電流、電壓、功率：電的基本特性

長期以來，人類一直使用電來滿足他的需要，但它是無形的，不被感官感知，因此很難理解。為了簡化電氣過程的解釋，通常將它們與運動流體的水力特性進行比較。

例如，她通過電報來到我們的公寓 電能 來自遠程發電機和來自壓力泵的自來水。但是，開關會關燈，關閉的水龍頭會阻止水從水龍頭流出。要完成這項工作，您需要打開開關並打開水龍頭。

通過電線的定向自由電子流將沖向燈泡的燈絲（電流將流動），從而發光。從水龍頭流出的水會排入水槽。

這種類比還可以理解定量特徵、將電流強度與液體移動速度相關聯以及估計其他參數。

將電源電壓與液體源的能量勢進行比較。例如，管道中泵的液壓增加會產生高速流體運動，並增加電壓（或相位之間的差異 - 輸入線和工作零線 - 輸出）會增加燈泡的白熾度，即它的輻射強度。

將電路的電阻與液壓流的製動力進行比較。流量受以下因素影響：

• 液體粘度；

• 通道橫截面的堵塞和變化。 （如果是水龍頭，則為控制閥的位置。）

電阻值受幾個因素影響：

• 決定導體中自由電子存在並影響的物質的結構 反抗; 

• 電流導體的截面積和長度；

• 溫度。

電力也與液壓系統中流動的能量潛力進行比較，並根據每單位時間所做的功進行估算。電器的功率由消耗的電流和施加的電壓（對於交流和直流電路）表示。

著名科學家研究了電的所有這些特性，他們給出了電流、電壓、功率、電阻的定義，並用數學方法描述了它們之間的相互關係。

下表顯示了交流和直流電路的一般關係，可用於分析特定電路的性能。

讓我們看一下它們的一些使用示例。

示例#1。如何計算阻力和功​​率

假設您要選擇限流器來為照明電路供電。我們知道車載網絡 «U» 的電源電壓等於 24 伏，電流消耗 «I» 為 0.5 安培，不得超過。根據歐姆定律的表達式 (9)，我們計算出電阻 «R»。 R = 24 / 0.5 = 48 歐姆。

乍一看，電阻的值是確定的。然而，這還不夠。為了sema的可靠運行，需要根據電流消耗來計算功率。

根據焦耳-楞次定律的運行，有功功率 «P» 與通過導線的電流 «I» 和施加的電壓 «U» 成正比。這種關係由表中的公式 (11) 描述以下。

我們計算：P = 24×0.5 = 12 W。

如果我們使用公式（10）或（12），我們得到相同的值。

通過電流消耗計算電阻器的功率表明，在所選電路中，必須使用 48 歐姆和 12 W 的電阻器。功率較低的電阻器將無法承受施加的負載，它會發熱並燒毀隨著時間的流逝。

此示例顯示負載電流和網絡電壓如何影響用戶功率的相關性。

示例#2。如何計算電流

對於一組用於為廚房中的家用電器供電的插座，需要選擇保護斷路器。根據護照數據，設備的功率為 2.0、1.5 和 0.6 kW。

回答。公寓使用 220 伏單相交流網絡。同時連接工作的所有設備的總功率將為 2.0 + 1.5 + 0.6 = 4.1 kW = 4100 W。

使用公式（2），我們確定這組消費者的總電流：4100/220 = 18.64 A。

最接近的額定斷路器的跳閘率為 20 安培。我們選擇它。值低於 16 A 的機器將因過載而永久關閉。

交流電中電路參數的差異

單相網絡

在分析電器參數時，有必要考慮到它們在交流電路中運行的特殊性，當由於工業頻率的影響，電容負載出現在電容器中（它們將電流矢量移動 90度），並且在線圈的繞組中 — 感應（電流比電壓滯後 90 度）。在電氣工程中，它們被稱為無功負載...它們一起產生無功功率損耗 «Q»，無功而返。

對於有源負載，電流和電壓之間沒有相移。

以這種方式，無功分量被添加到交流電路中電器功率的有功值，因此總功率增加，通常稱為全功率並由索引«S»表示。

單相網絡中的交流正弦電流

電流和頻率電壓以正弦方式隨時間變化。相應地，權力也發生了變化。在不同的時間點確定它們的參數沒有多大意義。因此，總（積分）值選擇一定的時間段，通常是振盪週期 T。

了解交流和直流電路參數之間的差異，可以讓您在每種特定情況下通過電流和電壓正確計算功率。

三相網絡

基本上，它們由三個相同的單相電路組成，在復平面上相對於彼此偏移 120 度。它們在每一相的負載上略有不同，將電流從電壓偏移角度 phi。由於這種不均勻性，在中性導體中產生了電流 I0。

三相網絡中的交流正弦電流

該系統中的電壓由相電壓 (220 V) 和線電壓 (380 V) 組成。

連接在電路中的三相電流裝置的功率是各相元件的總和。它是使用特殊設備測量的：瓦特表（有源元件）和電壓表（無功）。可以使用三角公式根據瓦特表和電壓表測量值計算三相電流設備的總功耗。

還有一種間接測量方法是使用電壓表和電流表，然後計算所得值。

您還可以在知道視在功率 S 的大小的情況下計算總電流消耗。為此，將其除以線電壓值就足夠了。