Come calcolare la caduta di tensione ai capi di una resistenza nei circuiti elettrici?

La caduta di tensione è la riduzione del potenziale elettrico che si verifica quando una corrente attraversa un resistore, un filo o un carico elettrico. Ogni conduttore ha una resistenza, quindi parte della tensione erogata viene persa prima che la corrente raggiunga l'apparecchiatura collegata.

Nei piccoli circuiti elettronici, la caduta di tensione contribuisce a determinare come la tensione viene ripartita tra resistori e componenti. Negli impianti elettrici di maggiori dimensioni, una caduta di tensione eccessiva può causare illuminazione insufficiente, surriscaldamento, problemi di prestazioni del motore e funzionamento inefficiente.

Capire come calcolare la caduta di tensione semplifica notevolmente la progettazione dei circuiti, la risoluzione dei problemi e il dimensionamento dei cavi.

Cos'è la caduta di tensione?

La caduta di tensione si verifica ogni volta che la corrente attraversa una resistenza.

Secondo la legge di Ohm:

Dove:

Maggiore è la resistenza o la corrente, maggiore è la caduta di tensione.

Per esempio:

Tutti questi fattori aumentano la caduta di tensione in un circuito.

Caduta di tensione ai capi di un resistore

In elettronica, la caduta di tensione ai capi di un resistore viene calcolata direttamente utilizzando la legge di Ohm.

La formula è:

Ciò significa che la tensione ai capi di un resistore è uguale alla corrente che lo attraversa moltiplicata per il valore della resistenza.

Esempio 1: Caduta di tensione ai capi di un singolo resistore

Supponiamo che un circuito contenga:

Utilizzando la formula: V _drop =2×4 / V _drop =8V

La resistenza provoca una caduta di tensione di 8 volt.

Se la tensione di alimentazione è di 12V, la tensione rimanente nel circuito è: 12V−8V=4V

Ciò è conforme alla legge di Kirchhoff sulle tensioni, secondo la quale la caduta di tensione totale è uguale alla tensione di alimentazione.

Caduta di tensione nei circuiti in serie

In un circuito in serie:

La caduta di tensione ai capi di ciascun resistore dipende dal suo valore di resistenza.

Formula per la resistenza totale

Esempio 2: Caduta di tensione in un circuito in serie

Valori del circuito:

Caduta di tensione nei cavi elettrici

La caduta di tensione si verifica anche nei cavi e nei conduttori perché i fili hanno una resistenza.

Cavi di lunga lunghezza e carichi di corrente elevati possono causare una notevole perdita di tensione tra la fonte di alimentazione e le apparecchiature.

Per i circuiti monofase, la formula comune è:

_Caduta di tensione = 2×I×R×L

Dove:

Esempio 3: Caduta di tensione in un cavo

Assumere:

Usando la formula:

V_cadere=2×20×0.0015×30
V_cadere= 1.8 V.

Se la tensione di alimentazione è di 230 V:

 

La caduta di tensione è pari a circa lo 0.78%.

Formula per la percentuale di caduta di tensione

La caduta di tensione viene spesso espressa in percentuale rispetto alla tensione di alimentazione.

La formula è:

 

Le norme elettriche raccomandano generalmente:

Una caduta di tensione eccessiva può ridurre l'efficienza delle apparecchiature e aumentare il riscaldamento dei conduttori.

Caduta di tensione nei circuiti in corrente continua e in corrente alternata

Il principio di base è simile sia per i sistemi in corrente alternata che in corrente continua, ma i circuiti in corrente alternata possono includere anche gli effetti di reattanza e del fattore di potenza.

Per circuiti in corrente continua semplici:

V = IR

Nei circuiti di alimentazione in corrente alternata, l'impedenza può sostituire la pura resistenza:

V=IZ

Dove:

In molti calcoli a bassa tensione, la sola resistenza fornisce un'approssimazione pratica.

Cause comuni di eccessiva caduta di tensione

Un'eccessiva caduta di tensione può essere causata da diversi fattori all'interno di un impianto elettrico. Le cause più comuni includono lunghe distanze dei cavi, conduttori sottodimensionati, carichi di corrente elevati, connessioni allentate o danneggiate, terminali corrosi e cablaggio di scarsa qualità.

Queste condizioni aumentano la resistenza elettrica all'interno del circuito, causando una maggiore perdita di tensione tra la fonte di alimentazione e le apparecchiature collegate. Ridurre la resistenza del circuito o diminuire la corrente di carico può contribuire a minimizzare la caduta di tensione e a migliorare le prestazioni del sistema.

Come ridurre la caduta di tensione

Esistono diversi metodi per ridurre la caduta di tensione in un impianto elettrico. Gli approcci più comuni includono l'utilizzo di cavi di sezione maggiore, la riduzione della lunghezza dei cavi, la riduzione della corrente di carico, l'utilizzo di tensioni di alimentazione più elevate laddove appropriato e il miglioramento della qualità dei collegamenti elettrici.

Tra questi metodi, il dimensionamento corretto dei conduttori è uno dei modi più efficaci per controllare la caduta di tensione e mantenere prestazioni efficienti del sistema.

Conclusione

I calcoli della caduta di tensione si basano sulla relazione fondamentale tra tensione, corrente e resistenza. Sia che si analizzi una piccola resistenza in un circuito elettronico, sia che si valutino le perdite dei cavi in ​​un impianto elettrico, si applicano gli stessi principi elettrici.

Utilizzando la legge di Ohm e le formule standard per la caduta di tensione, ingegneri ed elettricisti possono determinare la tensione ai capi delle resistenze, selezionare le sezioni corrette dei conduttori, migliorare l'efficienza dei circuiti, prevenire problemi di funzionamento delle apparecchiature e diagnosticare i guasti degli impianti elettrici in modo più efficace.

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