Практические примеры использования знаний из темы «Последовательное соединение потребителей

Потери напряжения в линии. Посмотрите на схему — обычная простая схема: источник, соединительные провода, потребитель.

Сколько здесь потребителей?

Один, конечно…

Один, если источник и потребитель расположены рядом. А если потребитель удален от источника, то получается ТРИ потребителя: источник, верхний провод, потребитель, нижний провод. Сопротивление проводов может быть достаточно заметным. Иногда напряжение источника делится — часть Напряжения остается на верхнем (по схеме) проводе, а часть — на нижнем проводе ДВА.

Поэтому напряжение на потребителе всегда меньше, чем на источнике, — происходит потеря напряжения в линии.

Вспомните известную формулу (ее нельзя забывать — уже сколько раз мы к ней обращались — с § 9 U=1R.

Падение напряжения на участке цепи тем больше, чем больше сила тока и чем больше сопротивление участка.

Все, конечно замечают, что в вечернее время лампочки и другие потребители работают хуже. Вы должны это свободно уже объяснить — почему хуже именно в вечернее время, а поздно ночью, наоборот, лампочки горят слишком ярко: ^U_пров=^1R_пров. Вечером включается все больше и больше потребителей. (Будем считать, параллельно. Почему «будем считать»? Тоже серьезный вопрос, на который специалист должен отвечать сознательно).

Итак, вечером много потребителей включается параллельно. Сила тока в проводах увеличивается (I=I₁+I₂+I₃+I₄+.). A за счет этого (смотрите на формулу) увеличивается и падение напряжения в проводах линии. Именно в проводах, потому что общий ток увеличивается в проводах: ^U_пров=^{^}1R_пров. К потребителям проходит то, что остается:

U_потр=U_ист-U_пров, или U_потр=U_ист-IR_пров.

Подумайте и разберитесь — что означает: U_ист=? U_потр=? Iэто чей ток?

Еще раз: напряжение на потребителе U_потр=U_ист-U_потр-?

U_потр=U_ист-IR_пров.

В нашей формуле есть еще и сопротивление проводов, но ведь провода и днем, и вечером, и ночью одни и те же. Сопротивление проводов и днем, и ночью одинаково. Впрочем, точно ли одинаково? Загляните в § 7. vU_порт=U_ист-I^R_пров.

Важный вопрос: Вы хорошо поняли, от чего и как зависит напряжение на потребителях, т. е. дома?

По нормам потеря напряжения в проводах не должна превышать 2,5−5% от нормального напряжения. При большей потерей напряжения лампочки светят хуже, телевизоры работают плохо, а электродвигатели могут остановиться и сгореть.

Поэтому, прежде чем протягивать новую линию или подключать мощные потребители к существующей линии, надо произвести хотя бы примерный расчет, чтобы убедиться, насколько все соответствует нормам. В противном случае работа может оказаться напрасной. Или при включении нового мощного потребителя не только он работать не будет, но и у соседей двигатели остановятся и сгорят.

Пример расчета проводов Задание 1. Необходимо установить двигатель для насоса на расстоянии 300 м от источника. Линия уже имеется, провод алюминиевый, сечение 12 мм². Ток электродвигателя 25А (на нем это написано). Напряжение источника 230 В. Нормальное напряжение на двигателе 220 В. Допустима потеря напряжения 5%, т. е. 220 * 0,07=11 В, т. е. на двигателе должно быть напряжение не менее 220−11=209 В.

(I=300м; P=0,03; I=25A; U_ист=230В; U_порт=209В; S=12мм²; U_порт=?

Проверим, сколько же вольт будет на самом деле: U_порт=U_ист-U_пров=230−37,5=192,5 В.

Потерю напряжению в проводах определим так:

U_пров=IR_пров=25*1,5=37,5 В.

Сопротивление проводов определим так:

R_пров===1,5Ом.

Не забудьте: I-300 м — это длина линии, а длина проводов — в два раза больше, ведь ДВА провода.

Что видно из расчета? Видно, что при данных условиях на потребителе будет всего 192,5 В, а надо не меньше 209 В, т. е. двигатель находится на пределе своих возможностей, может остановиться и сгореть (если не будет защиты, конечно).

В технике нет безвыходных положений!

Что же надо делать? Надо понимать и думать:

или уменьшить сопротивление проводов, т. е. применить провода с большим сечением (алюминиевые);

или заменить алюминиевые провода на медные; это сейчас применяется редко — медные провода слишком дорогие; Или уменьшить ток, а значит уменьшить мощность потребителя, если это возможно. А это возможно лишь тогда, когда насос будет подавать меньше воды в секунду. А это возможно или прикрыв задвижку на всасывающей линии, или заменив двигатель на менее мощный. Как видите, есть много «если», но что-то делать надо — урожай пропадает…

Задание 2. Попробуйте заменить провода сечением 12 мм² на провода сечением 16 мм². Решите и проверьте: что будет? (И свои знание тоже проверьте — насколько вы можете предсказывать, что будет?) Следующее стандартное сечение проводов 25 мм².

Задание 3. Если линии еще нет, то можно сразу посчитать, какого сечения провода надо применять: Исходные данные те же: I=300м, I=25А, U_ист=230 В, U_порт=209 В,.

g=; S=?

S===22,5 мм²;

R_пров===0,80 м.

Расчет показа — надо применять алюминиевые провода сечением 22,5 мм². Но такого сечения провод промышленность не выпускает. Надо брать ближайший больший по сечению провод, т. е. 25 мм² — будет даже небольшой запас сечения (небольшой — это можно).

Расчет добавочных сопротивлений (еще пример из темы «Последовательное соединение»).

«Домашняя» задача: электрическая бритва рассчитана на напряжение 127 В, и мощность ее 10 Вт. Напряжение сети 220 В. Что же делать?

В таких случаях надо напряжение источника «разделить»: 127 В — бритве, а остальное? А остальное — кому? А остальное — добавочному сопротивлению, которое надо включить, сами понимаете, последовательно с бритвой — ведь только при последовательном соединении напряжение делится (у некоторых бритв это сопротивление находится в штепсельной вилке.

Там же находится и переключатель, замыкающий, т. е. убирающий, это сопротивление, когда бритву включают в сеть 127 В.

Кто этого не понимает, щелкнул от нечего делать этим выключателем и включить бритву на 220 В и сгорела обмотка бритвы).

Расчет очень простой, уже знакомый вам: величину добавочного сопротивления находят точно так же, как и сопротивление проводов линии:

R_доб=====.

=1162Ом.

Силу тока, потребляемую бритвой, находим из формулы мощности:

P_потр=U_потр^I; I===0,08А.

Теперь надо определить мощность, которая остается на добавочном сопротивлении, нагревает его (бесполезно, к сожалению):

P_доб=I² R_доб=0,08². 1162=7,43 В.

Как видите при мощности бритвы 10Вт придется еще 7,5Вт затратить на добавочном сопротивлении.

Во-первых, это довольно большое сопротивление и пользоваться им не очень удобно — вилка с сопротивлением очень нагревается. А во-вторых (хотя, пожалуй, это тоже, во-первых), бесполезно затрачивается энергия. Поэтому пользоваться добавочным сопротивлением можно, если сила тока небольшая и потребитель рассчитан на напряжение, не очень сильно отличающееся от напряжения источника. В противном случае мощность добавочного сопротивления может быть значительно больше мощности потребителя — неудобно и невыгодно.