Как найти фактическую мощность

Электроэнергия давно используется человеком для удовлетворения своих потребностей, но она невидима, не воспринимается органами чувств, потому сложна для понимания. С целью упрощения объяснения электрических процессов их довольно часто сравнивают с гидравлическими характеристиками движущейся жидкости.

Например, к нам в квартиру приходит по проводам от далеко расположенных генераторов и вода по трубе от создающего давление насоса. Однако, отключенный выключатель не позволяет светиться лампочкам, а закрытый водопроводный кран — литься воде из крана. Чтобы совершалась работа надо включить выключатель и открыть кран.

Направленный поток свободных электронов по проводам устремится к нити накала лампочки (пойдет электрический ток) , которая станет излучать свет. Вода, вытекающая из крана, будет стекать в раковину.

Эта аналогия позволяет также понимать количественные характеристики, ассоциировать силу тока со скоростью перемещения жидкости, оценивать другие параметры.

Напряжение электросети сравнивают с потенциалом энергии источника жидкости. К примеру, возрастание гидравлического давления насосом в трубе создаст большую скорость перемещения жидкости, а увеличение напряжения (или разности между потенциалами фазы — входящего провода и рабочего нуля — отходящего) усилит накал лампочки, силу ее излучения.

Сопротивление электрической схемы сопоставляют с силой торможения гидравлическому потоку. На скорость перемещения потока влияют:

вязкость жидкости;

засоренность и изменение сечения каналов. (В случае с водопроводным краном — положение регулирующего вентиля.)

На величину электрического сопротивления влияет несколько факторов:

строение вещества, определяющее наличие свободных электронов в проводнике и влияющее на ;

площадь поперечного сечения и длина токовода;

температура.

Электрическую мощность тоже сравнивают с энергетическими возможностями потока в гидравлике и оценивают по выполненной работе в единицу времени. Мощность электроприбора выражается через потребляемый ток и подведенное напряжение (для цепей переменного и постоянного тока).

Все эти характеристики электроэнергии исследованы известными учеными, которые дали определения току, напряжению, мощности, сопротивлению и описали математическими методами взаимные связи между ними.

Рассмотрим несколько примеров их использования.

Допустим, требуется подобрать токоограничивающий резистор для блока питания схемы освещения. Нам известно напряжение питания бортовой сети «U», равное 24 вольта и ток потребления «I» в 0,5 ампера, который нельзя превышать. По выражению (9) закона Ома вычислим сопротивление «R». R=24/0,5=48 Ом.

На первый взгляд номинал резистора определен. Однако, этого недостаточно. Для надежной работы семы требуется выполнить расчет мощности по току потребления.

Согласно действию закона Джоуля — Ленца активная мощность «Р» прямо пропорционально зависит от тока «I», проходящего через проводник, и приложенного напряжения «U». Эта взаимосвязь описана формулой (11) в приведенной таблице.

Рассчитываем: Р=24х0,5=12 Вт.

Это же значение получим, если воспользуемся формулами (10) или (12).

Проведенный расчет мощности резистора по току его потребления показывает, что в выбираемой схеме надо использовать сопротивление величиной 48 Ом и 12 Вт. Резистор меньшей мощности не выдержит приложенных нагрузок, будет греться и со временем сгорит.

Этим примером показана зависимость того, как на мощность потребителя влияют ток нагрузки и напряжение в сети.

Для группы розеток, предназначенных для питания бытовых электроприборов на кухне, необходимо подобрать защитный автоматический выключатель. Мощности приборов по паспортным данным составляют 2,0, 1,5 и 0,6 кВт.

Решение.В квартире используется однофазная переменная сеть 220 вольт. Общая мощность всех приборов, подключенных в работу одновременно, составит 2,0+1,5+0,6=4,1 кВт=4100 Вт.

По формуле (2) определим общий ток группы потребителей: 4100/220=18,64 А.

Ближайший по номиналу автоматический выключатель имеет величину срабатывания 20 ампер. Его и выбираем. Автомат меньшего значения на 16 А будет постоянно отключаться от перегрузки.

Отличия параметров электросхем на переменном токе

Однофазные сети

При анализе параметров электроприборов следует учитывать особенности их работы в цепях переменного тока, когда, благодаря влиянию промышленной частоты у конденсаторов возникают емкостные нагрузки (сдвигают вектор тока на 90 градусов вперед от вектора напряжения), а у обмоток катушек — индуктивные (ток на 90 градусов отстает от напряжения). В электротехнике их называют . Они в комплексе создают реактивные потери мощности «Q», которые не выполняют полезной работы.

На активных нагрузках отсутствует сдвиг фазы между током и напряжением.

Таким образом, к активной величине мощности электроприбора в цепях переменного тока добавляется реактивная составляющая, за счет которой увеличивается общая мощность, которую принято называть полной и обозначать индексом «S».

Электрический ток и напряжение промышленной частоты меняются во времени по синусоидальному закону. Соответственно этому происходит изменение мощности. Определять их параметры в различные мгновенные моменты времени не имеет особого смысла. Поэтому выбирают суммарные (интегрирующие) значения за определенный временной промежуток, как правило — период колебания Т.

Знание отличий параметров цепей для переменного и постоянного тока позволяет правильно рассчитывать мощность через ток и напряжение в каждом конкретном случае.

Трехфазные сети

В принципе они состоят из трех одинаковых однофазных цепей, сдвинутых друг относительно друга на комплексной плоскости на 120 градусов. Они немного отличаются нагрузками в каждой фазе, сдвигающими ток от напряжения на угол фи. За счет этой неравномерности создается ток I0 в нулевом проводе.

Напряжение в этой системе состоит из напряжений в фазах (220 В) и линейных (380 В).

Мощность прибора трехфазного тока, подключенного к схеме, складывается из составляющих в каждой фазе. Ее измеряют с помощью специальных приборов: ваттметров (активная составляющая) и варметров (реактивная). Рассчитать полную мощность потребления прибора трехфазного тока можно на основе замеров ваттметра и варметра с использованием формулы треугольника.

Существует еще косвенный метод измерения, основанный на использовании вольтметра и амперметра с последующими вычислениями полученных значений.

Подключение к бытовой или промышленной электрической сети потребителя, мощность которого больше той, на которую рассчитан кабель или провод чревато самыми неприятными, а порой и катастрофическими, последствиями. При правильной организации электропроводки внутри жилого помещения будут постоянно срабатывать автоматические выключатели или перегорать плавкие предохранители (пробки).

Если защита выполнена неправильно или вообще отсутствует, это может привести:

• к перегоранию питающего провода или кабеля;
• оплавлению изоляции и короткому замыканию между проводами;
• перегреву медных или алюминиевых кабельных жил провода и пожару.

Поэтому перед подключение потребителя к электросети желательно знать не только его паспортную электрическую мощность, но и потребляемый от сети ток.

Расчет потребляемой мощности

Формула расчета мощности по току и напряжению знакома еще из школьного курса физики. Расчет мощности электрического тока (в ваттах) для однофазной сети проводится по выражению:

• в котором U – напряжение в вольтах
• I – ток в амперах;
• Cosφ – коэффициент мощности, зависящий от характера нагрузки.

Может возникнуть вопрос – а зачем нужна формула расчета мощности по току, когда ее можно узнать из паспорта подключаемого устройства? Определение электрических параметров, включая мощность и потребляемый ток необходим на стадии проектирования электропроводки. По максимальному току, протекающему в сети определяется сечение провода или кабеля. Для расчета тока по мощности можно использовать преобразованную формулу:

Коэффициент мощности зависит от типа нагрузки (активная или реактивная). При бытовых расчетах его величину рекомендуется принимать равной 0,90…0,95. Однако при подключении электроплит, обогревателей, ламп накаливания, нагрузка которых считается активной этот коэффициент можно считать равным 1.

Вышеприведенные формулы расчета мощности по току и напряжению можно использовать для однофазной сети напряжением 220,0 вольт. Для трехфазной сети они имеют несколько модифицированный вид.

Формулы для реактивной мощности

Реактивная мощность = √ (Полная мощность 2 – Активная мощность 2)

вар =√ (ВА 2 – P 2)

квар = √ (кВА 2 – кВт 2)

Полная мощность (S)

Полная мощность – это произведение напряжения и тока при игнорировании фазового угла между ними. Вся мощность в сети переменного тока (рассеиваемая и поглощаемая/возвращаемая) является полной.

Комбинация реактивной и активной мощностей называется полной мощностью. Произведение действующего значения напряжения на действующее значение тока в цепи переменного тока называется полной мощностью.

Она является произведением значений напряжения и тока без учёта фазового угла. Единицей измерения полной мощности (S) является ВА, 1 ВА = 1 В х 1 А. Если цепь чисто активная, полная мощность равна активной мощности, а в индуктивной или ёмкостной схеме (при наличии реактивного сопротивления) полная мощность больше активной мощности.

Формула для полной мощности

Полная мощность = √ (Активная мощность 2 + Реактивная мощность 2)

kUA = √(kW 2 + kUAR 2)

Следует заметить, что:

• резистор потребляет активную мощность и отдаёт её в форме тепла и света.
• индуктивность потребляет реактивную мощность и отдаёт её в форме магнитного поля.
• конденсатор потребляет реактивную мощность и отдаёт её в форме электрического поля.

То есть разные виды энергии. В этой статье мы рассмотрим и изучим такое физическое понятия, как мощность электрического тока.

Формулы мощности тока

Под мощностью тока так же, как и в механике, понимают работу, которая выполняется за единицу времени. Рассчитать мощность, зная работу, которую выполняет электрический ток за некоторый промежуток времени, поможет физическая формула.

Ток, напряжение, мощность в электростатике связаны равенством, которое можно вывести из формулы A = UIt

. По ней определяют работу, которую выполняет электрический ток:

P = A/t = UIt/t = UI

Таким образом, формула мощности постоянного тока на любом участке цепи выражается как произведение силы тока на напряжение между концами участка.

Справочная информация

Документы • Законы • Извещения • Утверждения документов • Договора • Запросы предложений • Технические задания • Планы развития • Документоведение • Аналитика • Мероприятия • Конкурсы • Итоги • Администрации городов • Приказы • Контракты • Выполнение работ • Протоколы рассмотрения заявок • Аукционы • Проекты • Протоколы • Бюджетные организации Муниципалитеты • Районы • Образования • Программы Отчеты
: • по упоминаниям • Документная база • Ценные бумаги
Положения
: • Финансовые документы
Постановления
: • Рубрикатор по темам • Финансы • города Российской Федерации • регионы • по точным датам Регламенты
Термины
: • Научная терминология • Финансовая • Экономическая
Время
: • Даты • 2015 год • 2021 год Документы в финансовой сфере • в инвестиционной • Финансовые документы — программы

Единицы измерения мощности

1 Вт (ватт) — мощность тока в 1 А (ампер) в проводнике, между концами которого поддерживается напряжение 1 В (вольт).

Прибор для измерения мощности электрического тока называется ваттметр. Также формула мощности тока позволяет определять мощность с помощью вольтметра и амперметра.

Внесистемная единица мощности — кВт (киловатт), ГВт (гигаватт), мВт (милливатт) и др. С этим связаны и некоторые внесистемные единицы измерения работы, которые часто используют в быту, например (киловатт·час). Поскольку 1кВт = 10 3 Вт, а 1ч = 3600с

, то

1кВт

· ч = 10 3 Вт·3600с = 3,6·10 6 Вт·с = 3,6·10 6 Дж.

Образование и наука

Наука
: Контрольные работы • Научно-технический прогресс • Педагогика • Рабочие программы • Факультеты • Методические рекомендации • Школа • Профессиональное образование • Мотивация учащихся
Предметы
: Биология • География • Геология • История • Литература • Литературные жанры • Литературные герои • Математика • Медицина • Музыка • Право • Жилищное право • Земельное право • Уголовное право • Кодексы • Психология (Логика) • Русский язык • Социология • Физика • Филология • Философия • Химия • Юриспруденция

Фактическая и номинальная мощность

При измерении мощности в потребителе формула мощности тока позволяет определить ее фактическую величину, то есть ту, которая реально выделяется в данный момент времени на потребителе.

В паспортах различных электрических приборов также отмечают значение мощности. Ее называют номинальной. В паспорте электрического прибора обычно указывают не только номинальную мощность, но и напряжение, на которое он рассчитан. Однако напряжение в сети может немного отличаться от указанного в паспорте, например, увеличиваться. С увеличением напряжения увеличивается и сила тока в сети, а следовательно, и мощность тока в потребителе. То есть значение фактической и номинальной мощности прибора могут отличаться. Максимальная фактическая мощность электрического устройства больше номинальной. Это сделано с целью предотвращения выхода прибора из строя при незначительных изменениях напряжения в сети.

Если цепь состоит из нескольких потребителей, то, рассчитывая их фактическую мощность, следует помнить, что при любом соединении потребителей общая мощность во всей цепи равна сумме мощностей отдельных потребителей.

Иногда необходимо определить мощность одного или нескольких потребителей электрической энергии. Такие измерения помогут определить, например, максимальную потребляемую мощность в доме или на производстве, чтобы правильно выбрать проводку, защиту и допустимую нагрузку на стабилизатор или преобразователь, можно узнать потребляемую мощность каждого из потребителей, если на время измерений отключить остальных потребителей электрической энергии.

В этих случаях обычно рекомендуется измерить потребляемый ток, и умножив его на напряжение рассчитать потребляемую мощность.

Но, для этого необходимо подключать амперметр, что не всегда удобно и безопасно. Однако, легко можно определить мощность с помощью счётчика электрической энергии.

Счётчик электрической энергии считает не мощность, а работу, точнее, количество израсходованной электрической энергии, которое учитывает внесистемной единицей измерения кВт.ч. Это значит, что потребитель энергии, мощностью в 1 кВт, мог на этой энергии работать один час. Эту мощность будем считать образцовой, с которой будем сравнивать, а значит определять фактически потребляемую мощность.

Если из сети потребляется мощность 1 кВт в течение часа, то за это время счётчик с диском совершает определённое количество оборотов диска, которое указывается на каждом счётчике. Число оборотов, которое делает счётчик при количестве потреблённой энергии в 1 кВт.ч., указывается на каждом счётчике и оно различается у разных типов счётчиков.

Определение мощности счётчиком можно сделать двумя способами. По первому способу нужно назначить количество оборотов и отмерять время, за которое счётчик сделает один или несколько оборотов, а затем сравнивать результат с принятым образцом. Засекать время можно, например, за одну минуту, за пять, десять или сколько угодно. Чем больше время, тем больше будет точность вычислений.

На любом счётчике имеется надпись, за сколько оборотов он насчитает 1 кВт. ч. электрической энергии. У разных типов счётчиков это число может быть разным. Для примера возьмём электрический счётчик, которые сделает 240 оборотов при потреблённой мощности 1 кВт.ч. Такое количество энергии израсходует потребитель мощностью в 1кВт за один час или в секундах за 3600 сек. Посчитаем, за сколько времени такой потребитель сделает один оборот.

3600 с : 240 об. = 15 с.

Если реальная фактическая мощность потребителя будет в n раз больше, то во столько же раз будет больше скорость вращения, а значит меньше время полного оборота диска. При меньшей мощности время необходимое для совершения одного полного оборота будет больше.

Предположим, что диск сделал оборот за 5 с, тогда пишем соотношение мощностей и скорости вращения и подставляем значения.

Расчёт мощности счётчиком по скорости вращения диска:

Тобразцовое : Тфактическое = 15 : 5 = 3 кВт

Значит, в данном случае рассчитанное время одного оборота при мощности в 1 кВт делим на фактическую скорость и получаем значение мощности в кВт. Как вариант этого способа, можно отмерять время не для одного, а для большего числа оборотов, тогда измерения будут точнее.

Однако, у этого способа есть небольшой недостаток. Не всегда есть под рукой секундомер или часы, по которым можно точно отмерять секунды, доли секунд. Тогда расчёт мощности делаем по второму способу. Считаем обороты, которые сделает счётчик за одну или несколько минут. В нашем случае счётчик, который делает 240 оборотов в час (за 60 минут), делает за одну минуту четыре оборота. Для большей точности будем считать обороты, например, за пять минут. За это время при мощности 1 кВт, счётчик за 5 минут должен сделать 20 оборотов. Если за это время счётчик сделал, например, 30 оборотов, то фактическую мощность определяем по другой формуле.

Расчёт мощности счётчика по числу оборотов диска:

Nфактическое : Nобразцовое = 30 : 20 = 1,5 кВт.

Этот способ будет точнее при большей скорости вращения диска счётчика или для точности измерять в течение большего времени.

Электронные счётчики не имеют диска вращения, но у них есть светодиод, который мигает чаще, чем больше потребляемая мощность. У них вместо количества оборотов считаем количество миганий светодиода и определяем мощность по тем же формулам.

Коэффициент полезного действия электрического прибора

Как известно, идеальных машин и механизмов не существует (то есть таких, которые бы полностью превращали один вид энергии в другой или генерировали бы энергию). Во время работы устройства обязательно часть затраченной энергии уходит на преодоление нежелательных сил сопротивления или просто «рассеивается» в окружающую среду. Таким образом, только часть затраченной нами энергии уходит на выполнение полезной работы, для выполнения которой и было создано устройство.

Физическая величина, которая показывает, какая часть полезной работы в затраченной, называется коэффициентом полезного действия (далее КПД).

Другими словами, КПД показывает, насколько эффективно используется затраченная работа при ее выполнении, например, электрическим прибором.

КПД (обозначается греческой буквой η («эта»)) — физическая величина, которая характеризует эффективность электрического прибора и показывает, какая часть полезной работы в затраченной.

КПД определяется (как и в механике) по формуле:

η = A П /A З ·100%

Если известна мощность электрического тока, формулы для определения ККД будут выглядеть так:

η = P П /P З ·100%

Прежде чем определять КПД некоторого устройства, необходимо определить, что является полезной работой (для чего создано устройство), и что является затраченной работой (работа выполняется или какая энергия затрачивается для выполнения полезной работы).

Задача

Обычная электрическая лампа имеет мощность 60 Вт и рабочее напряжение 220 В. Какую работу выполняет электрический ток в лампе, и сколько вы платить за электроэнергию в течение месяца, при тарифе Т = 28 рублей, используя лампу 3 часа каждый день? Какая сила тока в лампе и сопротивление ее спирали в рабочем состоянии?

Решение:

1. Для решения данной проблемы: а) вычисляем время работы лампы в течение месяца; б) вычисляем работу силы тока в лампе; в) вычисляем плату за месяц по тарифу 28 рублей; г) вычисляем силу тока в лампе; д) вычисляем сопротивление спирали лампы в рабочем состоянии.

2. Работу силы тока рассчитываем по формуле:

А = Р·t

Силу тока в лампе поможет вычислить формула мощности тока:

Р = UI;
I = P/U.
Сопротивление спирали лампы в рабочем состоянии из закона Ома равно:

[А] = Вт·ч;

[I] = 1В·1А/1В = 1A;

[R] = 1В/1A = 1Ом.

4. Вычисления:

t = 30 дней · 3 ч = 90 ч; А = 60·90 = 5400 Вт·ч = 5,4 кВт·ч; I = 60/220 = 0,3 А; R = 220/0,3 = 733 Ом; В = 5,4 кВт·ч·28 к / кВт ч = 151 руб.

Ответ: А = 5,4 кВт·ч; I = 0,3 А; R = 733 Ом; В = 151 рубль.

Из письма клиента: Подскажите, ради Бога, почему мощность ИБП указывается в Вольт-Амперах, а не в привычных для всех киловаттах. Это сильно напрягает. Ведь все уже давно привыкли к киловаттам. Да и мощность всех приборов в основном указана в кВт. Алексей. 21 июнь 2007

В технических характеристиках любого ИБП указаны полная мощность [кВА] и активная мощность [кВт] – они характеризуют нагрузочную способность ИБП. Пример, см. фотографии ниже:

Мощность не всех приборов указана в Вт, например:

• Мощность трансформаторов указывается в ВА: https://www.mstator.ru/products/sonstige/powertransf (трансформаторы ТП: см приложение) https://metz.by/download_files/catalog/transform/tsgl__tszgl__tszglf.pdf (трансформаторы ТСГЛ: см приложение)
• Мощность конденсаторов указывается в Варах: https://www.elcod.spb.ru/catalog/k78-39.pdf (конденсаторы K78-39: см приложение) https://www.kvar.su/produkciya/25-nizkogo-napraygeniya-vbi (конденсаторы УК: см приложение)
• Примеры других нагрузок — см. приложения ниже.

Мощностные характеристики нагрузки можно точно задать одним единственным параметром (активная мощность в Вт) только для случая постоянного тока, так как в цепи постоянного тока существует единственный тип сопротивления – активное сопротивление.

Мощностные характеристики нагрузки для случая переменного тока невозможно точно задать одним единственным параметром, так как в цепи переменного тока существует два разных типа сопротивления – активное и реактивное. Поэтому только два параметра: активная мощность и реактивная мощность точно характеризуют нагрузку.

Принцип действия активного и реактивного сопротивлений совершенно различный. Активное сопротивление – необратимо преобразует электрическую энергию в другие виды энергии (тепловую, световую и т.д.) – примеры: лампа накаливания, электронагреватель (параграф 39, Физика 11 класс В.А. Касьянов М.: Дрофа, 2007).

Реактивное сопротивление – попеременно накапливает энергию затем выдаёт её обратно в сеть – примеры: конденсатор, катушка индуктивности (параграф 40,41, Физика 11 класс В.А. Касьянов М.: Дрофа, 2007).

Дальше в любом учебнике по электротехнике Вы можете прочитать, что активная мощность (рассеиваемая на активном сопротивлении) измеряется в ваттах, а реактивная мощность (циркулирующая через реактивное сопротивление) измеряется в варах; так же для характеристики мощности нагрузки используют ещё два параметра: полную мощность и коэффициент мощности. Все эти 4 параметра:

1. Активная мощность: обозначение P
   , единица измерения:
   Ватт
2. Реактивная мощность: обозначение Q
   , единица измерения:
   ВАр
   (Вольт Ампер реактивный)
3. Полная мощность: обозначение S
   , единица измерения:
   ВА
   (Вольт Ампер)
4. Коэффициент мощности: обозначение k
   или
   cosФ
   , единица измерения: безразмерная величина

Эти параметры связаны соотношениями: S*S=P*P+Q*Q, cosФ=k=P/S

Также cosФ

называется коэффициентом мощности (
Power Factor
–
PF
)

Поэтому в электротехнике для характеристики мощности задаются любые два из этих параметров так как остальные могут быть найдены из этих двух.

Например, электромоторы, лампы (разрядные) — в тех. данных указаны P[кВт] и cosФ: https://www.mez.by/dvigatel/air_table2.shtml (двигатели АИР: см. приложение) https://www.mscom.ru/katalog.php?num=38 (лампы ДРЛ: см. приложение) (примеры технических данных разных нагрузок см. приложение ниже)

То же самое и с источниками питания. Их мощность (нагрузочная способность) характеризуется одним параметром для источников питания постоянного тока – активная мощность (Вт), и двумя параметрами для ист. питания переменного тока. Обычно этими двумя параметрами являются полная мощность (ВА) и активная (Вт). См. например параметры ДГУ и ИБП.

Большинство офисной и бытовой техники, активные (реактивное сопротивление отсутствует или мало), поэтому их мощность указывается в Ваттах. В этом случае при расчёте нагрузки используется значение мощности ИБП в Ваттах. Если нагрузкой являются компьютеры с блоками питания (БП) без коррекции входного коэффициента мощности (APFC), лазерный принтер, холодильник, кондиционер, электромотор (например погружной насос или мотор в составе станка), люминисцентные балластные лампы и др. – при расчёте используются все вых. данные ибп: кВА, кВт, перегрузочные характеристики и др.

См. учебники по электротехнике, например:

1. Евдокимов Ф. Е. Теоретические основы электротехники. — М.: Издательский , 2004.

2. Немцов М. В. Электротехника и электроника. — М.: Издательский , 2007.

3. Частоедов Л. А. Электротехника. — М.: Высшая школа, 1989.

Так же см. AC power, Power factor, Electrical resistance, Reactance https://en.wikipedia.org (перевод: https://electron287.narod.ru/pages/page1.html)

Приложение

Пример 1: мощность трансформаторов и автотрансформаторов указывается в ВА (Вольт·Амперах)

https://metz.by/download_files/catalog/transform/tsgl__tszgl__tszglf.pdf (трансформаторы ТСГЛ)

Однофазные автотрансформаторы
TDGC2-0.5 kVa, 2A	АОСН-2-220-82
TDGC2-1.0 kVa, 4A	Латр 1.25	АОСН-4-220-82
TDGC2-2.0 kVa, 8A	Латр 2.5	АОСН-8-220-82
TDGC2-3.0 kVa, 12A
TDGC2-4.0 kVa, 16A
TDGC2-5.0 kVa, 20A	АОСН-20-220
TDGC2-7.0 kVa, 28A
TDGC2-10 kVa, 40A	АОМН-40-220
TDGC2-15 kVa, 60A
TDGC2-20 kVa, 80A

https://www.gstransformers.com/products/voltage-regulators.html (ЛАТР / лабораторные автотрансформаторы TDGC2)

Пример 2: мощность конденсаторов указывается в Варах (Вольт·Амперах реактивных)

https://www.elcod.spb.ru/catalog/k78-39.pdf (конденсаторы K78-39)

https://www.kvar.su/produkciya/25-nizkogo-napraygeniya-vbi (конденсаторы УК)

Пример 3: технические данные электромоторов содержат активную мощность (кВт) и cosФ

Для таких нагрузок как электромоторы, лампы (разрядные), компьютерные блоки питания, комбинированные нагрузки и др. — в технических данных указаны P [кВт] и cosФ (активная мощность и коэффициент мощности) или S [кВА] и cosФ (полная мощность и коэффициент мощности) .

https://www.weiku.com/products/10359463/Stainless_Steel_cutting_machine.html (комбинированная нагрузка – станок плазменной резки стали / Inverter Plasma cutter LGK160 (IGBT)

https://www.silverstonetek.com.tw/product.php?pid=365&area=en (блок питания ПК)

Дополнение 1

Если нагрузка имеет высокий коэффициент мощности (0.8 … 1.0), то её свойства приближаются к активной нагрузке. Такая нагрузка является идеальной как для сетевой линии, так и для источников электроэнергии, т.к. не порождает реактивных токов и мощностей в системе.

Поэтому во многих странах приняты стандарты нормирующие коэффициент мощности оборудования.

Дополнение 2

Оборудование однонагрузочное (например, БП ПК) и многосоставное комбинированное (например, фрезерный промышленный станок, имеющий в составе несколько моторов, ПК, освещение и др.) имеют низкие коэффициенты мощности (менее 0.8) внутренних агрегатов (например, выпрямитель БП ПК или электромотор имеют коэффициент мощности 0.6 .. 0.8). Поэтому в настоящее время большинство оборудования имеет входной блок корректора коэффициента мощности. В этом случае входной коэффициент мощности равен 0.9 … 1.0, что соответствует нормативным стандартам.

Дополнение 3. Важное замечание относительно коэффициента мощности ИБП и стабилизаторов напряжения

Нагрузочная способность ИБП и ДГУ нормирована на стандартную промышленную нагрузку (коэффициент мощности 0.8 с индуктивным характером). Например, ИБП 100 кВА / 80 кВт. Это означает, что устройство может питать активную нагрузку максимальной мощности 80 кВт, или смешанную (активно-реактивную) нагрузку максимальной мощности 100 кВА с индуктивным коэффициентом мощности 0.8.

В стабилизаторах напряжения дело обстоит иначе. Для стабилизатора коэффициент мощности нагрузки безразличен. Например, стабилизатор напряжения 100 кВА. Это означает, что устройство может питать активную нагрузку максимальной мощности 100 кВт, или любую другую (чисто активную, чисто реактивную, смешанную) мощностью 100 кВА или 100 кВАр с любым коэффициентом мощности емкостного или индуктивного характера. Обратите внимание, что это справедливо для линейной нагрузки (без высших гармоник тока). При больших гармонических искажениях тока нагрузки (высокий КНИ) выходная мощность стабилизатора снижается.

Дополнение 4

Наглядные примеры чистой активной и чистой реактивных нагрузок:

• К сети переменного тока 220 VAC подключена лампа накаливания 100 Вт – везде в цепи есть ток проводимости (через проводники проводов и вольфрамовый волосок лампы). Характеристики нагрузки (лампы): мощность S=P~=100 ВА=100 Вт, PF=1 => вся электрическая мощность активная, а значит она целиком поглащается в лампе и превращается в мощность тепла и света.
• К сети переменного тока 220 VAC подключен неполярный конденсатор 7 мкФ – в цепи проводов есть ток проводимости, внутри конденсатора идёт ток смещения (через диэлектрик). Характеристики нагрузки (конденсатора): мощность S=Q~=100 ВА=100 ВАр, PF=0 => вся электрическая мощность реактивная, а значит она постоянно циркулирует от источника к нагрузке и обратно, опять к нагрузке и т.д.

Дополнение 5

Для обозначения преобладающего реактивного сопротивления (индуктивного либо ёмкостного) коэффициенту мощности приписывается знак:

+ (плюс)

– если суммарное реактивное сопротивление является индуктивным (пример: PF=+0.5). Фаза тока отстаёт от фазы напряжения на угол Ф.

— (минус)

– если суммарное реактивное сопротивление является ёмкостным (пример: PF=-0,5). Фаза тока опережает фазу напряжения на угол Ф.

Бизнес и финансы

Бизнес
: • Банки • Богатство и благосостояние • Коррупция • (Преступность) • Маркетинг • Менеджмент • Инвестиции • Ценные бумаги: • Управление • Открытые акционерные общества • Проекты • Документы • Ценные бумаги — контроль • Ценные бумаги — оценки • Облигации • Долги • Валюта • Недвижимость • (Аренда) • Профессии • Работа • Торговля • Услуги • Финансы • Страхование • Бюджет • Финансовые услуги • Кредиты • Компании • Государственные предприятия • Экономика • Макроэкономика • Микроэкономика • Налоги • Аудит
Промышленность
: • Металлургия • Нефть • Сельское хозяйство • Энергетика
Строительство
• Архитектура • Интерьер • Полы и перекрытия • Процесс строительства • Строительные материалы • Теплоизоляция • Экстерьер • Организация и управление производством

Интересные фотоблоги

Искусство

• Детское творчество • Картины • Искусство • Поздравления • Кинобзор • Музыкальный мир • Русский рок

Мир

• Люди мира • Мир вокруг нас • Моя родина — СССР • Канал «Природа» • Камни и минералы • Кулинария, еда • Строительство и архитектура • Строимся • Транспорт • Оружие • Военный транспорт

Красота

• Fashion Pandia.ru • Girls and Girls

Школа

• Тесты к ЕГЭ • Решебники • ЕГЭ • 10 и 11 классы • Разные учебники • 4 класс • Русский язык 5-9 классы • 5 класс • 6 класс • 7 класс • 8 класс

Мудрость

• Клипарты • Цитаты

Каталог авторов (частные аккаунты)

Авто Автосервис • Автозапчасти • Товары для авто • Автотехцентры • Автоаксессуары • автозапчасти для иномарок • Кузовной ремонт • Авторемонт и техобслуживание • Ремонт ходовой части автомобиля • Автохимия • масла • техцентры • Ремонт бензиновых двигателей • ремонт автоэлектрики • ремонт АКПП • Шиномонтаж Бизнес Автоматизация бизнес-процессов • Интернет-магазины • Строительство • Телефонная связь • Оптовые компании Досуг Досуг • Развлечения • Творчество • Общественное питание • Рестораны • Бары • Кафе • Кофейни • Ночные клубы • Литература Технологии Автоматизация производственных процессов • Интернет • Интернет-провайдеры • Связь • Информационные технологии • IT-компании • WEB-студии • Продвижение web-сайтов • Продажа программного обеспечения • Коммутационное оборудование • IP-телефония

Инфраструктура Город • Власть • Администрации районов • Суды • Коммунальные услуги • Подростковые клубы • Общественные организации • Городские информационные сайты Наука Педагогика • Образование • Школы • Обучение • Учителя Товары Торговые компании • Торгово-сервисные компании • Мобильные телефоны • Аксессуары к мобильным телефонам • Навигационное оборудование

Мощность (физика) — это… Что такое Мощность (физика)?

Мощность

— физическая величина, равная отношению работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени.

Эффективная мощность

Читайте также:  Выпрямители напряжения: основные понятия

, мощность двигателя, отдаваемая рабочей машине непосредственно или через силовую передачу. Различают полезную, полную и номинальную Э. м. двигателя. Полезной называют Э. м.

двигателя за вычетом затрат мощности на приведение в действие вспомогательных агрегатов или механизмов, необходимых для его работы, но имеющих отдельный привод (не от двигателя непосредственно). Полная Э. м. — мощность двигателя без вычета указанных затрат. Номинальная Э. м., или просто номинальная мощность, — Э. м.

, гарантированная заводом-изготовителем для определённых условий работы. В зависимости от типа и назначения двигателя устанавливаются Э. м.

, регламентируемые стандартами или техническими условиями (например, наибольшая мощность судового реверсивного двигателя при определённой частоте вращения коленчатого вала в случае заднего хода судна — так называемая мощность заднего хода, наибольшая мощность авиационного двигателя при минимальном удельном расходе топлива — так называемая крейсерская мощность и т. п.). Э. м. зависит от форсирования (интенсификации) рабочего процесса, размеров и механического кпд двигателя.[1]

Так как работа является мерой изменения энергии, мощность можно определить также как скорость изменения энергии системы.

Единицы измерения

В системе СИ единицей измерения мощности является ватт, равный одному джоулю, делённому на секунду.

Другой распространённой единицей измерения мощности является лошадиная сила.

Соотношения между единицами мощности Единицы Вт кВт МВт кгс·м/с эрг/с л. с.

1 ватт	1	10-3	10-6	0,102	107	1,36·10-3
1 киловатт	103	1	10-3	102	1010	1,36
1 мегаватт	106	103	1	102·103	1013	1,36·103
1 килограмм-сила-метр в секунду	9,81	9,81·10-3	9,81·10-6	1	9,81·107	1,33·10-2
1 эрг в секунду	10-7	10-10	10-13	1,02·10-8	1	1,36·10-10
1 лошадиная сила[2]	735,5	735,5·10-3	735,5·10-6	75	7,355·109	1

Виды мощности постоянного тока

Любая мощностная величина определяется работой, которая совершается за определенную единицу времени. Чаще всего ею становится секунда. Она означает величину, характеризующую, насколько быстро совершается работа. Касаемо электрической мощности это расход электроэнергии за одну секунду.

Мощностная характеристика тока соответствует отношению его работы ко времени

Работой тока называется процесс превращения электроэнергии в какую-либо другую энергию (механическую, тепловую или световую). Именно по мощности, которая обозначается буквой «P» или «W», и оценивается работоспособность электротока.

К сведению! Вообще у тока постоянного значения нет активной и реактивной P. Для этого вида сети характерна только мгновенная характеристика.

Мгновенная мощность

Если говорить о сетях переменного электротока, то рассматриваемая величина в них, как и электроток или напряжение, регулярно меняет свои значения. Это напрямую влияет на другие параметры. При константном течении зарядов все остается неизменным. Именно поэтому и возникает термин «мгновенная мощность».

Силы в сети регулярного тока остаются неизменными и равняются мгновенным их значениям, взятым в произвольный момент времени. Такую характеристику можно высчитать по мгновенным значениям. Для этого подходит формула мощности постоянного тока в цепи: P = I * U.

Рассматриваемая величина может быть найдена из произведения силы электротока и напряжения

Если сеть пассивна и в ней соблюдается закон Ома, то справедливо равенство. В случае подключения источника ЭДС нужна другая формула: P = I * E, где E — это электродвижущая сила.

Активная мощность

Активная мощность — это среднее за период значение мгновенной P. При активной P происходит конвертация мощности тока в энергию любого вида (механическую, световую или тепловую). Подобный перевод электротока нельзя выполнить в обратном направлении. Активный тип также измеряется в ваттах. 1 Ватт равен 1 вольту умноженному на 1 ампер.

Работа неразрывно связана с определением мощностных характеристик

К сведению! В бытовых и уж тем более промышленных масштабах единицу измерения ватт никогда не используют. Для этих целей задействуют показатели на порядок выше: мегаватты в киловатты.

Реактивная мощность

Реактивная мощностная характеристика определяет нагрузку, которая создается электрическими устройствами определенными колебаниями энергии электромагнитного поля в сетях синусоидального тока переменной частоты. Она равна произведению среднеквадратичных значений напряжения и силы тока, умноженных на синус угла, на который сдвигается фаза между ними. Реактивный параметр неразрывно связан с полной P и активным параметром.

Все основные величины могут быть найдены с использованием закона Ома

Если говорить про физический смыл реактивности, то он представляет собой некую энергию, которая перекачивается из источника к реактивным элементам приемника (конденсатор, обмотка генератора, катушка индуктивности и т. д.), а потом возвращается обратно в источник за время одного периода колебаний.

Полная мощность

Полная P электротока представляет собой значение, соответствующее произведению силы электротока и напряжения в цепи. Она неразрывно связана с активной и реактивной величинами и определяется следующим уравнением: , где Sos = полная мощность, а P и Q — ее активная и реактивная характеристики соответственно.

Общая мощность, которую можно представить в виде кружки пива

Если говорить проще, то активная P есть везде, где присутствует нагрузка активного плана. Например, в спиральных нагревателях, сопротивлении проводов и т. д. Реактивный параметр характерен для реактивной нагрузки, которая имеется в элементах индуктивности или емкости.

Определение и формула полезной мощности

Стоит рассмотреть понятие полезной мощности и формулу на примере электрической цепи. Та мощность, которую источник питания (ИП), в частности, тока, развивает в замкнутой цепи, будет полной мощностью.

Схема цепи

Цепь включает в себя: источник тока, имеющий ЭДС (E), внешнюю цепь с нагрузкой R и внутреннюю цепь ИП, сопротивление которого R0. Формула полной (общей) мощности равна:

Pобщ = E*I.

Здесь I – это значение тока, проходящего по цепи (А), а E – величина ЭДС (В).

Внимание! Падение напряжения на каждом из участков будет равно U и U0, соответственно.

Значит, формула примет вид:

Pобщ = E*I = (U + U0) *I = U*I + U0*I.

Видно, что значение произведения U*I равняется мощности, отдаваемой источником на нагрузке, и соответствует полезной мощности Pпол.

Величина, равная произведению U0*I, соответствует мощности, которая теряется внутри ИП на нагрев и преодоление внутреннего сопротивления R0. Это мощность потерь P0.

Подставляемые в формулу значения показывают, что сумма полезной и потерянной мощностей составляют общую мощность ИП:

Pобщ=Pпол+P0.

Важно! При работе любого аппарата (механического или электрического) полезной мощностью будет та, которая останется для совершения нужной работы после преодоления факторов, вызывающих потери (нагрев, трение, противодействующие силы).

Полная, полезная мощности и КПД цепи постоянного тока

Рассмотрим замкнутую неразветвленную цепь, состоящую из источника тока и резистора.
Применим закон сохранения энергии ко всей цепи:

Так как , а для замкнутой цепи точки 1 и 2 совпадают, мощность электрических сил в замкнутой цепи равна нулю. Это равносильно утверждению о потенциальности электрического поля постоянного тока, о которой уже упоминалось ранее.

Итак, в замкнутой цепи всё тепло выделяется за счет работы сторонних сил: , или , и мы снова приходим к закону Ома, теперь для замкнутой цепи: .

Полной мощностью цепи называют мощность сторонних сил, она же равна полной тепловой мощности:

Полезнойназывают тепловую мощность, выделяемую во внешней цепи (независимо от того, полезна она или вредна в данном конкретном случае):

Роль электрических сил в цепи. Во внешней цепи, на нагрузке R

, электрические силы совершают положительную работу, а при перемещении заряда внутри источника тока – такую же по величине отрицательную. Во внешней цепи теплота выделяется за счет работы электрического поля. Работу, отданную во внешней цепи, электрическое поле «возвращает» себе внутри источника тока. В итоге вся теплота в цепи «оплачена» работой сторонних сил: источник тока постепенно теряет запасенную в нем химическую (или какую-то другую) энергию. Электрическое же поле играет роль «курьера», доставляющего энергию во внешнюю цепь.
Зависимость полной, полезной мощностей и КПД от сопротивления нагрузки R.
Эти зависимости получаем из формул (1 – 2) и закона Ома для полной цепи:

Графики этих зависимостей вы видите на рисунке.

Полная мощность монотонно убывает с ростом , т.к. убывает сила тока в цепи. Максимальная полная мощность выделяется при , т.е. при коротком замыкании

Формула мощности тока. Фактическая и номинальная мощность. КПД электрического прибора :

Действие всех известных электрических приборов происходит за счет электрической энергии. В результате этого мы получаем свет, тепло, звук, механическое движение, то есть разные виды энергии. В этой статье мы рассмотрим и изучим такое физическое понятия, как мощность электрического тока.

Под мощностью тока так же, как и в механике, понимают работу, которая выполняется за единицу времени. Рассчитать мощность, зная работу, которую выполняет электрический ток за некоторый промежуток времени, поможет физическая формула.

• Ток, напряжение, мощность в электростатике связаны равенством, которое можно вывести из формулы A = UIt. По ней определяют работу, которую выполняет электрический ток:
• P = A/t = UIt/t = UI Таким образом, формула мощности постоянного тока на любом участке цепи выражается как произведение силы тока на напряжение между концами участка.

Используя закон Ома, формула мощности тока P = UI записывается в таком виде:

P = UI = U2/R = I2/R Итак, мощность, выделяемая на проводниках, прямо пропорциональна силе тока, протекающей через проводник, и напряжению на его концах.

Как известно, идеальных машин и механизмов не существует (то есть таких, которые бы полностью превращали один вид энергии в другой или генерировали бы энергию).

Во время работы устройства обязательно часть затраченной энергии уходит на преодоление нежелательных сил сопротивления или просто «рассеивается» в окружающую среду.

Таким образом, только часть затраченной нами энергии уходит на выполнение полезной работы, для выполнения которой и было создано устройство.

Физическая величина, которая показывает, какая часть полезной работы в затраченной, называется коэффициентом полезного действия (далее КПД).

1. Другими словами, КПД показывает, насколько эффективно используется затраченная работа при ее выполнении, например, электрическим прибором.
2. КПД (обозначается греческой буквой η («эта»)) — физическая величина, которая характеризует эффективность электрического прибора и показывает, какая часть полезной работы в затраченной.
3. КПД определяется (как и в механике) по формуле:
4. η = AП/AЗ·100%
5. Если известна мощность электрического тока, формулы для определения ККД будут выглядеть так:
6. η = PП/PЗ·100%
7. Прежде чем определять КПД некоторого устройства, необходимо определить, что является полезной работой (для чего создано устройство), и что является затраченной работой (работа выполняется или какая энергия затрачивается для выполнения полезной работы).

Формула полезной мощности источника тока

Пусть электрическая цепь состоит из источника тока, имеющего сопротивление $r$ и нагрузки (сопротивление $R$). Мощность источника найдем как:

[P=?I left(7right),]

где $?$ – ЭДС источника тока; $I$ – сила тока. При этом $P$ – полная мощность цепи.

Обозначим $U$ – напряжение на внешнем участке цепи, тогда формулу (7) представим в виде:

[P=?I=UI+I^2r=P_p+P_0left(8right),]

где $P_p=UI=I^2R=frac{U^2}{R}(9)$ – полезная мощность; $P_0=I^2r$ – мощность потерь. При этом КПД источника определяют как:

[eta =frac{P_p}{P_p+P_0}left(9right).]

Максимальную полезную мощность (мощность на нагрузке) электрический ток дает, если внешнее сопротивление цепи будет равно внутреннему сопротивлению источника тока. При этом условии полезная мощность равна 50% общей мощности.

При коротком замыкании (когда $Rto 0;;Uto 0$) или в режиме холостого хода $(Rto infty ;;Ito 0$) полезная мощность равна нулю.

Взаимосвязь полезной мощности и КПД

Коэффициент полезного действия (КПД) – величина безразмерная, численно выражается в процентах. КПД обозначают буквой η.

Формула имеет вид:

η = А/Q,

где:

• А – полезная работа (энергия);
• Q – затраченная энергия.

По мере увеличения КПД в различных двигателях допустимо выстроить следующую линейку:

• электродвигатель – до 98%;
• ДВС – до 40%;
• паровая турбина – до 30%.

Что касается мощности, КПД равен отношению полезной мощности к полной мощности, которую выдает источник. В любом случае  η ≤ 1.

Важно! КПД и Pпол не одно и то же. В разных рабочих процессах добиваются максимума или одного, или другого.

Получение максимальной энергии на выходе ИП

К сведению. Чтобы увеличить КПД подъёмных кранов, нагнетательных насосов или двигателей самолётов, нужно уменьшить силы трения механизмов или сопротивления воздуха. Этого достигают применением разнообразных смазок, установкой подшипников повышенного класса (заменив скольжение качением), изменением геометрии крыла и т.д.

Максимальная энергия или мощность на выходе ИП может быть достигнута при согласовании сопротивления нагрузки Rн и внутреннего сопротивления R0 ИП. Это значит, что Rн = R0. В этом случае КПД равен 50%. Это вполне приемлемо для малоточных цепей и радиотехнических устройств.

Однако этот вариант не подходит для электрических установок. Чтобы впустую не тратились большие мощности, режим эксплуатации генераторов, выпрямителей, трансформировав и электродвигателей таков, что к.п.д. приближается к 95% и выше.

Достижение максимального КПД

Формула КПД источника тока имеет вид:

η = Pн/Pобщ = R/Rн+r,

где:

• Pн – мощность нагрузки;
• Pобщ – общая мощность;
• R – полное сопротивление цепи;
• Rн – сопротивление нагрузки;
• r – внутреннее сопротивление ИТ.

Как видно из графика, изображённого на рис. выше, мощность Pн с уменьшением тока в цепи стремится к нулю. КПД, в свою очередь, достигнет максимального значения, когда цепь будет разомкнута, и ток равен нулю, при коротком замыкании в цепи станет равным нулю.

Если обратиться к элементарному тепловому двигателю, состоящему из поршня и цилиндра, то у него степень сжатия равна степени расширения. Повышение КПД такого мотора возможно в случае:

• изначально высоких параметров: давления и температуры рабочего тела перед началом расширения;
• приближения их значений к параметрам окружающей среды по окончании расширения.

Достижение ηmax доступно лишь при наиболее эффективном изменении давления рабочего компонента во вращательное движение вала.

К сведению. Термический коэффициент полезного действия повышается с повышением доли теплоты, подаваемой к рабочему телу, которая преобразуется в работу. Подаваемая теплота делится на два вида энергии: внутренняя в виде температуры и энергия давления.

Механическую работу, по сути, совершает только второй вид энергии. Это порождает целый ряд минусов тормозящих процесс повышения КПД:

• некоторая часть давления уходит на внешнюю среду;
• достижение максимального коэффициента полезного действия невозможно без увеличения процента использования энергии давления для преобразования в работу;
• нельзя поднять КПД тепловых двигателей, не изменяя S поверхности приложения давления, и без удаления этой поверхности от точки вращения;
• использование только газообразного рабочего тела не способствует повышению η тепловых двигателей.

Для достижения высокого коэффициента полезного действия теплового двигателя нужно определяться с рядом решений. Этому способствуют следующие модели устройства:

• ввести в цикл расширения ещё одно рабочее тело с другими физическими свойствами;
• наиболее полно перед расширением использовать оба вида энергии рабочего тела;
• осуществлять генерацию добавочного рабочего тела прямо при расширении газообразного.

Информация. Все доработки двигателей внутреннего сгорания в виде: нагнетателя турбонадува, организации многократного или распределённого впрыска, а также повышения влажности воздуха, доведения топлива при впрыске до состояния пара, не дали ощутимых результатов резкого повышения КПД.

Реактивный коэффициент

По-другому он называется коэффициентом мощности и является безразмерной величиной, вводимой для вычисления реактивной составляющей. Говоря научным языком, он показывает, насколько сдвигается фаза переменного тока, протекающего через нагрузку, от возникшего на ней напряжения. Численно он принимается равным косинусу сдвига. Математически это сдвиг интерпретируется как косинус угла между векторными значениями тока и напряжения.

Простыми же словами, коэффициент мощности, обозначаемый φ, указывает на ту часть расходуемой электроэнергии, которая преобразуется в полезную работу. Например, при cos φ = 0,9 девяносто процентов от полной энергии уйдёт на совершение полезного действия, а остальные десять будут считаться потерями. Поэтому если в паспорте на какой-либо прибор указано, что мощность изделия составляет 500 Вт, а cos φ = 0,5, то полный расход его энергии будет составлять 500/0,5 = 250 ВА.

То есть коэффициент φ находится из отношения потребляемой устройством энергии к значению полной мощности. Нередко в паспорте оборудования указывается и составляющая φ (характер нагрузки). Она может быть резистивно-ёмкостной или резистивно-индуктивной. При этом сам коэффициент соответственно является опережающим или отстающим.

Если же напряжение в цепи изменяется по синусоидальному закону, а ток по несинусоидальному, то нагрузка никакой реактивной составляющей иметь не будет, а коэффициент принимается равным главной волне (первой гармонике). Под несинусоидальными понимаются искажения электрического сигнала, связанные с гармониками, преобладающими над основной частотой.

В математике формулой для нахождения коэффициента мощности является выражение: cos φ= P/S. Поэтому чем больше его значение, тем меньше потребляет устройство энергию из сети. Существуют различные способы поднятия значения cos φ, даже до максимального значения, равного единице, называемые коррекцией. Наиболее эффективным является добавление в схему сложного электронного узла, размещаемого на входе устройства.

Определение и формула полезной мощности

Стоит рассмотреть понятие полезной мощности и формулу на примере электрической цепи. Та мощность, которую источник питания (ИП), в частности, тока, развивает в замкнутой цепи, будет полной мощностью.

Схема цепи

Цепь включает в себя: источник тока, имеющий ЭДС (E), внешнюю цепь с нагрузкой R и внутреннюю цепь ИП, сопротивление которого R0. Формула полной (общей) мощности равна:

Pобщ = E*I.

Здесь I – это значение тока, проходящего по цепи (А), а E – величина ЭДС (В).

Внимание! Падение напряжения на каждом из участков будет равно U и U0, соответственно.

Значит, формула примет вид:

Pобщ = E*I = (U + U0) *I = U*I + U0*I.

Видно, что значение произведения U*I равняется мощности, отдаваемой источником на нагрузке, и соответствует полезной мощности Pпол.

Величина, равная произведению U0*I, соответствует мощности, которая теряется внутри ИП на нагрев и преодоление внутреннего сопротивления R0. Это мощность потерь P0.

Подставляемые в формулу значения показывают, что сумма полезной и потерянной мощностей составляют общую мощность ИП:

Pобщ=Pпол+P0.

Важно! При работе любого аппарата (механического или электрического) полезной мощностью будет та, которая останется для совершения нужной работы после преодоления факторов, вызывающих потери (нагрев, трение, противодействующие силы).

Параметры источника питания

На практике часто приходится думать, какой должна быть мощность источника тока, сколько нужно ватт (вт) или киловатт (квт) для обеспечения бесперебойной работы устройства. Для понимания сути нужно иметь представления о таких понятиях, применяемых в физике, как:

• полная энергия цепи;
• ЭДС и напряжение;
• внутреннее сопротивление источника питания;
• потери внутри ИП;
• полезная мощность.

Независимо от того, какую энергию выдаёт источник (механическую, электрическую, тепловую), мощность его должна подбираться с небольшим запасом (5-10%).

При включении в цепь нагрузки, которая будет потреблять энергию от источника тока (ИТ), ток будет совершать работу. Энергия, выделяемая на всех включенных в цепь потребителях и элементах цепи (провода, электронные компоненты т.д.), носит название полной. Источник энергии может быть любой: генератор, аккумулятор, тепловой котёл. Цифра значения полной энергии будет складываться из энергии, затрачиваемой источником на потери, и количества, затрачиваемого на выполнение конкретной работы.

В чём разница между этими двумя понятиями?

ЭДС – электродвижущая сила, это напряжение, которое сторонние силы (химическая реакция, электромагнитная индукция) создают внутри источника тока (ИТ). ЭДС – это сила перемещения электрических зарядов в ИТ.

ЭДС определение

К сведению. Измерить значение E (ЭДС) представляется возможным только в режиме холостого хода (х.х.). Подключение любой нагрузки вызывает потерю напряжения внутри ИП.

Напряжение (U) – физическая величина, представляющая собой разность потенциалов ϕ1 и ϕ2 на выходе источника напряжения (ИН).

Определение понятия полной мощности применяют не только в отношении электрических цепей. Оно применимо и по отношению к электродвигателям, трансформаторам и прочим устройствам, способным потреблять, как активную, так и реактивную составляющую энергии.

Подобные потери происходят на внутреннем сопротивлении двухполюсника. У аккумулятора это сопротивление электролита, у генератора – обмоточное сопротивление, провода выводов которого выходят из корпуса.

Взять и просто измерить R0 тестером не получится, узнать его обязательно нужно для вычисления потерь Р0. Поэтому применяют косвенные методы.

Косвенный метод определения R0 заключается в следующем:

• в режиме х.х. замеряют E (В);
• при включенной нагрузке Rн (Ом) измеряют Uвых (В) и ток I (А);
• падение напряжения внутри источника считают по формуле:

U0=E-Uвых.

На последнем этапе находят R0=U0/I.

Схема для измерения R0

Зависимость мощности от силы тока, формула мощности, физический смысл

Первое упоминание об электричестве встречается в опытах древнегреческого философа Фалеса. Именно он первым обнаружил, что предметы при трении притягиваются. Одноименный термин был введен в начале 17-го века английским физиком Гилбертом, после опытов, проведенных с магнитами. Отцом же науки об электричестве считается французский ученый Кулон – именно после открытия закона, получившего его имя, электротехника начала свою победную поступь, которая продолжается до сих пор. Этот закон утверждает, что два точечных заряда в безвоздушной среде взаимодействуют с силой, прямо пропорциональной их модулям и обратно – расстоянию между ними, возведенному в квадрат.
Выясним, что же представляет собой понятие электричество?

Если коротко, то это – направленное движение потока заряженных частиц. Тела, через которые они проходят, называются проводниками. Каждый проводник имеет определенное сопротивление электрическому току, которое раз

И, перед тем, как перейти к основным законам, несколько слов о заряженных частицах: они бывают, условно говоря, положительными и отрицательными. Одноименные заряды отталкиваются, а разноименные – притягиваются.

А теперь, перейдем к главному

Основа-основ науки об электричестве – закон Ома.

Эксперимент, который провел этот немецкий физик, привел его к следующему убеждению: сила тока I, проходящего через металлический проводник, пропорциональна напряжению на его концах, или I = U/R

Здесь напряжением называется разность, образно говоря, «давлений», созданных двумя точками электрической цепи. Измеряют его в вольтах.

Электрический ток представляет собой число электронов, которые пропускает участок электрической цепи и измеряется в амперах. Сопротивлением считается свойство цепи помешать этому движению. В честь упомянутого физика, его измеряют в омах.

Иначе говоря, проводник, через который проходит ток в 1 ампер при напряжении в 1 вольт, обладает сопротивлением в 1 ом.

Вся остальная электротехника «пляшет» от этого.

О мощности электрического тока

В физике мощностью считают скорость выполнения работы. Неважно, какой. Чем эта операция проводится быстрее, тем большей считается мощность того, кто ее исполняет, будь то человек, механическое устройство или что-то еще.

Так же и в случае с электрическим током: ее мощность представляет собой отношение работы, произведенной движущимися электрическими зарядами к промежутку времени, которое для этого понадобилось.

Проще говоря, для того, чтобы получить электрическую мощность в 1 ватт, когда источник тока имеет напряжение 1 вольт, необходимо пропустить через проводник ток в 1 ампер. Другими словами, мощность (P) можно посчитать, перемножив друг на друга электрическое напряжение и ток:

P = U*I.

Запомнив эту нехитрую формулу, на практике можно рассчитать мощность. Например, если известны значения тока и сопротивления, а о напряжении сведений нет, можем воспользоваться законом Ома, подставив в формулу вместо него I*R. Получится, что мощность равна квадрату электрического тока, помноженному на сопротивление.

Этот закон точно так же придет на помощь, если известны величины напряжения и сопротивления. В этом случае подставив вместо значения тока I = U/R, получим значение мощности, равное квадрату напряжения, поделенному на сопротивление.

Закон Ома и мощность

Используя закон Ома, формула мощности тока P = UI записывается в таком виде:

P = UI = U2/R = I2/R Итак, мощность, выделяемая на проводниках, прямо пропорциональна силе тока, протекающей через проводник, и напряжению на его концах.

Коэффициент полезного действия электрического прибора

Как известно, идеальных машин и механизмов не существует (то есть таких, которые бы полностью превращали один вид энергии в другой или генерировали бы энергию).

Во время работы устройства обязательно часть затраченной энергии уходит на преодоление нежелательных сил сопротивления или просто «рассеивается» в окружающую среду.

Таким образом, только часть затраченной нами энергии уходит на выполнение полезной работы, для выполнения которой и было создано устройство.

Физическая величина, которая показывает, какая часть полезной работы в затраченной, называется коэффициентом полезного действия (далее КПД).

1. Другими словами, КПД показывает, насколько эффективно используется затраченная работа при ее выполнении, например, электрическим прибором.
2. КПД (обозначается греческой буквой η («эта»)) — физическая величина, которая характеризует эффективность электрического прибора и показывает, какая часть полезной работы в затраченной.
3. КПД определяется (как и в механике) по формуле:
4. η = AП/AЗ·100%
5. Если известна мощность электрического тока, формулы для определения ККД будут выглядеть так:
6. η = PП/PЗ·100%
7. Прежде чем определять КПД некоторого устройства, необходимо определить, что является полезной работой (для чего создано устройство), и что является затраченной работой (работа выполняется или какая энергия затрачивается для выполнения полезной работы).

Активная, реактивная и полная (кажущаяся) мощности

Простое объяснение с формулами

Активная мощность (P)

Другими словами активную мощность можно назвать: фактическая, настоящая, полезная, реальная мощность. В цепи постоянного тока мощность, питающая нагрузку постоянного тока, определяется как простое произведение напряжения на нагрузке и протекающего тока, то есть

P = V I

потому что в цепи постоянного тока нет понятия фазового угла между током и напряжением. Другими словами, в цепи постоянного тока нет никакого коэффициента мощности.

Но при синусоидальных сигналах, то есть в цепях переменного тока, ситуация сложнее из-за наличия разности фаз между током и напряжением. Поэтому среднее значение мощности (активная мощность), которая в действительности питает нагрузку, определяется как:

P = V I Cosθ

В цепи переменного тока, если она чисто активная (резистивная), формула для мощности та же самая, что и для постоянного тока: P = V I.

Формулы для активной мощности

P = V I – в цепях постоянного тока

P = V I cosθ – в однофазных цепях переменного тока

P = √3 VL IL cosθ – в трёхфазных цепях переменного тока

P = 3 VPh IPh cosθ

P = √ (S2 – Q2) или

P =√ (ВА2 – вар2) или

Активная мощность = √ (Полная мощность2 – Реактивная мощность2) или

кВт = √ (кВА2 – квар2)

Реактивная мощность (Q)

Также её мощно было бы назвать бесполезной или безваттной мощностью.

Мощность, которая постоянно перетекает туда и обратно между источником и нагрузкой, известна как реактивная (Q).

Реактивной называется мощность, которая потребляется и затем возвращается нагрузкой из-за её реактивных свойств. Единицей измерения активной мощности является ватт, 1 Вт = 1 В х 1 А. Энергия реактивной мощности сначала накапливается, а затем высвобождается в виде магнитного поля или электрического поля в случае, соответственно, индуктивности или конденсатора.

Реактивная мощность определяется, как

Q = V I sinθ

и может быть положительной (+Ve) для индуктивной нагрузки и отрицательной (-Ve) для емкостной нагрузки.

Единицей измерения реактивной мощности является вольт-ампер реактивный (вар): 1 вар = 1 В х 1 А. Проще говоря, единица реактивной мощности определяет величину магнитного или электрического поля, произведённого 1 В х 1 А.

Формулы для реактивной мощности

Q = V I sinθ

Реактивная мощность = √ (Полная мощность2 – Активная мощность2)

вар =√ (ВА2 – P2)

квар = √ (кВА2 – кВт2)

Полная мощность (S)

Полная мощность – это произведение напряжения и тока при игнорировании фазового угла между ними. Вся мощность в сети переменного тока (рассеиваемая и поглощаемая/возвращаемая) является полной.

Комбинация реактивной и активной мощностей называется полной мощностью. Произведение действующего значения напряжения на действующее значение тока в цепи переменного тока называется полной мощностью.

Она является произведением значений напряжения и тока без учёта фазового угла. Единицей измерения полной мощности (S) является ВА, 1 ВА = 1 В х 1 А. Если цепь чисто активная, полная мощность равна активной мощности, а в индуктивной или ёмкостной схеме (при наличии реактивного сопротивления) полная мощность больше активной мощности.

Формула для полной мощности

S = V I

Полная мощность = √ (Активная мощность2 + Реактивная мощность2)

kVA = √(kW2 + kVAR2)

Следует заметить, что:

• резистор потребляет активную мощность и отдаёт её в форме тепла и света.
• индуктивность потребляет реактивную мощность и отдаёт её в форме магнитного поля.
• конденсатор потребляет реактивную мощность и отдаёт её в форме электрического поля.

Все эти величины тригонометрически соотносятся друг с другом, как показано на рисунке:

Предыдущая

РазноеЭнергия конденсатора

Следующая

РазноеАвтоматические выключатели

Простой способ расчёта мощности электроприборов

Мощность каждого электроприбора указана в техпаспорте и дублируется на прикрепленной к нему бирке или табличке. Самый простой способ расчёта — просуммировать мощности всех подключаемых к стабилизатору или ИБП потребителей.

Поправка: сейчас мы рассмотрели оборудование без электродвигателей. Оно обладает только активной составляющей мощности. К этой категории относятся электроплиты, кипятильники, лампы накаливания и др.

Холодильники, стиральные машины, дрели и прочее оборудование с электродвигателями обладает также реактивной составляющей мощности.

Для таких электроприборов необходимо вычислить полную мощность (измеряется в Вольт-Амперах (ВА)), которая, в отличие от описанного выше, не будет равна активной мощности. Соотношение между полной и активной мощностью выражается формулой:

• Pполная = Pактивная / cos (ф).

Сos(φ) указывается в документации и на бирке электроприбора (встречается обозначение PF – Power Factor). При отсутствии данных допустимо принять cos(φ) в пределах 0,7-0,8.

Например, если P активная мощность электродрели составляет 700 Вт, то P полная рассчитывается как 700 / 0,7 = 1000 ВА.

Вывод: для точного расчета суммарной мощности нагрузки нужно сложить полную мощность всех выбранных приборов (в Вольт-Амперах). Для электроприборов без двигателей полная мощность будет равна активной.

Рекомендуется подбирать стабилизатор с мощностью, превышающей полученное суммированием значение на 20-30%, что обеспечит следующие преимущества:

• избавит оборудование от перегрузки;
• позволит подключать дополнительных потребителей.

Как измерить потребляемую мощность и проверить счётчик

Как измерить потребляемую мощность и проверить счётчик

Знать мощность требуется во многих случаях. Например: Для расчёта требуемых сечений кабеля электропроводки.

Для определения расхода электроэнергии (потребляемая мощность). Остановимся на потребляемой мощности подробней.

Обозначение мощности – английская буква P. Единица измерения – Ватт (W, Вт). 1000 Вт = Киловатт

Единица измерения использованной электроэнергии Киловатт-час. Киловатт-час равен количеству энергии, потребляемой устройством мощностью один киловатт в течение одного часа (мощность, умноженная на время).

Сейчас много бытовой техники. В таблице (опубликована в интернете, со многими данными можно поспорить) приведены ориентировочные данные мощности, количества бытовой техники среднестатистической семьи. Указаны примерное время работы в часах и месячный расход электроэнергии.

ориентировочные данные мощности, количества бытовой техники, время работы в часах и месячный расход электроэнергии.

Конечно данные усреднённые, можно составить подобную таблицу для своей техники. Посчитать по новым данным. Если реальный расход и примерный расчёт на много отличаются, есть повод проверить счётчик.

Как можно измерить мощность в быту? Самый распространённый способ при помощи счётчика электроэнергии.

По современному счётчику электроэнергии можно узнать не только расход электроэнергии. Можно определить ещё несколько видов нужной информации.

Для примера фото шкалы одного современного счётчика:

шкала счётчика

Данный счётчик показывает показания в киловатт*часах по тарифам: 1 – дневной, 2 – ночной, 3 (4) тарифы. В Перми 3 тарифа. В других городах другое количество тарифов (выходные, праздничные дни и тд.) Существуют счётчики учитывающие большее количество тарифов.

Показывает мощность (Р) в Ваттах.

Е – kW*h показания, в случае, если счётчик используется в местности где однотарифный учёт. При многотарифном учёте это является суммой показаний тарифов. Этот показатель мы видим в данный момент на дисплее прибора.

6400 imp/(kW*h) Это передаточный коэффициент — количество импульсов (сколько раз загорается индикатор) в одном Киловатт*часе. Или число оборотов диска (импульсов индикатора) за которое счётчик насчитает один киловатт*час. Для данного счётчика – 6400 импульсов / КВт *час

Не все счётчики измеряют мощность. На всех обязательно указывается:

сколько оборотов сделает диск в одном КВт *час (для электромеханических счётчиков).

Количество импульсов (сколько раз загорается индикатор) в одном Киловатт*час (для электронных счётчиков).

При наличии этих данных и секундомера можно определить мощность.

Есть токоизмерительные клещи? Тогда можно сравнить фактическую мощность и мощность, учитываемую счётчиком. Значит, с точностью достаточной для домашних условий, проверить счётчик.

Измеряем ток

Возникли сомнения в точности счётчика электрической энергии? Уверены в своих силах и имеете навыки работы с приборами? Тогда приступаем к замерам, расчётам и проверке счётчика.

Замеры нужно проводить при включенной активной нагрузке. Например, лампы накаливания (только не энергосберегающие и светодиодные). Можно также включить утюг, бытовой нагреватель или чайник, но они могут нагреться и выключиться в самый не подходящий для нас момент. Реактивная нагрузка (техника с электродвигателями и трансформаторами — холодильник, пылесос, стабилизатор …) внесёт дополнительные погрешности.

Измеряем ток:

Измеряем ток для расчётов

Данные измерений 1,3 А (I = 1.3 Ампера)

Измеряем напряжение:

Измеряем напряжение для расчётов

Данные измерений 220 В (U = 220 Вольт)

Считаем мощность фактическую: Pф = U*I / 1000 220*1.3 / 1000 = 0.286 КВт (286Вт)

Считаем мощность, учитываемую счётчиком. Воспользуемся следующей формулой:

Pу = (3600*N)/(A*T), = (3600*16) / (6400*30) = 0,3КВт (300 Вт)

где: T – время, за которое произойдёт N импульсов (оборотов), измеряется в секундах;

A – передаточное число счётчика, в нашем случае 6400; N — в нашем случае 16 импульсов за 30 секунд.

Проверим отклонения P = (Pу – Pф) / Pф = (0,3 – 0,286 / 0,286) * 100 = 1.4 %

Результат не должен превышать 10%. Нормальный результат.

Мы конечно не лаборатория. В лаборатории приборы точнее и вовремя поверяются. Наши приборы имеют погрешность, может даже недопустимую. Для «домашнего использования» можно сделать вывод — счётчик нормальный, надо проверять проводку, электроприборы.

Для проверки электроприборов и проводки лучше вызвать специалиста. Причин может быть много. Для определения и устранения основной причины требуется опыт, приборы, знания и умения.

Осипенко Сергей Яковлевич

Публикация на сторонних сайтах возможна только при указании ссылки на первоисточник — www.permelectric.ru

Пусковые токи электроприборов с реактивной нагрузкой

Не следует забывать, что при запуске оборудования, содержащего электродвигатель (насос, компрессор), его «пусковой ток» в 3-5 раз превышает номинальное значение. Соответственно, в этот момент происходит пропорциональный пусковому току «скачок» нагрузки в 3-5 раз.

При выборе стабилизатора или ИБП следует обязательно учитывать пусковые токи защищаемого оборудования и подбирать аппарат по максимальному, пусковому значению мощности.

Например, если для электродрели с активной мощностью в 700 Вт купить стабилизатор на 1 кВт, то в момент запуска он будет отключаться по причине перегруза. В данном случае необходимо изделие минимум с трехкратным превышением по мощности:

• 700 Вт × 3 = 2,1 кВт.

Узнать больше про ИБП с двойным преобразованием.

Расчет электроэнергии потребляемой оборудованием

Годовой расход электроэнергии работу силового оборудования рассчитывается по формуле:

где: Рн.с — номинальная (установленная) мощность токоприемников, кВт;

Ки — коэффициент использования (средняя величина по данным таблицы 5);

Тгс- годовое использование силовых нагрузок, ч.(для односменной работы — 1600 ч., двухсменной — 3200 ч., трехсменной — 4700 ч.); [Масуев]

Используя данные таблицы 5, рассчитывается средний коэффициент использования Ки:

Суммарная мощность оборудования, потребляющего электроэнергию, представлена в таблице 8.

Таблица 8 – Мощность оборудования заявленная в паспорте

№ п/п	Наименование оборудования	Паспортная мощность оборудования, кВт
1	Мойка высокого давления	2,1
2	Подъемник	2,6
3	Компрессор	3,0
4	Тепловая пушка	10
5	Дрель	0,5
6	Болгарка	0,9
Итого:	19,1

Средний коэффициент использования оборудования:

Тогда расход электроэнергии для питания силовых токоприемников составит при односменной работе:

Годовой расход электроэнергии по посту (Wг) определяется как сумма годовых расходов электроэнергии на силовое электрооборудование и освещение:

Таким образом, годовой расход электроэнергии для нужд поста по антикоррозийной и противошумной обработке кузова автомобиля составит:

Годовой объем работ на участке, предназначенном для выполнения услуги

Tусл=Nусл* tусл (2.1)

Tусл — годовой объем работ по предоставляемой услуге, чел.-ч;

Nусл — соответственно число автомобилей проходящих технологическую операцию по шумоизоляции;

tусл — соответственно удельная трудоемкость работ (12,5 нормо-часа).

Tусл= 150 * 12,5 = 1875 чел.-ч

Расчет числа рабочих постов на участке по предоставлению услуги

определяется:

(2.2)

где Tусл — годовой объем работ по предоставляемой услуге, чел.-ч;

ц — коэффициент неравномерности загрузки постов принимается (1,15);

Драб.г- число рабочих дней в году 248;

Тсм- продолжительность смены, 8 ч;

С — число смен в сутки, 1 смена;

Рп- численность одновременно работающих на посту (1 чел.);

зп — коэффициент использования рабочего времени поста (0,90 — при одной смене работы, 0,85 — при двухсменной работе).

Х усл= 1875*1,15/248*8*1*1*0,9 = 1542,15/1785,6 = 1,2

Принимаем 1 рабочий пост для услуги.

Расчет штатного числа рабочих по предоставлению услуги

Штатное число рабочих определяется по формуле:

(2.3)

где Фш — годовой фонд времени штатного рабочего при односменной работе. Определяется аналогично годовому фонду времени технологически необходимого рабочего с учетом отпуска и невыходов по уважительной причине и составляет 1820 — для вредных условий работы и 2070 — для нормальных.

Ршусл = 1875 / 2070 = 0,91 чел.

Количество рабочих для производства услуги — 1 чел.

Расчет площади производственного участка по предоставлению услуги.

(2.4)

где fоб- суммарная площадь горизонтальной проекции по габаритным размерам оборудования, 24 м2;

Коб- коэффициент плотности расстановки оборудования, можно принять Коб = 3…4;

Fуусл= 24*3=72м2

Площадь участка производства услуги составит 72 м2.

Используем электросчетчик

Третий способ — практически все устройства учета снабжены световым индикатором, количество вспышек означает какую-то потребляемую мощность imp/kW.

Отключаем всех потребителей в квартире, оставляем подключенным только интересующий прибор. В течение 15 минут производим подсчет импульсов и умножаем на четыре (что бы получить количество за час). Узнав цифру делим ее на imp/kW и узнаем мощность агрегата.

Также можно записать показание счетчика, включить электроприбор, потребление которого пытаемся определить, на какое-то время, желательно на час. Записываем новые показания, от них отнимаем старые, в результате узнаем приблизительную мощность.

Электронный счетчик позволяет посмотреть все параметры в реальном времени: ток, потребление электроэнергии, напряжение сети, путем перебора меню устройства учета. О том, как снять показания с электросчетчика, мы рассказывали в соответствующей статье!

Аналогом электросчетчика может быть бытовой ваттметр, с помощью которого можно быстро и точно определить мощность потребления электроэнергии прибором. На видео ниже наглядно демонстрируется работа данного устройства:

Замер токовыми клещами

При наличии токовых клещей определить потребление проще простого. Для этого необходимо произвести измерение тока в одном из проводников, подключенному к прибору.

На видео ниже наглядно демонстрируется методика определения мощности потребления электроэнергии по току на примере обычной лампы накаливания:

Если нет под рукой токовых клещей, то лучше тогда использовать обычный тестер. У каждого электрика, даже самоучки, должен быть в арсенале этот измеритель.

Вот мы и рассмотрели, как определить потребляемую мощность прибора по току, формуле и показаниям электросчетчика. Надеемся, предоставленные способы были для вас интересными и пригодились в самостоятельном определении параметров!

Наверняка вы не знаете:

• Сколько потребляет электроэнергии теплый пол
• Как определить сечение провода
• Что такое ограничитель мощности

Нравится 0)Не нравится 0)