि, स्विच रोशनी बंद कर देता है और बंद पानी का नल पानी को नल से बाहर निकलने से रोकता है। काम करने के लिए, आपको स्विच चालू करना होगा और नल खोलना होगा।

तारों के माध्यम से मुक्त इलेक्ट्रॉनों का एक निर्देशित प्रवाह बल्ब के फिलामेंट (एक विद्युत प्रवाह प्रवाहित होगा) में जाएगा जो प्रकाश का उत्सर्जन करेगा। नल से निकलने वाला पानी सिंक में बह जाएगा।

यह सादृश्य मात्रात्मक विशेषताओं को समझना भी संभव बनाता है, वर्तमान की ताकत को तरल की गति की गति से संबंधित करने और अन्य मापदंडों का अनुमान लगाने के लिए।

मुख्य वोल्टेज की तुलना तरल स्रोत की ऊर्जा क्षमता से की जाती है। उदाहरण के लिए, एक पाइप में एक पंप से हाइड्रोलिक दबाव में वृद्धि द्रव गति का एक उच्च वेग पैदा करेगी, और वोल्टेज में वृद्धि (या चरण की क्षमता के बीच का अंतर - इनपुट तार और काम करने वाला शून्य - आउटपुट) बल्ब की गरमागरमता, उसके विकिरण की शक्ति में वृद्धि करेगा।

विद्युत सर्किट के प्रतिरोध की तुलना हाइड्रोलिक प्रवाह के ब्रेकिंग बल से की जाती है। प्रवाह दर इससे प्रभावित होती है:

• तरल चिपचिपापन;

• क्लॉगिंग और चैनलों के क्रॉस-सेक्शन में परिवर्तन। (पानी के नल के मामले में, नियंत्रण वाल्व की स्थिति।)

विद्युत प्रतिरोध का मूल्य कई कारकों से प्रभावित होता है:

• पदार्थ की संरचना जो एक कंडक्टर में मुक्त इलेक्ट्रॉनों की उपस्थिति को निर्धारित करती है और प्रभावित करती है प्रतिरोध; 

• पार के अनुभागीय क्षेत्र और वर्तमान कंडक्टर की लंबाई;

• तापमान।

विद्युत शक्ति की तुलना हाइड्रोलिक्स में प्रवाह की ऊर्जा क्षमता से भी की जाती है और इसका अनुमान प्रति यूनिट समय में किए गए कार्य से लगाया जाता है। एक विद्युत उपकरण की शक्ति वर्तमान खींची गई और लागू वोल्टेज (एसी और डीसी सर्किट के लिए) द्वारा व्यक्त की जाती है।

बिजली की इन सभी विशेषताओं का अध्ययन प्रसिद्ध वैज्ञानिकों ने किया जिन्होंने करंट, वोल्टेज, पावर, रेजिस्टेंस की परिभाषा दी और उनके बीच के आपसी संबंधों को गणितीय तरीकों से वर्णित किया।

निम्न तालिका एसी और डीसी सर्किट के सामान्य संबंधों को दर्शाती है जिनका उपयोग विशिष्ट सर्किट के प्रदर्शन का विश्लेषण करने के लिए किया जा सकता है।

आइए उनके उपयोग के कुछ उदाहरण देखें।

उदाहरण 1। प्रतिरोध और शक्ति की गणना कैसे करें

मान लीजिए कि आप लाइटिंग सर्किट को पावर देने के लिए करंट लिमिटर का चयन करना चाहते हैं। हम ऑन-बोर्ड नेटवर्क "यू" की आपूर्ति वोल्टेज को जानते हैं, जो 24 वोल्ट के बराबर है और वर्तमान खपत "आई" 0.5 एम्पीयर है, जिसे पार नहीं किया जाना चाहिए। ओम के नियम की अभिव्यक्ति (9) के अनुसार, हम प्रतिरोध «आर» की गणना करते हैं। आर = 24 / 0.5 = 48 ओम।

पहली नज़र में, रोकनेवाला का मान निर्धारित होता है। हालाँकि, यह पर्याप्त नहीं है। सेमा के विश्वसनीय संचालन के लिए, वर्तमान खपत के अनुसार बिजली की गणना करना आवश्यक है।

जूल-लेनज़ कानून के संचालन के अनुसार, सक्रिय शक्ति «पी» तार और लागू वोल्टेज «यू» से गुजरने वाले वर्तमान «आई» के सीधे आनुपातिक है। यह संबंध तालिका में सूत्र (11) द्वारा वर्णित है नीचे।

हम गणना करते हैं: पी = 24×0.5 = 12 डब्ल्यू।

यदि हम सूत्र (10) या (12) का उपयोग करते हैं तो हमें वही मूल्य मिलता है।

इसकी वर्तमान खपत से रोकनेवाला की शक्ति की गणना से पता चलता है कि चयनित सर्किट में 48 ओम और 12 डब्ल्यू के प्रतिरोध का उपयोग करना आवश्यक है। कम शक्ति वाला एक रोकनेवाला लागू भार का सामना नहीं करेगा, यह गर्म हो जाएगा और बाहर जल जाएगा समय की धारा के साथ।

यह उदाहरण इस बात पर निर्भर करता है कि वर्तमान लोड और नेटवर्क वोल्टेज उपयोगकर्ता की शक्ति को कैसे प्रभावित करते हैं।

उदाहरण #2। करंट की गणना कैसे करें

रसोई में घरेलू बिजली के उपकरणों को बिजली देने के उद्देश्य से सॉकेट्स के समूह के लिए, एक सुरक्षात्मक सर्किट ब्रेकर का चयन करना आवश्यक है। पासपोर्ट डेटा के अनुसार उपकरणों की शक्ति 2.0, 1.5 और 0.6 kW है।

उत्तर। अपार्टमेंट 220-वोल्ट सिंगल-फेज एसी नेटवर्क का उपयोग करता है। एक ही समय में काम से जुड़े सभी उपकरणों की कुल शक्ति 2.0 + 1.5 + 0.6 = 4.1 kW = 4100 W होगी।

सूत्र (2) का उपयोग करते हुए, हम उपभोक्ताओं के समूह की कुल धारा निर्धारित करते हैं: 4100/220 = 18.64 ए।

निकटतम रेटेड सर्किट ब्रेकर की ट्रिपिंग दर 20 एम्पीयर है। हम इसे चुनते हैं। 16 ए से कम मूल्य वाली मशीन ओवरलोड से स्थायी रूप से बंद हो जाएगी।

प्रत्यावर्ती धारा में विद्युत परिपथों के मापदंडों में अंतर

एकल-चरण नेटवर्क

विद्युत उपकरणों के मापदंडों का विश्लेषण करते समय, वैकल्पिक चालू सर्किट में उनके संचालन की ख़ासियत को ध्यान में रखना आवश्यक है, जब औद्योगिक आवृत्ति के प्रभाव के कारण, कैपेसिटर में कैपेसिटिव लोड दिखाई देते हैं (वे वर्तमान वेक्टर को 90 से स्थानांतरित करते हैं) डिग्री वोल्टेज वेक्टर से आगे), और कॉइल की वाइंडिंग में - इंडक्टिव (वोल्टेज के पीछे करंट 90 डिग्री है)। इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में उन्हें रिएक्टिव लोड कहा जाता है... साथ में वे प्रतिक्रियाशील पावर लॉस «क्यू» बनाते हैं जो कोई उपयोगी काम नहीं करते हैं।

सक्रिय भार के साथ, वर्तमान और वोल्टेज के बीच कोई चरण परिवर्तन नहीं होता है।

इस तरह, वैकल्पिक चालू सर्किट में एक विद्युत उपकरण की शक्ति के सक्रिय मूल्य में एक प्रतिक्रियाशील घटक जोड़ा जाता है, जिसके कारण कुल शक्ति बढ़ जाती है, जिसे आमतौर पर पूर्ण कहा जाता है और इसे "एस" सूचकांक द्वारा इंगित किया जाता है।

एकल-चरण नेटवर्क में वैकल्पिक साइनसॉइडल करंट

विद्युत प्रवाह और आवृत्ति वोल्टेज समय के साथ साइनसोइडल तरीके से भिन्न होते हैं। तदनुसार, सत्ता में परिवर्तन होता है। समय के विभिन्न बिंदुओं पर उनके मापदंडों का निर्धारण करने का कोई मतलब नहीं है। इसलिए, कुल (एकीकृत) मूल्यों को एक निश्चित अवधि के लिए चुना जाता है, एक नियम के रूप में, दोलन अवधि टी।

प्रत्यावर्ती और प्रत्यक्ष धारा सर्किट के मापदंडों के बीच अंतर को जानने से आप प्रत्येक विशिष्ट मामले में वर्तमान और वोल्टेज के माध्यम से शक्ति की सही गणना कर सकते हैं।

तीन चरण नेटवर्क

मूल रूप से, उनमें तीन समान एकल-चरण सर्किट होते हैं, जो जटिल तल पर एक दूसरे के सापेक्ष 120 डिग्री से ऑफसेट होते हैं। वे प्रत्येक चरण में भार में थोड़ा भिन्न होते हैं, वर्तमान को वोल्टेज से कोण फाई द्वारा स्थानांतरित करते हैं। इस असमानता के कारण न्यूट्रल कंडक्टर में एक करंट I0 बनता है।

तीन-चरण नेटवर्क में वैकल्पिक साइनसोइडल करंट

इस प्रणाली में वोल्टेज में चरण वोल्टेज (220 वी) और लाइन वोल्टेज (380 वी) होते हैं।

सर्किट से जुड़े तीन चरण के मौजूदा डिवाइस की शक्ति प्रत्येक चरण में घटकों का योग है। इसे विशेष उपकरणों का उपयोग करके मापा जाता है: वाटमीटर (सक्रिय घटक) और वर्मीटर (प्रतिक्रियाशील)। त्रिभुज सूत्र का उपयोग करके वाटमीटर और वर्मीटर माप के आधार पर तीन-चरण के वर्तमान उपकरण की कुल बिजली खपत की गणना करना संभव है।

प्राप्त मूल्यों की बाद की गणना के साथ वोल्टमीटर और एमीटर के उपयोग के आधार पर एक अप्रत्यक्ष माप पद्धति भी है।

आप कुल वर्तमान खपत की गणना भी कर सकते हैं, स्पष्ट शक्ति एस के परिमाण को जानकर। ऐसा करने के लिए, इसे लाइन वोल्टेज के मान से विभाजित करने के लिए पर्याप्त है।