Чем напряжение отличается от нагрузки

Чем отличаются нагрузки от усилий?

Хочется написать ответ на этот вопрос, чтобы расставить все точки над «i». При расчете любых конструкций всплывают оба эти термина. Причем как нагрузки могут быть и в виде сил, и в виде моментов, так и усилия.

Как же не запутаться в этих понятиях и выполнить расчет с пониманием?

Давайте рассмотрим алгоритм любого расчета.

1. Определение расчетной схемы.

Это первый шаг, когда мы от конструкции «в теле» переходим к условным палочкам и пластинам. При этом задаются связи, определяется, как же все элементы взаимодействуют друг с другом, какие части конструкции будут работать, а какие – просто нагружать другие части целого. Важный момент – выбор между шарниром и защемлением. Любые два элемента могут быть соединены как довольно свободно, так и жестко, это дает свои «плюсы» и «минусы» в ходе расчета.

2. Сбор нагрузок.

Когда расчетная схема определена, когда принято решение, что же будет работать в нашей конструкции, а что «сидеть на шее», следует как можно тщательней разобраться с тем, что же воздействует на нашу конструкцию. И здесь мы впервые сталкиваемся с понятием «нагрузка». Нагрузка – это любое внешнее воздействие, которое влияет на нашу конструкцию. Список нагрузок не так уж велик:

• Нагрузка от собственного веса (да, даже под своим собственным весом неправильно рассчитанная конструкция может сломаться) и от веса других элементов, материалов.
• Нагрузка от веса людей, мебели, оборудования – в общем всего того, что может быть, может не быть, но важно это учесть и не просчитаться.
• Нагрузка от снега.
• Нагрузка от ветра.
• Нагрузка от температурных воздействий (под действием температур материалы расширяются вплоть до разрушения, это явление также можно выразить в виде нагрузки).
• Сейсмическая нагрузка.

Как видите, всё это (ну, за исключением собственного веса) приходит извне, но оказывает значительное влияние на любую конструкцию. Причем каждая нагрузка может располагаться в пространстве произвольным образом по отношению к объекту расчета – и перпендикулярно, и под углом, и вдоль оси. Нагрузки могут сочетаться между собой, могут исключать друг друга. В общем, вариантов масса, но все это нам нужно свести в единую систему, найти наихудший вариант и запроектировать такую конструкцию, которая этот наихудший вариант сможет на собственных плечах вынести. Каким же приемом пользуются в расчете, чтобы перевести нагрузки в удобоваримый формат? Ведь нагрузок может быть масса, но глядя на них, не сразу возможно понять, плохо или хорошо они воздействуют на конструкцию. Именно для прояснения картины с нагрузками в алгоритме расчета присутствует следующий, очень важный шаг.

3. Выполнение расчета для определения усилий.

Усилия – это именно те данные, которые помогают инженеру понять, как же чувствует себя конструкция под воздействием всей совокупности нагрузок. Если нагрузки (внешние силы) – это то, что влияет на схему извне, то усилия – это то, что чувствует каждый элемент расчетной схемы непосредственно на своей шкуре. Человек стал вам на ногу – это нагрузка, приложенная к вашей ноге как к конструкции; вы почувствовали давление веса этого человека, оно вызывает в вас определенные напряжения, деформации – это усилие в вашей ноге.

Один очень опытный конструктор говорил мне, что при проверке решений других инженеров он представляет себя на месте конструкции. И иногда обнаруживает, что кто-то прицепил значительную нагрузку не на туловище, руки или ноги (в общем, не на выносливые элементы), а подвесил к уху или носу, а то и за волосы попытался зацепиться. Это шутки, но очень глубокие. Если научиться представлять работу конструкции: представлять в виде образов возникающие в ней усилия от всех нагрузок, представлять ее деформации от этих усилий, можно значительно облегчить себе жизнь, да и жизнь конструкции тоже.

Видов усилий не так уж и много, все они собраны в двух понятиях – силы и моменты. Усилие в виде силы всегда прямое, оно либо сжимает, либо растягивает, либо пытается перерезать. Усилие в виде момента пытается изогнуть или закрутить. Если взять стержень (балку, колонну), его «самочувствие» очень просто описать несколькими значениями:

• продольной силой N, которая либо сжимает, либо растягивает вдоль оси;
• поперечной силой Q, которая пытается срезать стержень поперек сечения (как мы ножом режем морковку) или хотя бы помочь потерять ему устойчивость;
• изгибающим моментом M, который стремится согнуть стержень, искривить его;
• крутящим моментом Т, который пытается скрутить стержень так, как мы выкручиваем мокрое полотенце.

Все это усилия, полученные в результате расчета конструкции (взяты в типовом примере Лиры).

Получается, что нагрузки – это исходные данные для расчета, а усилия – результат. Отчего же тогда возникает путаница в понятиях? Думаю потому, что найденные усилия – это результат не окончательный, а промежуточный. С учетом этих усилий идет дальнейшая проверка несущей способности сечения, рассчитывается и подбирается армирование. И в этом дальнейшем расчете усилия становятся уже на место исходных данных. И у нас вырисовывается следующий этап.

1. С учетом усилий проверяем (или определяем) сечение каждого элемента расчетной схемы и его армирование.

Допустим, есть железобетонная рама. Собрали нагрузки, выполнили расчет, определили усилия в балках и колоннах. А что дальше? Дальше разбираем конструкцию на части (колонны – отдельно, балки – отдельно) и считаем эти части с учетом уже не нагрузок, а усилий. И часто при этом задача звучит так: «Нагрузки на колонну: N = …, М = …». Вот люди и путаются. Особенно с колоннами. В балках-то проще: нагрузка равномерно распределенная (обозначается обычно прописной q и рисуется рядом стрелочек), усилия – момент и поперечная сила (изображаются эпюрами). А в колонне как? Нагрузка – вертикальная сосредоточенная сила (изображается стрелкой с буквой), и усилие – что-то в этом же духе (опять же стрелка с буквой). И получается подмена понятий, путаница.

Еще бывают ошибки в том, что расчетчик недооценивает значения соединения конструкций между собой (бывают ведь жесткие и шарнирные узлы, и нагрузку они передают по-разному), представляя себе, что зависимость «нагрузка → усилие» всегда очевидна. Но есть такое явление, как перераспределение усилий. И не всегда в конструкции, нагруженной больше других, усилия окажутся тоже бОльшими. Усилия могут и перераспределяться, и компенисироваться – гасить друг друга. Все это выявляется в ходе расчета, а укладывается в систему, в общее вИдение работы конструкций – в ходе многочисленных расчетов.

Радует одно: с опытом путаница в голове проясняется и все становится на свои места. Главное – запомнить алгоритм и четко ему следовать. Ну, и делать выводы. Подмечать закономерности. Находить объяснения неожиданным результатам. «Почему?» и «а что, если…?» – главные вопросы инженера. И время, выделенное на поиск ответов, зачастую бывает намного важнее рутинной работы, не вызывающей сомнений.

Интересных вам расчетов!

Комментарии
+2 #1 Леонид 27.05.2019 23:23

Большое спасибо за экскурс! Действительно была путаница. Теперь более менее образовалось понятие.Очень доступно объяснил!

Как зависит мощность от напряжения

Основными характеристиками электричества считаются такие параметры, как:

• напряжение (U, измеряется в вольтах);
• сопротивление (R, единица измерения ом);
• мощность (P, ватт);
• электрический ток (I, ампер).

В этой статье мы рассмотрим вопрос о том, как зависит мощность от напряжения. Точность при расчете этих показателей влияет на правильность подбора оборудования (например, резисторов, выключателей, питающих кабелей и пр.).

Напряжение представляет собой разность между величинами потенциалов входящего провода и исходящего, то есть фазы и рабочего нуля. Значения подведенного напряжения и потребляемого тока позволяют вычислить мощность. В сетях постоянного тока мощность рассчитывается как произведение напряжения и тока. Для сетей переменного тока система расчетов сложнее.

Как зависит мощность от напряжения в однофазных сетях

Рассматривая зависимость мощности от напряжения в однофазных сетях, следует учитывать влияние такого фактора, как промышленная частота, которая является причиной возникновения особых нагрузок:

• емкостных (у конденсаторов), при этом вектор тока на 90° сдвигается вперед относительно вектора напряжения;
• индуктивных (в обмотках катушек), когда происходит отставание вектора тока на 90°.

Такого рода нагрузки называют реактивными. Комплекс реактивных нагрузок создает дополнительные потери мощности, не выполняющие полезных действий. Эти мощности также именуются реактивными. В отличие от активных нагрузок, для реактивных характерно такое явление, как сдвиг фазы (между напряжением и током).

Для электроприборов, предназначенных для работы в цепи переменного тока, рассчитывается так называемая полная мощность (этот параметр обозначают буквой «S»), которая складывается из величины активной мощности и реактивной составляющей.

В соответствии с постоянными изменениями тока и напряжения промышленной частоты (этот процесс описывается синусоидальным законом) меняются и показатели мощности. Поэтому принято рассматривать интегрирующее (суммарное) значение для определенного временного промежутка, а не отдельные мгновенные показатели.

Зависимость мощности от напряжения в трехфазных сетях

Чаще всего применяемая в современной электроэнергетике трехфазная цепь представляет собой три однофазные цепи, которые расположены на комплексной плоскости со сдвигом 120° относительно друг друга. Небольшие отличия между нагрузками в каждой фазе приводят к неравномерности, за счет которой в нулевом проводе создается ток.

Складывая составляющие в каждой фазе, мы получаем общую мощность для подключенного к схеме устройства. При расчете общей мощности применяются специальные приборы:

• ваттметры для определения активной составляющей (один или несколько);
• варметры для замера реактивной составляющей.

Использование этих двух приборов возможно при различной нагрузке фаз, симметричной или несимметричной, то есть как в уравновешенных, так и в неуравновешенных трехфазных системах.

Еще один метод измерения, который известен как косвенный, основан на применении амперметра и вольтметра. Вычислив параметр S и разделив его на значение линейного напряжения, мы получаем величину общего тока потребления.

Информация о том, чем отличается эксплуатация устройств в цепях постоянного и переменного тока, помогает максимально точно рассчитать мощность в зависимости от показателей тока и напряжения для каждого конкретного случая и убедиться в безопасности и эффективности эксплуатации электродвигателей и прочего оборудования.

Напряжение и мощность Чем отличается напряжение от мощности

Это совершенно разные вещи. Напряжение — это работа, которая совершается над единичным положительным зарядом, когда он перемещается вдоль цепи. Мощность — это работа, совершаемая в цепи _в единицу времени_.

Получается, что принципиальных отличия два. Первое — это то, что напряжение говорит о _единичном_ заряде, а в мощности учитывается _весь_ заряд, проходящий по цепи, то есть _весь ток_. Второе — это то, что в мощности участвует понятие _времени_, а в напряжении про время ничего не говорится.

Олег СерёгинЗнаток (283) 5 лет назад
Excelsior Просветленный (43612) В чем вопрос?
Остальные ответы
Напряжение Вольт
Мощность Вольт*Ампер
Евгений ХлюстовУченик (58) 8 лет назад
Подробно
Это я знаю

Александр Белоусов Гуру (2845) Напряжение это просто разность потенциалов между проводами. Мощность Величина, характеризующая скорость, с котором происходит преобразование энергии, или скорость, с которой совершается работа.

Током. Произведение напряжения и тока — это и есть мощность.
Тем же, чем килограмм от километра.
Всем отличается, напряжение одно, а мощность это два перемноженных друга, ток на напряжение.
Напряжение-часть мощности.
Мощность составляется из напряжения и тока.
Грубо говоря.
Тем же, чем расстояние от скорости

Тем же, чем отличается высота подвеса груза от мощности удара, когда он с этой высоты упадет.
Груз может весить 1 грамм (аналог — ток), но висеть на высоте 3 метров (аналог — напряжение). Если груз упадет, будет маленькая шишка.
А может груз весить 1000 килограмм и висеть на высоте всего 1 сантиметр. Но если он упадет на палец, то мало не покажется!

Электрические нагрузки

Электрической нагрузкой какого-либо элемента сети называется мощность, которой нагружен данный элемент сети. Например, если по кабелю передается мощность 120 кВт, то нагрузка кабеля равна тоже 120 кВт. Точно так же можно говорить о нагрузке на шины подстанции или на трансформатор и т. д. Величина и характер электрической нагрузки зависят от потребителя электрической энергии, который может быть назван приемником электрической энергии .

Наиболее распространенным и важным в производстве приемником является электродвигатель. Главными потребителями электрической энергии на промышленных предприятиях являются трехфазные двигатели переменного тока. Электрическая нагрузка электродвигателя определяется величиной и характером механической нагрузки.

Нагрузки необходимо покрывать от источника электрической энергии, которым является электрическая станция. Обычно между генератором и потребителем электрической энергии существует целый ряд элементов электрической сети. Например, если двигатели, приводящие в движение механизмы в цеху питаются от сети напряжением 380 В, то в цеху или около цеха должна быть расположена цеховая трансформаторная подстанция, на которой установлены силовые трансформаторы для питания цеховых установок (для покрытия цеховых нагрузок).

Трансформаторы через кабели или воздушные провода питаются либо от более мощной подстанции, либо от промежуточного распределительного пункта высокого напряжения, или, что часто встречается на предприятиях, от тепловой электрической станции предприятия. Во всех случаях покрытие нагрузок осуществляется от генераторов электрической станции. При этом минимальное значение нагрузка имеет на конечном пункте, например в цехе.

По мере приближения к источнику питания нагрузка растет за счет потерь энергии в передающих звеньях (в проводах, трансформаторах и т. д.). Наибольшего значения она достигает у источника питания — у генератора электрической станции.

Поскольку нагрузка измеряется в единицах мощности, она может быть активная Р_кВт, реактивная Q_кBap и полная S = √( P 2 + Q 2 ) кВА.

Нагрузка также может быть выражена в единицах тока. Если, например, по линии протекает ток I = 80 А, то эти 80 А являются нагрузкой линии. При прохождении тока по любому элементу установки выделяется тепло, в результате чего этот элемент (трансформатор, преобразователь, шины, кабели, провода и др.) нагревается.

Допустимые мощности (нагрузки) на данные элементы электротехнической установки (машины, трансформаторы, аппараты, провода и др.) определяются величиной допустимой температуры. Ток, протекающий по проводам, помимо потерь мощности, вызывает потери напряжения, которые не должны превышать величин, регламентированных руководящими указаниями.

В реальных установках нагрузка в виде тока или мощности не остается в течение суток неизменной, и поэтому в практику расчетов введены определенные термины и понятия различных видов нагрузок.

Номинальная активная мощность электродвигателя — мощность, развиваемая двигателем на валу при номинальном напряжении и токе якоря (ротора).

Номинальная мощность любого приемника , кроме электродвигателя это потребляемая им активная мощность Р_н (кВт) или полная мощность S _н (кВА) при номинальном напряжении.

Паспортная мощность Рпасп электроприемника в повторно-кратковременном режиме приводится к номинальной длительной мощности при ПВ = 100% по формуле P _н = P _пасп √ПВ

При этом ПВ выражен в относительных единицах. Например, двигатель с паспортной мощностью Р_пасп = 10 кВт при ПВ = 25%, приведенный к номинальной длительной мощности ПВ = 100%, будет иметь мощность P _н = 10 √25 = 5 кВт.

Групповая номинальная мощность (установленная мощность) — сумма номинальных (паспортных) активных мощностей отдельных рабочих электродвигателей, приведенных к ПВ = 100%. Например, если Р_н1 = 2,8, Р_н2 = 7, Р_н3 = 20 кВт, Р_4пасп= 10 кВт при ПВ = 25%, то P _н = 2,8 + 7 + 20 + 5 = 34,8 кВт.

Расчетная, или максимальная активная, Рм, реактивная Qм и полная S м мощность, а также максимальный ток I м представляют собой наибольшие из средних величин мощностей и токов за определенный промежуток времени, измеряемый 30 мин. Вследствие этого расчетная максимальная мощность иначе называется получасовой или 30-минутной максимальной мощностью Рм = Р30. Соответственно, I м= I зо.

Расчетный максимум тока I м = I30 = √(P _м 2 + Q _м 2 )/(√3 U н) или I м = I30 = P _м/( √3 U _нС osφ) , где С osφ — средневзвешенное значения коэффициента мощности за расчетное время (30 мин.)

Графиком электрических нагрузок принято называть графическое изображение расходуемой мощности за определенный отрезок времени. Различают суточный и годовой графики нагрузок. Суточный график показывает зависимость расходуемой мощности от времени в течение суток. По вертикали откладывается нагрузка (мощность), по горизонтали — часы суток. Годовой график определяет зависимость расходуемой мощности от времени в течение года.

По своей форме графики электрических нагрузок для различных производств и потребителей сильно отличаются друг от друга.

Необходимо различать графики: цеховых нагрузок и нагрузок на шинах главного распределительного устройства собственной электростанции или подстанции. Эти два графика отличаются друг от друга прежде всего по абсолютным величинам почасовых нагрузок, а также по своему виду.

График на шинах электростанции (ГРУ) получается путём суммирования нагрузок по всем цехам предприятия и прочим потребителям, включая и внешних потребителей. При этом к цеховым нагрузкам следует прибавить потери мощности в цеховых трансформаторах и проводах, подводящих к трансформаторам. Вполне естественно, что на шинах ГРУ мощность значительно превышает мощность каждой отдельно взятой подстанции.

Про электрические нагрузки жилых зданий: Суточные графики нагрузки жилых зданий

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети: