વર્તમાન, વોલ્ટેજ, પાવર: વીજળીની મૂળભૂત લાક્ષણિકતાઓ

માણસ દ્વારા તેની જરૂરિયાતોને સંતોષવા માટે વીજળીનો લાંબા સમયથી ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, પરંતુ તે અદ્રશ્ય છે, ઇન્દ્રિયો દ્વારા જોવામાં આવતી નથી, તેથી તેને સમજવું મુશ્કેલ છે. વિદ્યુત પ્રક્રિયાઓની સમજૂતીને સરળ બનાવવા માટે, તેઓને ઘણીવાર ફરતા પ્રવાહીની હાઇડ્રોલિક લાક્ષણિકતાઓ સાથે સરખાવવામાં આવે છે.

ઉદાહરણ તરીકે, તે વાયર દ્વારા અમારા એપાર્ટમેન્ટમાં આવે છે વિદ્યુત ઊર્જા રિમોટ જનરેટર અને પ્રેશર પંપમાંથી નળનું પાણી. જો કે, સ્વીચ લાઇટ બંધ કરે છે અને બંધ પાણીનો નળ નળમાંથી પાણી બહાર નીકળતું અટકાવે છે. કામ કરવા માટે, તમારે સ્વીચ ચાલુ કરવાની અને પ્રવાહી વહેવાનો હરકોઈ જાતનો નળ ખોલવાની જરૂર છે.

વાયર દ્વારા મુક્ત ઇલેક્ટ્રોનનો નિર્દેશિત પ્રવાહ બલ્બના ફિલામેન્ટ તરફ ધસી જશે (વિદ્યુત પ્રવાહ વહેશે) જે પ્રકાશનું ઉત્સર્જન કરશે. નળમાંથી નીકળતું પાણી સિંકમાં વહી જશે.

આ સાદ્રશ્ય જથ્થાત્મક લાક્ષણિકતાઓને સમજવા, પ્રવાહની શક્તિને પ્રવાહીની ગતિની ગતિ સાથે સંબંધિત કરવા અને અન્ય પરિમાણોનો અંદાજ કાઢવાનું પણ શક્ય બનાવે છે.

મુખ્ય વોલ્ટેજની તુલના પ્રવાહી સ્ત્રોતની ઊર્જા સંભવિતતા સાથે કરવામાં આવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, પાઇપમાંના પંપથી હાઇડ્રોલિક દબાણમાં વધારો પ્રવાહીની હિલચાલનો ઉચ્ચ વેગ અને વોલ્ટેજમાં વધારો કરશે (અથવા તબક્કાની સંભવિતતા - ઇનપુટ વાયર અને કાર્યકારી શૂન્ય - આઉટપુટ વચ્ચેનો તફાવત) બલ્બની અગ્નિમાં વધારો કરશે, તેના રેડિયેશનની મજબૂતાઈ.

વિદ્યુત સર્કિટના પ્રતિકારની તુલના હાઇડ્રોલિક પ્રવાહના બ્રેકિંગ બળ સાથે કરવામાં આવે છે. પ્રવાહ દર આનાથી પ્રભાવિત થાય છે:

• પ્રવાહી સ્નિગ્ધતા;

• ચૅનલોના ક્રોસ-સેક્શનમાં ક્લોગિંગ અને ફેરફાર. (પાણીના નળના કિસ્સામાં, નિયંત્રણ વાલ્વની સ્થિતિ.)

વિદ્યુત પ્રતિકારનું મૂલ્ય ઘણા પરિબળોથી પ્રભાવિત થાય છે:

• પદાર્થની રચના જે કંડક્ટરમાં મુક્ત ઇલેક્ટ્રોનની હાજરી નક્કી કરે છે અને અસર કરે છે પ્રતિકાર; 

• ક્રોસ-વિભાગીય વિસ્તાર અને વર્તમાન વાહકની લંબાઈ;

• તાપમાન

વિદ્યુત શક્તિની તુલના હાઇડ્રોલિક્સમાં પ્રવાહની ઉર્જા સંભવિતતા સાથે પણ કરવામાં આવે છે અને તે એકમ સમય દીઠ કરવામાં આવેલા કામ પરથી અંદાજવામાં આવે છે. વિદ્યુત ઉપકરણની શક્તિ વર્તમાન દોરેલા અને લાગુ વોલ્ટેજ (AC અને DC સર્કિટ માટે) દ્વારા વ્યક્ત કરવામાં આવે છે.

વિદ્યુતની આ તમામ લાક્ષણિકતાઓનો અભ્યાસ વિખ્યાત વૈજ્ઞાનિકો દ્વારા કરવામાં આવ્યો હતો જેમણે વર્તમાન, વોલ્ટેજ, શક્તિ, પ્રતિકારની વ્યાખ્યાઓ આપી હતી અને ગાણિતિક પદ્ધતિઓ દ્વારા તેમની વચ્ચેના પરસ્પર સંબંધોનું વર્ણન કર્યું હતું.

નીચેનું કોષ્ટક AC અને DC સર્કિટ માટે સામાન્ય સંબંધો દર્શાવે છે જેનો ઉપયોગ ચોક્કસ સર્કિટના પ્રદર્શનનું વિશ્લેષણ કરવા માટે થઈ શકે છે.

ચાલો તેમના ઉપયોગના કેટલાક ઉદાહરણો જોઈએ.

ઉદાહરણ #1. પ્રતિકાર અને શક્તિની ગણતરી કેવી રીતે કરવી

ધારો કે તમે લાઇટિંગ સર્કિટને પાવર કરવા માટે વર્તમાન લિમિટર પસંદ કરવા માંગો છો. અમે ઓન-બોર્ડ નેટવર્ક «U» નું સપ્લાય વોલ્ટેજ જાણીએ છીએ, જે 24 વોલ્ટની બરાબર છે અને વર્તમાન વપરાશ «I» 0.5 amps છે, જે ઓળંગવું જોઈએ નહીં. ઓહ્મના કાયદાની અભિવ્યક્તિ (9) અનુસાર, અમે પ્રતિકાર «R» ની ગણતરી કરીએ છીએ. આર = 24 / 0.5 = 48 ઓહ્મ.

પ્રથમ નજરમાં, રેઝિસ્ટરનું મૂલ્ય નક્કી થાય છે. જો કે, આ પૂરતું નથી. સેમાની વિશ્વસનીય કામગીરી માટે, વર્તમાન વપરાશ અનુસાર શક્તિની ગણતરી કરવી જરૂરી છે.

જૌલ-લેન્ઝ કાયદાની કામગીરી અનુસાર, સક્રિય શક્તિ «P» એ વાયરમાંથી પસાર થતા વર્તમાન «I» અને લાગુ વોલ્ટેજ «U» સાથે સીધી પ્રમાણસર છે. આ સંબંધ કોષ્ટકમાં સૂત્ર (11) દ્વારા વર્ણવવામાં આવ્યો છે. નીચે.

અમે ગણતરી કરીએ છીએ: P = 24×0.5 = 12 W.

જો આપણે સૂત્રો (10) અથવા (12) નો ઉપયોગ કરીએ તો આપણને સમાન મૂલ્ય મળે છે.

તેના વર્તમાન વપરાશ દ્વારા રેઝિસ્ટરની શક્તિની ગણતરી બતાવે છે કે પસંદ કરેલ સર્કિટમાં 48 ઓહ્મ અને 12 ડબ્લ્યુના પ્રતિકારનો ઉપયોગ કરવો જરૂરી છે. ઓછી શક્તિ ધરાવતું રેઝિસ્ટર લાગુ પડતા ભારને ટકી શકશે નહીં, તે ગરમ થશે અને બળી જશે. વર્તમાન સમય સાથે.

આ ઉદાહરણ લોડ વર્તમાન અને નેટવર્ક વોલ્ટેજ વપરાશકર્તાની શક્તિને કેવી રીતે અસર કરે છે તેની નિર્ભરતા દર્શાવે છે.

ઉદાહરણ #2. વર્તમાનની ગણતરી કેવી રીતે કરવી

રસોડામાં ઘરગથ્થુ વિદ્યુત ઉપકરણોને પાવર કરવા માટે બનાવાયેલ સોકેટ્સના જૂથ માટે, રક્ષણાત્મક સર્કિટ બ્રેકર પસંદ કરવું જરૂરી છે. પાસપોર્ટ ડેટા અનુસાર ઉપકરણોની શક્તિ 2.0, 1.5 અને 0.6 કેડબલ્યુ છે.

જવાબ આપો. એપાર્ટમેન્ટ 220-વોલ્ટના સિંગલ-ફેઝ એસી નેટવર્કનો ઉપયોગ કરે છે. એક જ સમયે કાર્ય સાથે જોડાયેલા તમામ ઉપકરણોની કુલ શક્તિ 2.0 + 1.5 + 0.6 = 4.1 kW = 4100 W હશે.

સૂત્ર (2) નો ઉપયોગ કરીને, અમે ગ્રાહકોના જૂથનો કુલ વર્તમાન નિર્ધારિત કરીએ છીએ: 4100/220 = 18.64 A.

સૌથી નજીકના રેટેડ સર્કિટ બ્રેકરનો ટ્રિપિંગ દર 20 amps છે. અમે તેને પસંદ કરીએ છીએ. 16 A કરતાં ઓછી કિંમત ધરાવતી મશીન ઓવરલોડથી કાયમી ધોરણે બંધ થઈ જશે.

વૈકલ્પિક પ્રવાહમાં વિદ્યુત સર્કિટના પરિમાણોમાં તફાવત

સિંગલ-ફેઝ નેટવર્ક્સ

વિદ્યુત ઉપકરણોના પરિમાણોનું વિશ્લેષણ કરતી વખતે, વૈકલ્પિક વર્તમાન સર્કિટમાં તેમની કામગીરીની વિશિષ્ટતાઓ ધ્યાનમાં લેવી જરૂરી છે, જ્યારે, ઔદ્યોગિક આવર્તનના પ્રભાવને કારણે, કેપેસિટર્સમાં કેપેસિટીવ લોડ્સ દેખાય છે (તેઓ વર્તમાન વેક્ટરને 90 દ્વારા શિફ્ટ કરે છે. વોલ્ટેજ વેક્ટરથી આગળની ડિગ્રી), અને કોઇલના વિન્ડિંગ્સમાં - પ્રેરક (વર્તમાન વોલ્ટેજની પાછળ 90 ડિગ્રી છે). વિદ્યુત ઇજનેરીમાં તેમને પ્રતિક્રિયાશીલ લોડ કહેવામાં આવે છે... તેઓ એકસાથે પ્રતિક્રિયાશીલ પાવર લોસ «Q» બનાવે છે જે કોઈ ઉપયોગી કાર્ય કરતા નથી.

સક્રિય લોડ સાથે, વર્તમાન અને વોલ્ટેજ વચ્ચે કોઈ તબક્કો શિફ્ટ નથી.

આ રીતે, વૈકલ્પિક વર્તમાન સર્કિટમાં વિદ્યુત ઉપકરણની શક્તિના સક્રિય મૂલ્યમાં પ્રતિક્રિયાશીલ ઘટક ઉમેરવામાં આવે છે, જેના કારણે કુલ શક્તિ વધે છે, જેને સામાન્ય રીતે સંપૂર્ણ કહેવામાં આવે છે અને તે ઇન્ડેક્સ «S» દ્વારા સૂચવવામાં આવે છે.

સિંગલ-ફેઝ નેટવર્કમાં વૈકલ્પિક સાઇનુસોઇડલ પ્રવાહ

વિદ્યુત પ્રવાહ અને ફ્રિક્વન્સી વોલ્ટેજ સમય સાથે સાઇનસૉઇડલ રીતે બદલાય છે. તદનુસાર, સત્તા પરિવર્તન થાય છે. સમયના જુદા જુદા બિંદુઓ પર તેમના પરિમાણો નક્કી કરવામાં વધુ અર્થ નથી. તેથી, કુલ (સંકલિત) મૂલ્યો ચોક્કસ સમયગાળા માટે પસંદ કરવામાં આવે છે, નિયમ તરીકે, ઓસિલેશન અવધિ T.

વૈકલ્પિક અને પ્રત્યક્ષ વર્તમાન સર્કિટના પરિમાણો વચ્ચેના તફાવતોને જાણવાથી તમે દરેક ચોક્કસ કેસમાં વર્તમાન અને વોલ્ટેજ દ્વારા પાવરની યોગ્ય ગણતરી કરી શકો છો.

ત્રણ તબક્કાના નેટવર્ક્સ

મૂળભૂત રીતે, તેમાં ત્રણ સમાન સિંગલ-ફેઝ સર્કિટ હોય છે, જે જટિલ પ્લેન પર 120 ડિગ્રી દ્વારા એકબીજાની તુલનામાં સરભર થાય છે. તેઓ દરેક તબક્કામાં લોડમાં થોડો ભિન્ન હોય છે, વોલ્ટેજમાંથી વર્તમાનને કોણ ફી દ્વારા ખસેડે છે. આ અસમાનતાને લીધે, તટસ્થ વાહકમાં વર્તમાન I0 બનાવવામાં આવે છે.

ત્રણ-તબક્કાના નેટવર્કમાં વૈકલ્પિક સાઇનસાઇડલ પ્રવાહ

આ સિસ્ટમમાં વોલ્ટેજ તબક્કાના વોલ્ટેજ (220 V) અને લાઇન વોલ્ટેજ (380 V) નો સમાવેશ કરે છે.

સર્કિટ સાથે જોડાયેલા ત્રણ-તબક્કાના વર્તમાન ઉપકરણની શક્તિ એ દરેક તબક્કામાં ઘટકોનો સરવાળો છે. તે વિશિષ્ટ ઉપકરણોનો ઉપયોગ કરીને માપવામાં આવે છે: વોટમીટર (સક્રિય ઘટક) અને વર્મીટર (પ્રતિક્રિયાશીલ). ત્રિકોણ સૂત્રનો ઉપયોગ કરીને વોટમીટર અને વર્મીટર માપનના આધારે ત્રણ-તબક્કાના વર્તમાન ઉપકરણના કુલ વીજ વપરાશની ગણતરી કરવી શક્ય છે.

પ્રાપ્ત મૂલ્યોની અનુગામી ગણતરીઓ સાથે વોલ્ટમીટર અને એમીટરના ઉપયોગ પર આધારિત પરોક્ષ માપન પદ્ધતિ પણ છે.

તમે દેખીતી શક્તિ S ની તીવ્રતા જાણીને કુલ વર્તમાન વપરાશની પણ ગણતરી કરી શકો છો. આ કરવા માટે, તેને લાઇન વોલ્ટેજના મૂલ્ય દ્વારા વિભાજીત કરવા માટે તે પૂરતું છે.