nguồn điện một chiều

Định nghĩa và công thức

Công suất Là công thực hiện trong một đơn vị thời gian. Công suất điện bằng tích của dòng điện và điện áp: P = U ∙ I. Các công thức công suất khác có thể được suy ra từ đây:

P = r ∙ I ∙ I = r ∙ I^2;

P = U ∙ U/r = U^2/r.

Chúng tôi có được đơn vị đo công suất bằng cách thay thế các đơn vị đo điện áp và dòng điện trong công thức:

[P] = 1 B ∙ 1 A = 1 BA.

Đơn vị đo công suất điện bằng 1 VA được gọi là oát (W). Tên vôn-ampe (VA) được sử dụng trong kỹ thuật điện xoay chiều, nhưng chỉ để đo công suất biểu kiến ​​và phản kháng.

Các đơn vị đo năng lượng điện và cơ học được kết nối bằng các kết nối sau:

1 W = 1/9,81 kg • m/s ≈1/10 kg • m/s;

1 kg • m/s = 9,81 W ≈10 W;

1 mã lực = 75 kg • m/s = 736 W;

1 kW = 102 kg • m/giây = 1,36 mã lực

Nếu bạn không tính đến tổn thất năng lượng không thể tránh khỏi, động cơ 1 kW có thể bơm 102 lít nước mỗi giây lên độ cao 1 m hoặc 10,2 lít nước lên độ cao 10 m.

Năng lượng điện được đo bằng oát kế.

Ví dụ về

1. Bộ phận đốt nóng của lò điện có công suất 500 W, hiệu điện thế 220 V được làm bằng dây điện trở cao.Tính điện trở của phần tử và cường độ dòng điện chạy qua nó (Hình 1).

Ta tìm cường độ dòng điện theo công thức công suất điện P = U ∙ I,

từ đó I = P / U = (500 Bm) / (220 V) = 2,27 A.

Điện trở được tính theo công thức công suất khác: P = U^2 / r,

trong đó r = U^2 / P = (220^2)/500 = 48400/500 = 96,8 Ohm.

Cơm. 1.

2. Xoắn ốc (Hình 2) phải có điện trở gì trên tấm ở cường độ dòng điện 3 A và công suất 500 W?

Cơm. 2.

Đối với trường hợp này, hãy áp dụng một công thức lũy thừa khác: P = U ∙ I = r ∙ I ∙ I = r ∙ I^2;

do đó r = P/I^2 = 500/3^2 = 500/9 = 55,5 ôm.

3. Công suất nào được chuyển thành nhiệt với điện trở r = 100 Ohm, được kết nối với mạng có điện áp U = 220 V (Hình 3)?

P = U^2/r = 220^2/100 = 48400/100 = 484 W.

Cơm. 3.

4. Trong sơ đồ hình. 4 ampe kế chỉ cường độ dòng điện I = 2 A. Tính điện trở của người dùng và công suất điện tiêu thụ trên điện trở r = 100 Ôm khi mắc vào mạng có hiệu điện thế U = 220 V.

Cơm. 4.

r = U/I = 220/2 = 110 Ôm;

P = U ∙ I = 220 ∙ 2 = 440 W hoặc P = U^2/r = 220^2/110 = 48400/110 = 440 W.

5. Đèn chỉ hiển thị điện áp danh định là 24 V. Để xác định phần còn lại của dữ liệu đèn, chúng tôi lắp ráp mạch như trong hình. 5. Điều chỉnh cường độ dòng điện bằng biến trở sao cho vôn kế nối với các cực của đèn chỉ hiệu điện thế Ul = 24 V. Ampe kế chỉ cường độ dòng điện I = 1,46 A. Bóng đèn có công suất và điện trở gì, hiệu điện thế và công suất tiêu hao là bao nhiêu? ở biến trở?

Cơm. 5.

Công suất đèn P = Ul ∙ I = 24 ∙ 1,46 = 35 W.

Điện trở của nó là rl = Ul/I = 24/1,46 = 16,4 ôm.

Điện áp biến trở giảm Uр = U-Ul = 30-24 = 6 V.

Tổn thất điện năng trong biến trở Pр = Uр ∙ I = 6 ∙ 1,46 = 8,76 W.

6. Trên tấm của lò điện, dữ liệu danh nghĩa của nó được chỉ định (P = 10 kW; U = 220 V).

Xác định điện trở của lò và dòng điện chạy qua nó trong quá trình hoạt động P = U ∙ I = U^2 / r;

r = U^2/P = 220^2/10000 = 48400/10000 = 4,84 Ôm; Tôi = P / U = 10000/220 = 45,45 A.

Cơm. 6.

7. Điện áp U ở các cực của máy phát là bao nhiêu, nếu ở dòng điện 110 A, công suất của nó là 12 kW (Hình 7)?

Vì P = U ∙ I nên U = P/I = 12000/110 = 109 V.

Cơm. 7.

8. Trong sơ đồ hình. 8 cho thấy hoạt động của bảo vệ dòng điện từ. Tại một dòng điện EM nhất định, nam châm điện, được giữ bởi lò xo P, sẽ hút phần ứng, mở tiếp điểm K và ngắt dòng điện. Trong ví dụ của chúng tôi, bảo vệ dòng điện làm gián đoạn mạch hiện tại ở dòng điện I≥2 A. Có thể bật đồng thời bao nhiêu đèn 25 W ở điện áp nguồn U = 220 V để bộ giới hạn không hoạt động?

Cơm. tám.

Bảo vệ được kích hoạt ở I = 2 A, tức là ở công suất P = U ∙ I = 220 ∙ 2 = 440 W.

Chia tổng công suất của một đèn, chúng tôi nhận được: 440/25 = 17,6.

17 đèn có thể được thắp sáng cùng một lúc.

9. Một lò nướng điện có ba phần tử đốt nóng có công suất 500 W, hiệu điện thế 220 V, mắc song song.

Tổng điện trở, cường độ dòng điện và công suất khi lò hoạt động (Hình 91) là bao nhiêu?

Tổng công suất của lò là P = 3 ∙ 500 W = 1,5 kW.

Dòng điện thu được là I = P / U = 1500/220 = 6,82 A.

Kết quả điện trở r = U / I = 220 / 6,82 = 32,2 Ohm.

Cường độ dòng điện của một tế bào là I1 = 500/220 = 2,27 A.

Điện trở của một phần tử: r1 = 220 / 2,27 = 96,9 Ohm.

Cơm. chín.

10. Tính điện trở và cường độ dòng điện của người dùng nếu oát mét hiển thị công suất 75 W ở điện áp nguồn U = 220 V (Hình 10).

Cơm. mười.

Vì P = U^2 / r nên r = U^2 / P = 48400/75 = 645,3 ôm.

Dòng điện I = P/U = 75/220 = 0,34 A.

11. Một con đập có mực nước hạ xuống h = 4 m, cứ mỗi giây có 51 lít nước đi vào tuabin qua đường ống. Công suất cơ học nào được chuyển đổi thành năng lượng điện trong máy phát điện nếu không tính đến tổn thất (Hình 11)?

Cơm. mười một.

Cơ năng Pm = Q ∙ h = 51 kg/s ∙ 4 m = 204 kg • m/s.

Do đó, công suất điện Pe = Pm: 102 = 204: 102 = 2 kW.

12. Động cơ máy bơm phải có công suất bằng bao nhiêu để mỗi giây bơm được 25,5 lít nước từ độ sâu 5 m vào bể đặt ở độ cao 3 m? Các khoản lỗ không được tính đến (Hình 12).

Cơm. 12.

Tổng chiều cao nước dâng h = 5 + 3 = 8 m.

Công suất cơ học Pm = Q ∙ h = 25,5 ∙ 8 = 204 kg • m/giây.

Công suất điện Pe = Pm: 102 = 204: 102 = 2 kW.

13. Nhà máy thủy điện nhận từ bể cho một tuabin cứ sau 4 m3 nước. Chênh lệch giữa mực nước trong hồ chứa và tuabin là h = 20 m.Xác định công suất của một tuabin mà không tính đến tổn thất (Hình 13).

Cơm. 13.

Cơ năng của nước chảy Pm = Q ∙ h = 4 ∙ 20 = 80 t/s • m; Pm = 80.000 kg • m/s.

Công suất điện của 1 tua bin Pe = Pm: 102 = 80.000: 102 = 784 kW.

14. Trong động cơ điện một chiều kích từ song song, cuộn dây phần ứng và cuộn kích từ được mắc song song. Cuộn dây phần ứng có điện trở r = 0,1 Ohm và cường độ dòng điện phần ứng I = 20 A. Cuộn dây kích từ có điện trở rv = 25 Ohm và cường độ dòng điện Iw = 1,2 A. Công suất bị mất mát ở hai cuộn dây là bao nhiêu? động cơ ( Hình 14)?

Cơm. mười bốn.

Tổn thất công suất ở cuộn dây phần ứng P = r ∙ I^2 = 0,1 ∙ 20^2 = 40 W.

Tổn thất điện năng cuộn dây kích thích

Pv = rv ∙ Iv^2 = 25 ∙ 1.2^2 = 36 W.

Tổng tổn thất trong cuộn dây động cơ P + Pv = 40 + 36 = 76 W.

15. Tấm gia nhiệt 220 V có bốn giai đoạn gia nhiệt có thể chuyển đổi, đạt được bằng cách chuyển đổi khác nhau trên hai phần tử gia nhiệt có điện trở r1 và r2, như thể hiện trong hình. 15.

Cơm. 15.

Xác định điện trở r1 và r2 nếu phần tử gia nhiệt thứ nhất có công suất 500 W và phần thứ hai là 300 W.

Vì công suất giải phóng trong điện trở được biểu thị bằng công thức P = U ∙ I = U^2 / r, nên điện trở của phần tử gia nhiệt thứ nhất

r1 = U^2/P1 = 220^2/500 = 48400/500 = 96,8 Ôm,

và bộ phận làm nóng thứ hai r2 = U^2/P2 = 220^2/300 = 48400/300 = 161,3 ôm.

Ở vị trí giai đoạn IV, các điện trở được mắc nối tiếp. Công suất của bếp điện ở vị trí này bằng:

P3 = U^2 / (r1 + r2) = 220^2 / (96,8 + 161,3) = 48400 / 258,1 = 187,5 W.

Ở vị trí giai đoạn I, các phần tử gia nhiệt được kết nối song song và điện trở thu được là: r = (r1 ∙ r2) / (r1 + r2) = (96,8 ∙ 161,3) / (96,8 + 161,3) = 60,4 Ohm.

Công suất gạch ở vị trí bước I: P1 = U^2 / r = 48400 / 60,4 = 800 W.

Chúng tôi có được sức mạnh tương tự bằng cách thêm sức mạnh của các bộ phận làm nóng riêng lẻ.

16. Một bóng đèn có dây tóc vonfram được thiết kế cho công suất 40 W và hiệu điện thế 220 V. Đèn có điện trở và cường độ dòng điện là bao nhiêu ở trạng thái nguội và ở nhiệt độ hoạt động là 2500 ° C?

Công suất đèn P = U ∙ I = U^2/r.

Do đó, điện trở của dây tóc bóng đèn ở trạng thái nóng là rt = U^2 / P = 220^2/40 = 1210 Ohm.

Điện trở của sợi nguội (ở 20°C) được xác định theo công thức rt = r ∙(1 + α ∙ ∆t),

từ đó r = rt / (1 + α ∙ ∆t) = 1210 / (1 + 0,004 ∙ (2500-20)) = 1210 / 10,92 = 118 ôm.

Dòng điện I = P/U = 40/220 = 0,18 A chạy qua sợi dây của đèn ở trạng thái nóng.

Dòng khởi động là: I = U/r = 220/118 = 1,86 A.

Khi bật, dòng điện gấp khoảng 10 lần so với đèn nóng.

17. Điện áp và tổn thất điện năng trong dây dẫn trên không bằng đồng của đường sắt điện khí hóa (Hình 16) là gì?

Cơm. 16.

Dây dẫn có tiết diện 95 mm2. Một động cơ tàu điện tiêu thụ một cường độ dòng điện 300 A khi đặt cách nguồn điện 1,5 km.

Tổn hao (sụt) điện áp trên đường dây giữa điểm 1 và điểm 2 Up = I ∙ rπ.

Điện trở dây tiếp xúc rp = (ρ ∙ l) / S = 0,0178 ∙ 1500/95 = 0,281 Ohm.

Điện áp rơi trong dây tiếp xúc Up = 300 ∙ 0,281 = 84,3 V.

Điện áp Ud ở các cực D của động cơ sẽ nhỏ hơn 84,3 V so với điện áp U ở các cực nguồn G.

Điện áp rơi ở dây tiếp xúc trong quá trình tàu điện chuyển động thay đổi. Tàu điện càng di chuyển xa nguồn dòng điện thì đường dây càng dài, nghĩa là điện trở và hiệu điện thế giảm trên nó càng lớn.Dòng điện trên thanh ray quay về nguồn nối đất G. Điện trở của thanh ray và mặt đất là thực tế bằng không.