Расчет мощности от тока: Онлайн расчет мощности сети по току

Калькулятор мощности переменного тока • Электротехнические и радиотехнические калькуляторы • Онлайн-конвертеры единиц измерения

По этим трехфазным высоковольтным линиям электропередачи передается электроэнергия, выработанная на АЭС Пикеринг, расположенной на оз. Онтарио в 13 км от Торонто. Высокое напряжение используется для повышения эффективности передачи электроэнергии в результате уменьшения тепловых потерь в проводах.

Определения и формулы

Этот калькулятор используется для расчета мощности переменного тока и все, о чем говорится ниже, относится к переменному току. Если вы хотите рассчитать мощность по постоянному току, воспользуйтесь нашим Калькулятором мощности постоянного тока. В описании этого калькулятора вы найдете информацию о фундаментальных понятиях электротехники: заряде, силе тока, напряжении и мощности, а также о единицах их измерения. Здесь мы рассмотрим расчет электрической мощности в однофазной сети переменного тока.

В отличие от постоянного тока, который течет только в одном направлении, переменный ток периодически изменяет направление и амплитуду с течением времени. Следовательно, этот калькулятор, который считает мощность переменного тока, значительно сложнее калькулятора мощности постоянного тока. Вместо просто мощности постоянного тока в схемах постоянного тока, здесь мы будем говорить сразу о четырех видах мощности: активной мощности, P, реактивной мощности, Q, комплексной мощности, S, and полной мощности, |S|. Похоже, что четыре мощности вместо одной — слишком сложно? Ничего, мы попробуем разобраться.

Переменный ток

Установленный на столбе в жилой зоне в Канаде однофазный распределительный трансформатор, подающий потребителю ток напряжением 120 V.

Переменный ток может быть не только синусоидальной формы, как в сетевых розетках. Он может иметь любую форму, в том числе и не периодическую. Примером такой сложной формы может быть звук гитарной струны, в которой одновременно возникают колебания нескольких собственных частот струны. В результате кажется, что одновременно слышен звук нескольких частот. Однако, в описании этого калькулятора мы будем говорить только о синусоидальных колебаниях.

Для уменьшения тепловых потерь в проводах линий электропередачи, которые переносят энергию от электростанции потребителям, используется высокое напряжение до сотен киловольт. Это высокое напряжение преобразуется в более безопасное напряжение 110 или 220 В. Использовать высокое напряжение без понижения было бы очень неудобно и опасно.

Исторически сложилось так, что частота электросетей в разных странах различная, причем чаще всего встречаются частоты 50 и 60 Гц. В морской, авиационной и космической технике используется частота 400 Гц, так как она позволяет уменьшить вес оборудования, такого как трансформаторы и электродвигатели, а также увеличить скорость работы электродвигателей. Однако такая высокая частота неудобна для передачи на большие расстояния, так как в результате значительно увеличивается импеданс линий электропередачи из-за их индуктивности.

Подробнее об электрическом токе — в нашем Конвертере электрического тока.

Напряжение

Мгновенное напряжение u(t) представляется функций времени:

где U_p — пиковое значение напряжения (максимальная амплитуда) в вольтах, ω — угловая частота в радианах в секунду и f — частота в герцах. Для описания напряжения используется также величина размаха напряжения или двойная амплитуда (англ. peak-to-peak amplitude) U_pp = 2U_p. Здесь мы используем для обозначения напряжения нижний регистр u(t), чтобы показать, что это выражение для изменения мгновенного напряжения в зависимости от времени t.

Величиной размаха напряжения удобно пользоваться, например, при оценке максимального пробивного напряжения изоляции и конденсаторов. В то же время, размахом напряжения пользоваться неудобно, если нужно оценить мощность переменного тока. В этом случае удобно использовать действующее (среднеквадратичное, англ. root mean square, RMS) значение напряжения, так как такое напряжение нагревает чисто резистивную нагрузку точно так же, как это делает постоянный ток с тем же напряжением. Например, если действующее значение напряжения 220 В приложено к идеальному резистору, на нем выделится столько же тепла, сколько выделилось бы если бы к нему было приложено постоянное напряжение 220 В. Новые микропроцессорные мультиметры обычно измеряют действительное среднеквадратичное значение напряжение сигнала любой формы, так как они оцифровывают сигнал, то есть, преобразуют его в набор дискретных выборок, а затем рассчитывают среднеквадратичное значение напряжения.

Соотношение между действующим (RMS) и амплитудным значением (А) для часто используемых периодических функций хорошо известно и получено в результате интегрирования одного периода этих функций по времени:

• синусоидальные колебания:

• прямоугольные импульсы (меандр) со скважностью (отношение периода к длительности импульса) 50%:

• прямоугольные импульсы со скважностью D:

• треугольные импульсы:

Подробную информацию о напряжении можно найти в нашем Конвертере электрического потенциала и напряжения

Мощность

В типичной цепи переменного тока энергия передается по линии электропередачи от источника, например, электростанции или портативного генератора, к нагрузке, например, к лампе или телевизору. Поскольку соединительные провода имеют небольшое сопротивление, часть энергии расходуется на нагрев этих проводов и затем на нагрев окружающей среды. Бóльшая часть энергии передается в нагрузку. Если нагрузка резистивная, энергия преобразуется в тепловую и нагревает окружающую среду. Если нагрузка резистивно-индуктивная, например, электродвигатель, то электрическая энергия вначале преобразуется в механическую плюс тепловую (двигатель нагревается) и в дальнейшем вся она преобразуется в тепловую и опять же нагревает окружающую среду.

Электрическая мощность P представляет собой скорость передачи энергии в нагрузку или ее преобразования:

Здесь U — напряжение в вольтах, I — ток в амперах. В Европейских странах для обозначения напряжения обычно используют букву U. В Северной Америке для обозначения напряжения обычно используют V, потому что V — сокращение для вольта. Конечно, это неудобно, но все привыкли, так же как к фунтам, футам и дюймам. Сравните: V = 1 V и U = 1 V. Что удобнее?

Из закона Ома мы знаем, что

Поэтому мощность на резистивной нагрузке можно выразить как

где R — сопротивление в омах. В нашем Конвертере единиц мощности, описано, что мощность измеряется в ваттах (Вт). Процесс преобразования электрической энергии в тепловую обычно называется джоулевым нагревом.

Для установившегося синусоидального сигнала мгновенное напряжение u с фазовым углом φ_u и мгновенный ток i с фазовым углом φ_i можно выразить в виде

Для удобства мы предположим, что φ_i = 0, когда ток проходит положительный максимум. Тогда разность фаз между током и напряжением становится равной просто φ_u. Теперь можно преобразования функции для тока и напряжения к виду

Мгновенная мощность определяется произведением тока и напряжения

Преобразуем эту формулу, используя тригонометрическое тождество для произведения двух косинусов:

Теперь воспользуемся тригонометрическим тождеством для косинуса суммы двух аргументов:

Мгновенное напряжение, ток и мощность чистого синусоидального процесса в индуктивной нагрузке. Ток в индуктивной нагрузке отстает от напряжения (φ_u = 60°) и, следовательно, в данном случае мы имеем «отстающий» коэффициент мощности или cos φ = 0,5. Отрицательная часть красной синусоиды функции мощности под горизонтальной осью показывает часть мощности, которая возвращается в систему

На рисунке выше показано соотношение между мгновенными значениями напряжения, тока и мощности в индуктивной нагрузке в предположении, что фазовый сдвиг φ_u = 60°.

Для чисто резистивной нагрузки мощность определяется так:

или

Среднеквадратичное значение называют также эффективным значением синусоидального тока или напряжения.

Активная и реактивная мощность

Мы можем переписать формулу для мгновенной мощности в виде

или

где величина

называется активной, P. Это часть полной мощности, которая преобразуется в нагрузке в тепло и другие виды энергии и измеряется в ваттах (Вт). Величина

называется реактивной мощностью, Q. Это часть полной мощности, которая в течение каждого цикла возвращается к источнику энергии и измеряется в реактивных вольт-амперах (вар). Эту единицу можно использовать с десятичными приставками для образования дольных и кратных единиц, например, мвар, квар, Мвар (мегавар), ТВА (теравар), ГВА (гигавар) и т. д.

Можно преобразовать выражение для активной и реактивной мощности с использованием среднеквадратичных значений напряжения и тока:

Конечно, в реальной жизни все нагрузки не только резистивные, но также емкостные или индуктивные. Даже электронагреватель имеет определенные емкость и индуктивность (спираль — катушка индуктивности, а отдельные витки образуют конденсаторы). Трансформаторы и электродвигатели являются примерами индуктивных нагрузок. Конденсаторы и катушки индуктивности запасают энергию во время протекания в них переменного тока, в результате чего направление передачи энергии в цепи периодически изменяется. В цепи переменного тока с чисто резистивной нагрузкой синусоидальные ток и напряжение изменяют полярность одновременно, поэтому направление передачи энергии не изменяется и передается только активная энергия.

Если нагрузка чисто реактивная (индуктивная или емкостная), то разность фаз между напряжением и током равна 90° (подробнее об этом поведении RLC цепей). В этом случае энергия в нагрузку вообще не передается. В то же время, электроэнергия течет от источника в нагрузку и возвращается назад по линиям электропередачи, которые в результате нагреваются и нагревают окружающую среду. В связи с тем, что реальные нагрузки всегда имеют некоторую индуктивность и емкость, в них всегда имеется активная и реактивная составляющие мощности.

Комплексная и полная мощность

Возможно для того чтобы всё усложнить, а может быть, наоборот, чтобы упростить, инженеры придумали еще два вида мощности: комплексную мощность, S, измеряемую в вольт-амперах (ВА) и полную мощность, |S|, которая является векторной суммой активной и реактивной мощностей и также измеряется в вольт-амперах. Эту единицу можно использовать с десятичными приставками для образования дольных и кратных единиц, например, мВА, кВА, МВА (мегавольт-ампер), ТВА (теравольт-ампер), ГВА (гигавольт-ампер) и т. д.

Комплексная мощность, S — комплексная сумма активной и реактивной мощностей:

Мы увидим, что комплексная мощность объединяет активную и реактивную мощности, а также коэффициент мощности.

Полная мощность, |S| — модуль (абсолютная величина) комплексной мощности:

Треугольник мощностей показывает комплексную мощность, которая является векторной суммой активной P и реактивной Q мощностей; полная мощность |S| является абсолютной величиной (модулем) комплексной мощности.

Из треугольника мощностей имеем:

Используя тригонометрическое тождество, являющееся следствием теоремы Пифагора и приведенные выше формулы для P и Q, можно записать:

То есть, полная мощность |S| является произведением действительных значений напряжения и тока.

Комплексная мощность учитывается при разработке и эксплуатации энергетических систем, потому что линии электропередач, трансформаторы и генераторы должны быть рассчитаны на полную мощность, а не только на мощность, которая выполняет полезную работу. Если реактивной мощности недостаточно, это может привести к понижению напряжения и даже, в свою очередь, к большой аварии в электросистеме (блэкауту), например, такой, как авария в энергосистеме США и Канады в 2003 году, в результате которой 55 миллионов человек на северо-западе США и в канадской провинции Онтарио остались без электроэнергии.

Электродвигателя являются примерами индуктивных промышленных нагрузок

Коэффициент мощности

Коэффициент мощности определяется как отношения реальной (активной) мощности, поглощенной нагрузкой P к полной мощности |S| в системе. В русскоязычной литературе коэффициент мощности обычно обозначается λ (в процентах) или cos φ, где φ — угол сдвига фаз между током и напряжением. В этой статье, поскольку она является переводом с английского без изменения формул, он обозначается PF от англ. power factor.

Коэффициент мощности представляет собой безразмерное число в интервале –1 ≤ PF ≤ 1 и часто выражается в процентах. Отрицательный коэффициент мощности указывает, что «нагрузка» в действительности таковой не является (поэтому в кавычках) и реально представляет собой генератор, вырабатывающий электроэнергию, которая отправляется назад в систему. Одним из примеров такой энергии является энергия, получаемая от установленных на крыше жилого дома солнечных батарей. Блок управления солнечными батареями измеряет напряжение, частоту и фазу в сети, синхронизирует свою работу с сетью и выдает в нее лишнюю энергию. В таких случаях современные цифровые электросчетчики показывают отрицательную величину коэффициента мощности.

Если нагрузка чисто резистивная, то напряжение и ток находятся в фазе, коэффициент мощности равен единице и реактивная мощность, которая может быть опережающей или отстающей, равна нулю. Если нагрузка имеет активно-емкостной характер, коэффициент мощности называется опережающим, так как ток опережает напряжение. Если же нагрузка имеет активно-индуктивный характер, то коэффициент мощности называют отстающим, так как ток отстает от напряжения.

Из приведенных выше формул для P и S следует, что для чисто синусоидального напряжения, PF = cos ϕ_u:

Здесь φ_u — сдвиг фаз между током и напряжением. Коэффициент мощности уменьшается, если активная мощность уменьшается с увеличением сдвига фаз между напряжением источника питания и током. Коэффициент мощности чисто активной (резистивной) нагрузки равен единице.

Отрицательный сдвиг фаз указывает, что нагрузка емкостная, в которой ток опережает напряжение. Такая нагрузка «отдает» реактивную мощность в систему. Положительный сдвиг фаз показывает, что нагрузка имеет индуктивный характер, ток отстает от напряжения и нагрузка «потребляет» реактивную мощность.

В промышленности коэффициент мощности имеет очень важное значение, так как энергосбытовые компании повышают цены на электроэнергию, если коэффициент мощности падает ниже определенного предела. Работу ведь выполняет активная мощность, а реактивная просто движется туда-сюда между нагрузкой и источником энергии. Образующиеся при этом большие токи повышают потери энергии при передаче. В результате требуется более мощное оборудование для ее получения, а также более толстые провода для передачи, в которых энергия бесполезно нагревает окружающую среду.

Если вам интересно как реальные нелинейные нагрузки искажают форму тока и как описанный выше классический треугольник мощностей превращается в объемную фигуру, откройте наш калькулятор для пересчета вольт-амперов в ватты.

В 50-х и в начале 60-х гг. прошлого века в Европе родители могли подарить на Рождество своему чаду набор для сборки лампового радиоприемника с питанием от сети 220 В…

Не по теме. Когда я писал эту статью, мне попалось мнемоника, которую преподаватели часто используют для облегчения запоминания материала по электротехнике: УЛИЦА (U на L, I на C). Что это за чушь? Зачем вообще бедным студентам зазубривать кто кого опережает? Меня всегда удивляло множество мнемоник, предлагаемых преподавателями студентам для зазубривания вещей, которые студенты должны понимать, а не помнить. На мой взгляд, студенты должны каждый раз думать, когда они отвечают на вопрос, например, о фазовых соотношениях между током и напряжением в емкостной или индуктивной цепи — кто кого опережает: ток опережает напряжение или напряжение опережает ток.

Зазубрить, конечно, проще, да и преподавателю проще проверить зубрежку, чем вникать в тонкости и тому, и другому. Студентам легче, потому что не нужно понимать проблему, достаточно зазубрить простое мнемоническое правило. Преподавателям намного быстрее и, главное, дешевле для самого университета просто проверить ответы на вопросы с несколькими вариантами ответов вместо того, чтобы оценить как студенты поняли материал во время разговора на экзамене.

Не знаю кто как, а я никогда не помнил кто кого опережает и если нужно об этом сказать, то я вспоминаю стрелку мультиметра в режиме измерения сопротивления, которая, если подключить конденсатор достаточно большой емкости, резко отклоняется вправо и потом медленно возвращается назад. Все понятно: ток опережает напряжение — ток уже большой, а напряжение постепенно нарастает. Не нужна мнемоника! Не нужно зубрить электротехнику! Её нужно понимать! Нужно взять аналоговый тестер или цифровой мультиметр с качественным эмулятором стрелочной шкалы, пощупать и всё станет понятно. Можно даже языком пощупать, если напряжение меньше 10 В. Я в детстве щупал и до сих пор живой. Если же студент не хочет брать мультиметр, чтобы понять то, что он изучает, то, как мне кажется, ему лучше вместо электроники изучать историю или иностранные языки. Короче, окончить университет по специальности «умею читать и писать».

Интересно, что в 50-х и в начале 60-х гг. прошлого века в Европе родители могли подарить на Рождество своему чаду набор для сборки радиоприемника на двух лампах с питанием от сети 220 В и никто не боялся, что ребенок получит травму. Может быть потому, что в 50-х и начале 60-х еще были живы воспоминания об ужасной войне и по сравнению с бомбардировками (я хорошо помню мамины рассказы об этом) опасность розетки на 220 вольт не казалась достаточно серьезной? Я в девять лет собрал двухламповый приемник и хорошо помню, что делал это один, без присмотра взрослых. Правда, сам я приемник запустить не смог, так как схемы читать еще не научился и собирал по монтажной схеме, в которой была ошибка. Отец помог его наладить.

Автор статьи: Анатолий Золотков

формулы расчета на 220в и 380в

Включение потребителей в бытовые или промышленные электрические сети с использованием кабеля меньшей мощности, чем это необходимо, может вызвать серьезные негативные последствия. В первую очередь это приведет к постоянному срабатыванию автоматических выключателей или перегоранию плавких предохранителей. При отсутствии защиты питающий провод или кабель может перегореть. В результате перегрева изоляция оплавляется, а между проводами возникает короткое замыкание. Чтобы избежать подобных ситуаций, необходимо заранее выполнить расчет тока по мощности и напряжению, в зависимости от имеющейся однофазной или трехфазной электрической сети.

Для чего нужен расчет тока

Расчет величины тока по мощности и напряжению выполняется еще на стадии проектирования электрических сетей объекта. Полученные данные позволяют правильно выбрать питающий кабель, к которому будут подключаться потребители. Для расчетов силы тока используется значение напряжения сети и полной нагрузки электрических приборов. В соответствии с величиной силы тока выбирается сечение жил кабелей и проводов.

Если все потребители в доме или квартире известны заранее, то выполнение расчетов не представляет особой сложности. В дальнейшем проведение электромонтажных работ значительно упрощается. Таким же образом проводятся расчеты для кабелей, питающих промышленное оборудование, преимущественно электрические двигатели и другие механизмы.

Расчет тока для однофазной сети

Измерение силы тока производится в амперах. Для расчета мощности и напряжения используется формула I = P/U, в которой P является мощностью или полной электрической нагрузкой, измеряемой в ваттах. Данный параметр обязательно заносится в технический паспорт устройства. U – представляет собой напряжение рассчитываемой сети, измеряемое в вольтах.

Взаимосвязь силы тока и напряжения хорошо просматривается в таблице:

Таким образом, взаимосвязь мощности и силы тока дает возможность выполнить предварительные расчеты нагрузок в однофазной сети. Таблица расчета поможет подобрать необходимое сечение провода, в зависимости от параметров.

Расчет тока для трехфазной сети

В случае использования трехфазного электроснабжения вычисление силы тока производится по формуле: I = P/1,73U, в которой P означает потребляемую мощность, а U – напряжение в трехфазной сети. 1,73 является специальным коэффициентом, применяемым для трехфазных сетей.

Так как напряжение в этом случае составляет 380 вольт, то вся формула будет иметь вид: I = P/657,4.

Точно так же, как и в однофазной сети, диаметр и сечение проводников можно определить с помощью таблицы, отражающей зависимости этих параметров от различных нагрузок.

В некоторых случаях расчет тока по напряжению и мощности следует проводить с учетом полной реактивной мощности, присутствующей в электродвигателях, сварочном и другом оборудовании. Для таких устройств коэффициент мощности будет равен 0,8.

Как рассчитать мощность тока

Расчет электрического тока по мощности — формулы, онлайн расчет, выбор автомата

Пожаловалась бабушка соседка снизу: подарили мне дети моющий пылесос. Он прекрасно работает, но откуда-то идет запах гари.

Пошел смотреть. Проводка у нас старая: лапша из алюминия 2,5 квадрата. А пылесос потребляет 2,5 kW. Прикинул, как работает формула расчета мощности по току и напряжению для этого случая.

Разделил 2500 ватт на 220 вольт. Получил чуть больше 11 ампер. Наши провода держат нагрузку 22 А. Имеем практически двойной резерв по току. Другие потребители при уборке отключены.

Стали проверять и нюхать: запах около квартирного щитка. Открыл, осмотрел: шина сборки ноля в саже, на одной перемычке горелая изоляция. Винт крепления ослаблен. Вот и причина начала возгорания. Исправил.

На этом примере я показываю, что всегда надо оценивать мощность потребления электроприборов и возможности проводки с защитными устройствами. Об этом рассказываю ниже.

Блок: 1/5 | Кол-во символов: 858
Источник: https://ElectrikBlog.ru/formula_rascheta_moshchnosti_po_toku_i_napryazheniyu_elektroskhemy/

Как узнать силу тока, зная мощность и напряжения

Чтобы ответить на вопрос, как определить ток, необходимо поделить электронапряжение на общее число ватт. При этом сделать все необходимые вычисления можно самостоятельно, а можно прибегнуть к специальному онлайн-калькулятору.

Расчет мощностного показателя по амперам и ваттам

Узнать потребление электроэнергии по токовой силе резистора можно умножением первой на сопротивление, выражаемое в Омах. В итоге, получится значение, представленное в вольтах, перемноженных на ом. Получится ампер.

Обратите внимание! Если нет сопротивления, нужно поделить ваттный показатель на токовую энергию, то есть следует поделить ватты на амперы и получится значение электроэнергии в вольтах. Понять мощностное показание через величину электричества с электронапряжением, можно умножив соответствующие показания с устройства.

Расчет электроэнергии через электромощность и электронапряжение

Блок: 2/5 | Кол-во символов: 923
Источник: https://rusenergetics.ru/polezno-znat/raschet-moschnosti-po-toku-i-napryazheniyu

Что такое мощность в электричестве: просто о сложном

Вспомнилась былина об Илье Муромце, когда он приложил всю свою мощь к соловью разбойнику. У бедолаги сразу посыпались искры из глаз, как пламя с верхней картинки на проводке с неправильным монтажом.

Простыми словами: мощность в электричестве — это силовая характеристика энергии, которой оценивают, как способности генераторных установок ее вырабатывать, так возможности потребителей и транспортных магистралей.

Все эти участки должны быть точно смонтированы и налажены для обеспечения безопасной работы. Как только в любом месте возникает неисправность, так сразу развивается авария во всей схеме.

Если говорить о домашнем электрическом оборудовании, то приходится постоянно соблюдать баланс между:

1. включенными в сеть приборами;
2. конструкцией проводов и кабелей;
3. настройкой защитных устройств.

Только комплексное решение этих трех вопросов может обеспечить безопасность проводки и жильцов.

Как рассчитать электрическую мощность в быту

Формулы расчета мощности в электричестве позволяют выполнить качественную оценку безопасности каждого из перечисленных выше пунктов.

Пользоваться ими не сложно. Я уже приводил в предыдущих статьях шпаргалку электрика, где они помещены в наглядной форме для цепей постоянного тока.

Они полностью справедливы для активной составляющей мощности переменного тока, совершающей полезную работу. Кстати, кроме нее есть еще и бесполезная — реактивная, связанная с потерями энергии. Ее описанию посвящен второй раздел.

Такие вычисления удобно делать с помощью онлайн калькулятора. Он избавляет от рутинных математических вычислений и арифметических ошибок.

При любом из способов для расчета активной мощности требуется знать две из трех электрических величин:

Как измерить электрическую мощность дома

Существует еще одна возможность оценки активной мощности: ее измерение в действующей схеме специальными приборами: ваттметрами.

Точные замеры может обеспечить промышленный лабораторный ваттметер. Он изготавливается как прибор, работающий на аналоговых сигналах,так и с помощью цифровых технологий.

В бытовой проводке точные вычисления не нужны. Для нее выпускаются различные виды более простых ваттметров.

Популярностью пользуются приборы, которые можно вставить в розетку и подключить к ним шнур питания от потребителя, включить их в работу и сразу снять показания на дисплее в ваттах.

Их так и называют: ваттметр розетка. Они измеряют чисто активную мощность переменного тока.

Такие приборы избавляют электрика от выполнения сложных операций под напряжением, когда требуется замерять:

• действующее напряжение;
• силу тока;
• угол сдвига фаз между векторами тока и напряжения.

Потом все данные дополнительно требуется вводить в формулу расчета мощности по току и напряжению, делать по ней вычисления.

Этот метод можно упростить, если внимательно наблюдать за показаниями электрического счетчика индукционной системы с вращающимся диском. Он считает совершенную работу: потребленную мощность за определенную время.

Однако скорость вращения диска как раз и характеризует величину потребления. Надо просто посчитать сколько раз он обернется за минуту и перевести в ватты по табличке, расположенной на корпусе.

Блок: 2/5 | Кол-во символов: 3155
Источник: https://ElectrikBlog.ru/formula_rascheta_moshchnosti_po_toku_i_napryazheniyu_elektroskhemy/

Трёхфазное или однофазное подключение

В зависимости от того, какой тип подключения используют, определение потребляемой мощности производится по-разному.

В однофазной сети потребляемая энергия считается по простейшей формуле:

P=U∙I∙cosϕ,

где cosϕ – коэффициент мощности, характеризующий сдвиг фаз между током и напряжением в реактивной нагрузке.

Мощность 3 х фазной сети является суммой потребления по каждой фазе в отдельности. Формула мощности 3 х фазного тока имеет следующий вид:

Pобщ=Uа∙Iа∙cosϕа+ Ub∙Ib∙cosϕb+ Uc∙Ic∙cosϕc,

где U, I, cosϕ – напряжение, сила тока и коэффициент мощности в каждой фазе, соответственно.

К сведению. Видно, что в общем случае трехфазное соединение требует большее количество приборов учета.

Иногда посчитать потребление энергии можно по упрощенному варианту. При симметричном потреблении, например, при подключении асинхронного двигателя, токи потребления одинаковы, и формула принимает следующий вид:

P=3Uф∙Iф∙cosϕ=√3Uл∙Iл∙cosϕ,

где:

• Uф, Iф – фазные напряжение и ток;
• Uл, Iл – линейные напряжение и ток.

Асинхронный двигатель

Блок: 3/7 | Кол-во символов: 1061
Источник: https://amperof.ru/teoriya/raschet-moshhnosti-trexfaznoj-seti.html

Почему реактивное сопротивление схемы влияет на мощность переменного тока

Синусоидальная гармоника напряжения, поступая на резистивное сопротивление, изменяет величину тока без его отклонения на комплексной плоскости.

Такой ток совершает полезную работу с минимальными потерями энергии, вырабатывая активную мощность. Частота колебания сигнала не оказывает на нее никакого влияния.

Сопротивление конденсатора и индуктивности зависит от частоты гармоники. Его противодействие отклоняет направление тока на каждом из этих элементов в разные стороны.

Такие процессы связаны с потерей части энергии на бесполезные преобразования. На них расходуется мощность Q, которую называют реактивной.Ее влияние на полную мощность S и связь с активной P удобно представлять графически прямоугольным треугольником.

Захотелось его нарисовать на фоне оборудования из нагромождений фарфора и металла, где пришлось поработать довольно долго.Отвлекся. Не судите за это строго.

Сравните его с опубликованным мною ранее треугольником сопротивлений. Находите общие черты?

Ими являются геометрические пропорции фигуры, описывающие их формулы и угол φ, определяющий потери полной мощности. Перехожу к их более подробному рассмотрению.

Блок: 3/5 | Кол-во символов: 1200
Источник: https://ElectrikBlog.ru/formula_rascheta_moshchnosti_po_toku_i_napryazheniyu_elektroskhemy/

Формула расчета мощности электрического тока

Согласно закону Ома, сила тока(I) пропорциональна напряжению(U) и обратно пропорциональна сопротивлению(R), а мощность(P) рассчитывается как произведение напряжения и силы тока. Исходя из этого, ток в участке сети рассчитывается: I = P/U.

В реальных условиях в формулу добавляется еще одна составляющая и формула для однофазной сети приобретает вид:

I = P/(U*cos φ),

а для трехфазной сети: I = P/(1,73*U*cos φ),

где U для трехфазной сети принимается 380 В, cos φ – это коэффициент мощности, отражающий соотношение активной и реактивной составляющих сопротивления нагрузки.

Для современных блоков питания реактивная компонента незначительна, величину cos φ можно принимать равной 0,95. Исключение составляют мощные трансформаторы (например, сварочные аппараты) и электродвигатели, они имеют большое индуктивное сопротивление. В сетях, где планируется подключение подобных устройств, максимальную силу тока следует рассчитывать с использованием коэффициента cos φ, равного 0,8 или рассчитать силу тока по стандартной методике, а потом применить повышающий коэффициент 0,95/0,8 = 1,19.

Подставив действующие значения напряжения 220 В/380 В и коэффициента мощности 0,95, получаем I = P/209 для однофазной сети и I = P/624 для трехфазной сети, то есть в трехфазной сети при одинаковой нагрузке ток втрое меньше. Никакого парадокса тут нет, так как трехфазная проводка предусматривает три фазных провода, и при равномерной нагрузке на каждую из фаз она делится натрое. Поскольку напряжение между каждым фазным и рабочим нулевым проводами равно 220 В, можно и формулу переписать в другом виде, так она нагляднее: I = P/(3*220*cos φ).

Блок: 2/4 | Кол-во символов: 1678
Источник: http://remontnichok.ru/elektrichestvo/raschet-elektricheskogo-toka-po-moshchnosti-formuly-onlayn-raschet-vybor-avtomata

Подбираем номинал автоматического выключателя

Применив формулу I = P/209, получим, что при нагрузке с мощностью 1 кВт ток в однофазной сети будет 4,78 А. Напряжение в наших сетях не всегда равно в точности 220 В, поэтому не будет большой ошибкой силу тока считать с небольшим запасом как 5 А на каждый киловатт нагрузки. Сразу же видно, что в удлинитель, промаркированный «5 А», утюг мощностью 1,5 кВт включать не рекомендуется, так как ток будет в полтора раза превышать паспортную величину. А еще сразу можно «проградуировать» стандартные номиналы автоматов и определить, на какую нагрузку они рассчитаны:

• 6 А – 1,2 кВт;
• 8 А – 1,6 кВт;
• 10 А – 2 кВт;
• 16 А – 3,2 кВт;
• 20 А – 4 кВт;
• 25 А – 5 кВт;
• 32 А – 6,4 кВт;
• 40 А – 8 кВт;
• 50 А – 10 кВт;
• 63 А – 12,6 кВт;
• 80 А – 16 кВт;
• 100 А – 20 кВт.

С помощью методики «5 ампер на киловатт» можно оценить силу тока, возникающую в сети при подключении бытовых устройств. Интересуют пиковые нагрузки на сеть, поэтому для расчета следует использовать максимальную потребляемую мощность, а не среднюю. Эта информация содержится в документации на изделия. Вряд ли стоит самому рассчитывать этот показатель, суммируя паспортные мощности компрессоров, электродвигателей и нагревательных элементов, входящих в устройство, так как есть еще такой показатель, как коэффициент полезного действия, который придется оценивать умозрительно с риском сильно ошибиться.

При проектировании электропроводки в квартире или загородном доме не всегда доподлинно известны состав и паспортные данные электрооборудования, которое будет подключаться, но можно воспользоваться ориентировочными данными обычных для нашего быта электроприборов:

• электросауна (12 кВт) — 60 А;
• электроплита (10 кВт) — 50 А;
• варочная панель (8 кВт) — 40 А;
• электроводонагреватель проточный (6 кВт) — 30 А;
• посудомоечная машина (2,5 кВт) — 12,5 А;
• стиральная машина (2,5 кВт) — 12,5 А;
• джакузи (2,5 кВт) — 12,5 А;
• кондиционер (2,4 кВт) — 12 А;
• СВЧ-печь (2,2 кВт) — 11 А;
• электроводонагреватель накопительный (2 кВт) — 10 А;
• электрочайник (1,8 кВт) — 9 А;
• утюг (1,6 кВт) — 8 А;
• солярий (1,5 кВт) — 7,5 А;
• пылесос (1,4 кВт) — 7 А;
• мясорубка (1,1 кВт) — 5,5 А;
• тостер (1 кВт) — 5 А;
• кофеварка (1 кВт) — 5 А;
• фен (1 кВт) — 5 А;
• настольный компьютер (0,5 кВт) — 2,5 А;
• холодильник (0,4 кВт) — 2 А.

Потребляемая мощность осветительных приборов и бытовой электроники невелика, в целом суммарную мощность осветительных приборов можно оценить в 1,5 кВт и автомата на 10 А на группу освещения достаточно. Бытовая электроника подключается к тем же розеткам, что и утюги, дополнительные мощности резервировать для нее нецелесообразно.

Если просуммировать все эти токи, цифра получается внушительная. На практике, возможности подключения нагрузки ограничивает величина выделенной электрической мощности, для квартир с электрической плитой в современных домах она составляет 10 -12 кВт и на квартирном вводе стоит автомат номиналом 50 А. И эти 12 кВт надо распределить, учитывая то, что самые мощные потребители сосредоточены на кухне и в ванной комнате. Проводка будет доставлять меньше поводов для беспокойства, если разбить ее на достаточное количество групп, каждая со своим автоматом. Для электроплиты (варочной панели) делается отдельный ввод с автоматом на 40 А и устанавливается силовая розетка с номинальным током 40 А, ничего больше туда подключать не надо. Для стиральной машины и другого оборудования ванной комнаты делается отдельная группа, с автоматом соответствующего номинала. Эту группу обычно защищают УЗО с номинальным током на 15% большим, чем номинал автоматического выключателя. Отдельные группы выделяют для освещения и для настенных розеток в каждой комнате.

На расчет мощностей и токов придется потратить некоторое время, но можно быть уверенным, что труды не пропадут даром. Грамотно спроектированная и качественно смонтированная электропроводка – залог комфорта и безопасности вашего жилища.

Блок: 3/4 | Кол-во символов: 3886
Источник: http://remontnichok.ru/elektrichestvo/raschet-elektricheskogo-toka-po-moshchnosti-formuly-onlayn-raschet-vybor-avtomata

Информация о статье

Избранная статья

Дом

На других языках:

English: Calculate Wattage, Español: calcular el vatiaje, Deutsch: Stromverbrauch berechnen, Italiano: Calcolare la Potenza Elettrica, Português: Calcular a Potência, Français: calculer une puissance électrique, 中文: 计算功率, Bahasa Indonesia: Menghitung Watt, Nederlands: Vermogen berekenen, 한국어: 와트(전력량) 계산하는 방법, हिन्दी: वाटेज की गणना करें, 日本語: 消費電力を計算する, Türkçe: Vat Miktarı Nasıl Hesaplanır, Tiếng Việt: Tính công suất, العربية: حساب القوة الكهربائية بوحدة الواط

Эту страницу просматривали 337 871 раз.

Блок: 4/4 | Кол-во символов: 679
Источник: https://ru.wikihow.com/%D1%80%D0%B0%D1%81%D1%81%D1%87%D0%B8%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C-%D0%BF%D0%BE%D1%82%D1%80%D0%B5%D0%B1%D0%BB%D1%8F%D0%B5%D0%BC%D1%83%D1%8E-%D0%BC%D0%BE%D1%89%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C-%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%B8%D0%B1%D0%BE%D1%80%D0%B0

Калькулятор мощности для своих

Здесь вы можете выполнить вычисления онлайн без использования формул и арифметических действий. Просто введите ваши исходные данные в таблицу и жмите кнопку “Рассчитать ток”.

А в заключение напоминаю, что для ваших вопросов создан раздел . Задавайте их, я отвечу.

Блок: 5/5 | Кол-во символов: 294
Источник: https://ElectrikBlog.ru/formula_rascheta_moshchnosti_po_toku_i_napryazheniyu_elektroskhemy/

Измерение мощности ваттметром

Мощность потребления трехфазного тока измеряют, используя ваттметры. Это может быть специальный ваттметр, для 3-х фазной сети, либо однофазный, включенный по определенной схеме. Современные приборы учета электроэнергии часто выполняются по цифровой схемотехнике. Такие конструкции отличаются высокой точностью измерений, большими возможностями оперирования с входными и выходными данными.

Трехфазный цифровой ваттметр

Варианты измерений:

• Соединение «звезда» с нулевым проводником и симметричная нагрузка – измерительный прибор подключается к одной из линий, считанные показания умножаются на три.
• Несимметричное потребление тока в соединении «звезда» – три ваттметра в цепи каждой фазы. Показания ваттметров суммируются;
• Любая нагрузка и соединение «треугольник» – два ваттметра, подключенных в цепь любых двух нагрузок. Показания ваттметров также суммируются.

Схемы измерения

На практике всегда стараются выполнить нагрузку симметричной. Это, во-первых, улучшает параметры сети, во-вторых, упрощает учет электрической энергии.

Блок: 6/7 | Кол-во символов: 1058
Источник: https://amperof.ru/teoriya/raschet-moshhnosti-trexfaznoj-seti.html

Видео

Блок: 7/7 | Кол-во символов: 6
Источник: https://amperof.ru/teoriya/raschet-moshhnosti-trexfaznoj-seti.html

Кол-во блоков: 18 | Общее кол-во символов: 25744
Количество использованных доноров: 7
Информация по каждому донору:

1. http://remontnichok.ru/elektrichestvo/raschet-elektricheskogo-toka-po-moshchnosti-formuly-onlayn-raschet-vybor-avtomata: использовано 2 блоков из 4, кол-во символов 5564 (22%)
2. https://rusenergetics.ru/polezno-znat/raschet-moschnosti-po-toku-i-napryazheniyu: использовано 1 блоков из 5, кол-во символов 923 (4%)
3. https://amperof.ru/teoriya/raschet-moshhnosti-trexfaznoj-seti.html: использовано 4 блоков из 7, кол-во символов 2938 (11%)
4. https://kalk.pro/electricity/electrical-circuit-power/: использовано 1 блоков из 3, кол-во символов 1182 (5%)
5. https://ElectrikBlog.ru/formula_rascheta_moshchnosti_po_toku_i_napryazheniyu_elektroskhemy/: использовано 5 блоков из 5, кол-во символов 11750 (46%)
6. https://ru.wikihow.com/%D1%80%D0%B0%D1%81%D1%81%D1%87%D0%B8%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C-%D0%BF%D0%BE%D1%82%D1%80%D0%B5%D0%B1%D0%BB%D1%8F%D0%B5%D0%BC%D1%83%D1%8E-%D0%BC%D0%BE%D1%89%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C-%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%B8%D0%B1%D0%BE%D1%80%D0%B0: использовано 3 блоков из 4, кол-во символов 1424 (6%)
7. https://odinelectric.ru/appliances/sposoby-vychislenija-potreblenija-jelektrojenergii-bytovymi-priborami: использовано 2 блоков из 4, кол-во символов 1963 (8%)

Выполняем расчет мощности по сечению провода

Как узнать пропускную мощность провода

Иногда в процессе эксплуатации может возникнуть потребность выполнить расчет мощности провода по сечению. Это может потребоваться в случае, если вам необходимо добавить в существующую сеть нового потребителя или заменить существующий прибор более мощным.

Прокладывать для этих целей новый кабель или провод — не всегда целесообразно, поэтому можно произвести расчет  возможности использовать старый кабель или провод.

 Выбор мощности под определенное сечение провода

Сечение провода и расчетная мощность электроприборов  —  это две неразрывно взаимосвязанные вещи. Поэтому, если у нас есть провод, то, исходя из номинальных параметров электроприборов, планируемых к подключению, можно определить их соответствие.

Определяющую роль при этом выборе играют табл. 1.3.4 и 1.3.5 ПУЭ для медных и алюминиевых проводов соответственно.

Определение номинальной мощности электроприборов

Первой проблемой, с которой мы можем столкнуться при выборе соответствия проводов и мощности приборов является несоразмерность величин. Ведь в таблицах 1.3.4 и 1.3.5 ПУЭ приведена зависимость сечения провода от номинального тока. Нам же необходимо перевести ее в номинальную активную мощность.

Табл.1.3.4 ПУЭ для медных проводов

Итак:

• Дабы выполнить перевод величин для однофазной сети переменного тока можно воспользоваться формулой: , где Р – номинальная активная мощность, U – напряжение электросети (для однофазной сети оно составляет 220В), I – номинальный ток для определенного сечения провода, выбранный по соответствующей таблице ПУЭ, а cosα – это коэффициент мощности, который является соотношением полной и активной мощности.
• Самой большой проблемой в данной формуле является значение cosα. Обычно оно указывается в паспорте прибора. Иногда его можно пересчитать, исходя из соотношения полной мощности, измеряемой ВА и активной мощности, измеряемой Вт. Если вы подключаете не дроссель, трансформатор или электродвигатель, то его значение будет близко к единице. Для видео, аудио и другой бытовой техники может существенно отличаться.
• Произведя этот нехитрый расчет, мы получаем номинальную мощность, которую способен пропустить провод данного сечения для конкретного потребителя. Ведь для разных потребителей значение номинальной мощности одного и того же провода может существенно отличаться.
• Произведя такой расчет, вы можете определить, подходит ли новый электроприбор к старой проводке. Хотя, откровенно говоря, в большинстве случаев электрики предпочитают произвести расчет тока по сечению провода.

Обратите внимание! При замене электроприборов следует уделить внимание не только соответствию проводки, но и соответствию розетки, если таковая предусмотрена. В этом случае нам потребуется знать номинальный ток прибора. Ведь розетки выпускаются с номиналами в 10, 16 и 25А. Дабы розетка соответствовала электроприбору, следует выбрать ближайшее большее значение.

Проверка соответствия провода при увеличении мощности сети

Но значительно чаще приходится сталкиваться с необходимостью добавления новой розетки или выключателя (см. Установка розеток и выключателей своими руками) в уже существующую сеть. В этом случае необходимо проверить, что данный провод выдержит увеличении нагрузки и не перегорит.

В этом случае лучше производить расчет также, как советует инструкция по выбору сечения провода.

На фото приведена табл.1.3.5 ПУЭ для алюминиевых проводов

• Допустим, мы решили подключить дополнительную розетку. В этом случае нам необходимо произвести расчет суммарной нагрузки всех уже подключенных приемников. А затем добавить предполагаемую максимальную нагрузку новой розетки и проверить выдержит ли провод такой ток.
• Для этого выполняем расчет силы тока в каждой розетке и выключателей, подключенных к данной группе, а затем суммируем их. Делается это по той же формуле, только теперь рассчитываем номинальный ток, исходя из известных нам значений номинальной мощности.
• Произведя расчет по току сечения провода, делаем вывод о возможности подключения дополнительной розетки. Зачастую сделать это невозможно и подключение новой розетки или выключателя можно выполнить только при условии снижения коэффициента использования электроприборов данной группы. То есть, в этом случае нельзя включать все приборы одновременно. И чем больше нагрузка вновь подключаемых приборов, тем меньшее число приборов вы можете включить одновременно в данной группе.

Обратите внимание! Что, согласно п. 1.3.10 ПУЭ, нулевые и защитные проводники не принимаются в расчет при определении количества проводов. Но это правило распространяется только на трехфазные сети.

Некоторые особенности расчета при добавлении нагрузки сети

Но расчет силы тока по сечению провода должен включать в себя и еще целый ряд параметров, которые могут быть определяющими в некоторых случаях. Ведь сечение провода выбирается, исходя из условий нагрева проводника и теплоотдачи, а этот параметр может существенно варьировать при разных способах прокладки.

Поправочные коэффициенты из табл. 1.3.12 ПУЭ

Итак:

• Прежде всего, следует учитывать, что, согласно п.1.3.10 ПУЭ, значения в таблицах зависимости нагрузки провода от сечения должны быть уменьшены при их совместной прокладке. Если прокладывается пучком более 5 проводов, то коэффициент составляет 0,68. Если более 7 проводов, то 0,63, если более 10, то 0,6.
• Кроме того, если кабели или провода проложены пучками в коробах, то тут также следует применять понижающие коэффициенты. Они приведены в таблице 1.3.12 ПУЭ.
• Сечение и соответственно цена провода может существенно измениться и при прокладке провода по жарким помещениям, например, саунам. В этом случае, согласно табл. 1.3.3 ПУЭ, следует использовать поправочные коэффициенты.

Поправочные коэффициенты из табл. 1.3.3 ПУЭ

Вывод

Как видите, произвести расчёт соответствия проводу подключаемой нагрузке не так уж и сложно, и это вполне можно сделать своими руками. При этом следует помнить, что соответствие сечения провода — это только одна из проблем.

Ведь следует еще помнить о соответствии электроустановочного оборудования, защитного оборудования, да и о снижении электрических свойств контактов и проводов вследствие их старения нельзя забывать. Поэтому, если вам необходимо произвести замену электрической сети, не стоит отделываться полумерами.

Формула мощности электрического тока, расчет по мощности и напряжению

Для того, чтобы обеспечить безопасность при эксплуатации промышленных и бытовых электрических приборов, необходимо правильно вычислить сечение питающей проводки и кабеля. Ошибочный выбор сечения жил кабеля может привести из-за короткого замыкания к возгоранию проводки и к возникновению пожара в здании.

Что такое мощность (Р) электротока

Электрическая мощность является физической величиной, характеризующей скорость преобразования или передачи электрической энергии. Единицей измерения по Международной системе единиц (СИ) является ватт, в нашей стране обозначается Вт, международное обозначение — W.

Что влияет на мощность тока

На мощность (Р) влияет величина силы тока и величина приложенного напряжения. Расчет параметров электроэнергии выполняется еще на стадии проектирования электрических сетей объекта. Полученные данные позволяют правильно выбрать питающий кабель, к которому будут подключаться потребители. Для расчетов силы электротока используется значения напряжения сети и полной нагрузки электрических приборов. В соответствии с величиной силы электротока выбирается сечение жил кабелей и проводов.

Отличия мощности при постоянном и переменном напряжении

Ведем обозначения электрических величин, которые приняты в нашей стране:

• Р − активная мощность, измеряется в ваттах, обозначается Вт;
• Q − реактивная мощность, измеряется в вольт амперах реактивных, обозначается ВАр;
• S − полная мощность, измеряется в вольт амперах, обозначается ВА;
• U − напряжение, измеряется в вольтах, обозначается ВА;
• I − ток, измеряется в амперах, обозначается А;
• R − сопротивление, измеряется в омах, обозначается Ом.

Назовем основные отличия P на постоянном и Q на переменном электротоке. Расчет P на постоянном электротоке получается наиболее простым. Для участков электрической цепи справедлив закон Ома. В этом законе задействованы только величина приложенного U (напряжения) и величина сопротивления R.

Расчет S (полной мощности) на переменном электротоке производится несколько сложнее. Кроме P, имеется Q и вводится понятие коэффициента мощности. Алгебраически складывая активную P и реактивную Q, получают общую S.

По какой формуле вычисляется

Расчет силы тока по мощности и напряжению в сети постоянного тока

Для расчета силы I (тока), надо величину U (напряжения) разделить на величину сопротивления.

Расчет силы тока по мощности и напряжению:

I = U ÷ R

Измеряется в амперах.

Для такого случая электрическую Р (активную мощность) можно посчитать как произведение силы электрического I на величину U.

Формула расчета мощности по току и напряжению:

P = U × I

Все компоненты в этих двух формулах характерны для постоянного электротока и их называют активными.

Исходя из этих двух формул, можно вывести также еще две формулы, по которым можно узнавать P:

P = I2 × R

P = U2 ÷ R

Однофазные нагрузки

В однофазных сетях переменного электротока требуется произвести вычисление отдельно для Р и Q нагрузки, затем надо при помощи векторного исчисления их сложить.

В скалярном виде это будет выглядеть так:

S = √P2 + Q2

В результате расчет P, Q, S имеет вид прямоугольного треугольника. Два катета этого треугольника представляют собой P и Q составляющие, а гипотенуза — их алгебраическую сумму.

S измеряется в вольт-амперах (ВА), Q измеряется в вольт-амперах-реактивных (ВАр), Р измеряется в ваттах (Вт).

Зная величины катетов для треугольников, можно рассчитать коэффициент мощности (cos φ). Как это сделать, показано на изображении треугольника.

Расчет в трехфазной сети

Переменный I (ток) отличается от постоянного по всем параметрам, особенно наличием нескольких фаз. Расчет P в трехфазной нагрузке необходим для правильного определения характеристик подключаемой нагрузки. Трехфазные сети широко применяются в связи с удобством эксплуатации и малыми материальными затратами.

Трехфазные цепи могут соединяться двумя способами – звездой и треугольником. На всех схемах фазы обозначают символами А, В, С. Нейтральный провод обозначают символом N.

При соединении звездой различают два вида U (напряжения) – фазное и линейное. Фазное U определяется как U между фазой и нейтральным проводом. Линейное U определяется как U между двумя фазами.

Эти два U связаны между собой соотношением:

UЛ = UФ × √3

Линейные и фазные электротоки при соединении звездой равны друг другу: IЛ = IФ

Форма расчета S при соединении звездой:

S = SA + SB + SC = 3 × U × I

Активная P:

Р = 3 × Uф × Iф × cosφ

Реактивная Q:

Q = √3 × Uф × Iф × sinφ.

При соединении треугольником фазное и линейное U равны друг другу: UЛ = UФ

Линейный I при соединении треугольником определяется по формуле:

IЛ = IФ × √3

Формулы мощности электрического тока при соединении треугольником:

• S = 3 × Sф = √3 × Uф × Iф;
• Р = √3 × Uф × Iф × cosφ;
• Q = √3 × Uф × Iф × sinφ.

Средняя P в активной нагрузке

В электрических сетях P измеряют при помощи специального прибора – ваттметра. Схемы подключения находятся в зависимости от способа подключения нагрузки.

При симметричной нагрузке P измеряется в одной фазе, а полученный результат умножают на три. В случае несимметричной нагрузки для измерения потребуется три прибора.

Параметры P электросети или установки являются важными данными электрического прибора. Данные по потреблению P активного типа передаются за определенный период времени, то есть передается средняя потребляемая P за расчетный период времени.

Подбор номинала автоматического выключателя

Автоматические выключатели защищают электрические аппараты от токов короткого замыкания и перегрузок.

При аварийном режиме они обесточивают защищаемую цепь при помощи теплового или электромагнитного механизма расцепления.

Тепловой расцепитель состоит из биметаллической пластины с различными коэффициентами теплового расширения. Если номинальный ток превышен, пластина изгибается и приводит в действие механизм расцепления.

У электромагнитного расцепителя имеется соленоид с подвижным сердечником. При превышении заданного I, в катушке увеличивается электромагнитное поле, сердечник втягивается в катушку соленоида, в результате чего срабатывает механизм расцепления.

Минимальный I, при котором тепловой расцепитель должен сработать, устанавливается с помощью регулировочного винта.

Ток срабатывания у электромагнитного расцепителя при коротком замыкании равен произведению установленного срабатывания на номинальный электроток расцепителя.

Видео о законах электротехники

Из следующего видео можно узнать, что такое электричество, мощность электрического тока. Даны примеры практического применения законов электротехники.

Расчет мощности

Расчет мощности

Законы цепи
— вы можете узнать
и потренируйтесь, просто прочитав

Авторские права. Чарльз Ким 2006

Расчет мощности Синий

Расчет мощности иногда сбивает с толку,
особенно когда мы рассчитываем мощность / потребление
количество от источника напряжения / тока, когда мощность
Расчет задействован в пассивном элементе (R), мы применяем известные формулы мощности и их вариации:
P = V * I = I * I * R = V * V / (R).Однако для источника нет
R, поэтому единственное уравнение мощности является основным
формулы: P = V * I. Поэтому при расчете мощности для
источник напряжения (здесь указано V), вам нужно найти
ток, протекающий через источник напряжения, чтобы определить
сила. Аналогично, напряжение на источнике тока
необходимо найти для расчета мощности / потребления
для текущего источника. Помните, есть напряжение
развивается через источник тока, и текущие потоки
через источник напряжения.Тогда мощность источника напряжения
сообщает, какой ток он подает (или получает от)
цепь. Сходным образом. мощность источника тока рассказывает, как
на источнике тока может развиваться большое напряжение.

Как найти напряжение
(включая полярность), когда указаны мощность и ток

Теперь рассмотрим пример задачи, в которой
для коробки, которая может быть чем угодно (пассивный элемент, такой как R
или источник напряжения / тока), мощность (P) задается и
задан ток (I), а напряжение на коробке равно
искал.Когда задан ток (I), направление
ток тоже дан. Теперь первое, что вам нужно
проверьте, чтобы узнать значение напряжения и полярность напряжения
в коробке, чтобы увидеть, является ли мощность (P) положительной или
отрицательный. Если мощность положительная, то коробка — это
пассивный элемент (R), так как пассивный элемент потребляет энергию
а это значит, что власть должна быть положительной. Напряжение
значение (V) определяется как P / I.Порочность напряжения
затем должен следовать пассивному соглашению, которое в
По сути, ток течет от высокой (+) полярности к
низкая (-) полярность источника напряжения. Это означает, что текущий
течет через источник напряжения от (+) до (-) полярности, и, таким образом, ток
течет к узлу, отмеченному полярностью (+). В этой ситуации
Источник напряжения потребляет мощность. Удивлен? Берем источник напряжения
в качестве батареи, то вы бы снова ощутили, что батарея сейчас
взимается.Если мощность (P) равна
с отрицательным числом, это говорит вам, что поле
доставляет мощность. Чтобы иметь отрицательное число для мощности (P),
одна из двух переменных (например, V или I) должна быть
отрицательное число. Это означает, что в данном примере ток должен
переход от низкой (-) полярности к высокой (+) полярности
напряжение на коробке, что означает, что ток течет из (+)
узел с маркировкой полярности. Значение (без знака)
напряжение такое же P / I.

WWW.MWFTR.COM

Электроэнергия — Веб-формулы

Электроэнергия определяется по формуле:
P = V · I
Где V — напряжение, а I — ток.

Соответствующие единицы:
ватт (Вт) = вольт (В) · ампер (A)

Мощность также можно определить по следующим формулам:
P = I ² · R ↔ R = P / I ² ↔ I = √ ( P / R )
P = V ² / R ↔ R = V ² / P ↔ V = √ ( P · R )


Подробнее об электроэнергии 9006 2
Электроэнергия определяется как скорость, с которой работа выполняется источником эл.м.ф. в поддержании тока в электрической цепи. Практическая единица мощности — киловатт и лошадиные силы; где 1 киловатт = 100 ватт и 1 л.с. = 746 ватт.

Если сопротивления (например, электрические приборы) соединены последовательно, ток через каждое сопротивление будет одинаковым. Тогда мощность электрического прибора, P α R и P α V (поскольку V = IR), это означает, что при последовательной комбинации сопротивлений разность потенциалов и потребляемая мощность будут больше при большем сопротивлении .

Если сопротивления ( i.е. электроприборы) подключены параллельно, разность потенциалов на каждом приборе одинакова. Тогда P α 1 / R и I α 1 / R (как V = IR), что означает, что при параллельной комбинации сопротивлений потребляемый ток и мощность будут больше при меньшем сопротивлении.

Для заданного напряжения В, , если сопротивление изменилось с R на ( R / n ), а потребляемая мощность изменилась с P на nP , то согласно P = V ² / R , имеем:

P = V ² / (R / n)) = n (V ² / R) = nP, где R = R / n и P = nP

Когда приборы питания P ₁ , P ₂ , P ₃ … P _n включены последовательно с источником напряжения, эффективная потребляемая мощность ( P _s ) определяется по формуле:

1/ P _s = 1 / P ₁ + 1 / P ₂ + 1 / P ₃ +… + 1 / P _n
Для устройств n , каждый из сопротивления R , последовательно соединены с источником напряжения В, рассеиваемая мощность P _с тогда определяется как:
(1) P _s = В ² / n R

Когда приборы питания

P ₁ , P ₂ , P ₃ … P _n подключены параллельно источнику напряжения, эффективная мощность потреблено ( P _p ) затем определяется следующим образом:
P _s = P ₁ + P ₂ + P ₃ +… + P _n
Для приборов n , каждое из которых имеет одинаковое сопротивление R , подключено параллельно к источнику напряжения В , рассеиваемая мощность тогда определяется как:
(2) P _p = В ² / ( R / n) = n V ² / R

Из (1) и (2) мы имеем P _p / P _s = n ² или просто записать как : P _p = n ² P _s .

В соответствии с приведенными выше формулами, мы можем объяснить, что:

При группировке ламп серии при заданном источнике напряжения лампа большей мощности будет давать меньшую яркость и будет иметь меньший потенциал сопротивления, но тот же ток. , тогда как при параллельном группировании лампочек через данный источник напряжения лампа большей мощности даст большую яркость и позволит большему току проходить через нее, но будет иметь меньшее сопротивление и такую ​​же разность потенциалов на ней.

Электроэнергия
Электроэнергия определяется как общая выполненная работа или энергия, поставленная источником ЭДС. при поддержании тока в электрической цепи в течение заданного времени:
Электрическая энергия = электрическая мощность × время = P × t

Таким образом, формула для электрической энергии имеет вид:
Электрическая энергия = P × т = V × I × т = I ² × R × т = V ² т / р

S.I единица электрической энергии — джоуль (обозначается Дж), где 1 джоуль = 1 ватт × 1 секунда = 1 вольт × 1 ампер × 1 секунда
Коммерческая единица электрической энергии — киловатт-час ( кВт · ч, ), где 1 кВтч = 1000 Вт h = 3,6 × 10 ⁶ Дж = одна единица потребляемой электроэнергии .

Количество единиц потребляемой электроэнергии равно n = (общая мощность × время в часе) / 1000
Стоимость потребления электроэнергии в доме = количество.единиц потребленной электроэнергии × количество на одну единицу электроэнергии.

Теорема о максимальной мощности
В ней говорится, что выходная мощность источника тока максимальна, когда внутреннее сопротивление источника равно внешнему сопротивлению в цепи. Итак, если R — внешнее сопротивление цепи, а r — внутреннее сопротивление источника тока (то есть батареи), то выходная мощность максимальна, когда R = R.

Эта теорема применима ко всем типам источников ЭДС. и связан с выходной мощностью, а НЕ с рассеиваемой мощностью.

Если применяется ЭДС E . источника ЭДС. т.е. . батарея с внутренним сопротивлением r и R — внешнее сопротивление, тогда ток в цепи определяется как:
I = E / (R + r)

При максимальной выходной мощности R = r , поэтому имеем:
I = E / (r + r) = E / (2r)
и
максимальная выходная мощность:
P _max = I ² r = E ² / (4r)

При коротком замыкании аккумулятора мощность равна нулю.В этом случае вся мощность батареи рассеивается внутри батареи из-за ее внутреннего сопротивления. Таким образом, мощность, рассеиваемая внутри батареи, определяется как: P = ( E / r) ² × r = E ² / r

КПД источника ЭДС.
КПД источника ЭДС. определяется как отношение выходной мощности (, т. е. , мощность на внешнем сопротивлении цепи, к входной мощности (т. е.мощность, потребляемая от источника ЭДС). Итак,

Где V = падение потенциала на внешнем сопротивлении R,
E = E.M.F. источника тока,
I = ток в цепи.

Если r — внутреннее сопротивление источника ЭДС, тогда
В = IR и E = I (R + r )
или

Когда мощность, полученная от источника, максимальна, тогда R = р. В данной ситуации имеем:

Таким образом максимальный КПД источника эл.м.ф. составляет 50%. Это означает, что для элемента только половина общей мощности, потребляемой от элемента, используется для полезных целей, тогда как другая половина рассеивается внутри элемента.

Пример 1:
Лифт должен поднимать 1000 кг на расстояние 100 м со скоростью 4 м / с. Какую в среднем мощность оказывает лифт во время этой поездки?
Решение:
Работу, проделанную лифтом на 100 метров, легко вычислить:
Вт = мгч = (1000) (9.8) (100) = 9,8 × 10 ⁵ Джоулей.

Общее время поездки можно рассчитать по скорости лифта:
t = x / v = 100 м / 4 м / с = 25 с .

Таким образом, средняя мощность определяется как: P = Вт / t = 9,8 × 10 ⁵ / 25s = 3,9 × 10 ⁴ Вт, или 39 кВт.

Пример 2:
Считается, что объект в свободном падении достиг конечной скорости , если сопротивление воздуха становится достаточно сильным, чтобы противодействовать всему ускорению свободного падения, в результате чего объект падает с постоянной скоростью.Точное значение конечной скорости зависит от формы объекта, но для многих объектов оно может быть оценено на уровне 100 м / с. Когда объект весом 10 кг достиг предельной скорости, какую силу сопротивление воздуха оказывает на объект?

Решение: Для решения этой проблемы мы будем использовать уравнение P = Fv cos θ , Вместо обычного уравнения мощности, поскольку нам дана скорость объекта. Нам просто нужно вычислить силу, прилагаемую к объекту сопротивлением воздуха, и угол между силой и скоростью объекта.Поскольку объект достиг постоянной скорости, результирующая сила, действующая на него, должна быть равна нулю. Поскольку на объект действуют только две силы: сила тяжести и сопротивление воздуха, сопротивление воздуха должно быть равным по величине и противоположным по направлению силе тяжести. Таким образом, F _a = — F _G = мг = 98 Н, направленное вверх. Таким образом, сила, прилагаемая сопротивлением воздуха, антипараллельна скорости объекта. Таким образом:
P = Fv cos θ = (98) (100) (cos180) = — 9800 Вт

Пример 3: Мощность двигателя насоса составляет 4 кВт.Сколько воды в кг / мин он может поднять на высоту 20 м? (g = 10 м / с ² )
Решение:
Заданная мощность двигателя P = 4KW = 4000 Вт
Если масса воды, поднятая за одну секунду, = m кг.
Общий объем работы, выполненной при подъеме воды, W = mgh
Мощность P = Вт / т, но t = 1 минута = 60 сек.
4000 = mgh / 60
4000 = (m × 10 × 20) / 60
m = 1200 кг.

Пример 4 : Когда вода течет по трубе, ее скорость изменяется на 5%, найти изменение силы воды?
Решение: Мощность = Сила × Скорость = Скорость изменения количества движения × Скорость = {(масса / время) × скорость} x Скорость = {(adv) × v} × v = adv ³ где a — площадь поперечного сечения, d — плотность воды, а v — скорость потока воды.
Следовательно, Сила воды прямо пропорциональна кубу скорости воды, поэтому пусть
P = Kv ³ (k — постоянная величина, равная ad.)
Бревно с обеих сторон
log P = 3log v + log k
Дифференциация с обеих сторон
dP / P = 3dv / v
процентное изменение мощности, dP / P × 100 = 3 × 5% = 15%.

Пример 5 : Кинетическая энергия выбрасываемой воды из плотины используется для вращения турбины. Труба, по которой устремляется вода — 2.4 метра и его скорость 12 м / сек. Предполагая, что вся кинетическая энергия воды используется для вращения турбины, вычислите производимый ток, если эффективность динамо-машины составляет 60% и станция передает мощность 240 кВ. Плотность воды = 10 ³ кг / м ³ .
Решение: Учитывая, что
r = радиус трубы = 1,2 м, средняя скорость воды v = 12 м / с
V = 240 кВ = 240 × 10 ³ вольт, плотность воды p = 10 ³ кг / м ³ .
Теперь кинетическая энергия текущей воды в секунду, т.е.
Мощность P = (1/2) (массовый расход в секунду) × v ²
= (1/2) pr ² (л / т) rv ²
= (1/2) pr ² rv ³
= (1/2) 3,14 × (1,2) ² × 10 ³ × (12) ³ Вт
= 3,9 x 10 ⁶ Вт

Ток в кабелях передачи определяется по формуле:
ток = выходная мощность / напряжение
= (60% мощности P) / (240 × 1000)
= [(60/100) × 3.9 × 10 ⁶ ] / (240 × 1000) = 9,75 A

Зависимость мощности от средней мощности

ВОПРОС:

Следует ли мне использовать единицы среднеквадратичного значения мощности (СКЗ) для определения или описания мощности переменного тока, связанной с моим сигналом, системой или устройством?

Ответ:

Это зависит от того, как вы определяете среднеквадратичную мощность.

Вы не хотите рассчитывать среднеквадратичное значение сигнала мощности переменного тока. Это приводит к физически бессмысленному результату.

Вы действительно используете среднеквадратичные значения напряжения и / или тока для расчета средней мощности, что дает значимые результаты.

Обсуждение:

Сколько мощности рассеивается при подаче синусоидального напряжения 1 В (среднеквадратичное значение) на резистор 1 Ом?

Это хорошо понятно ¹ , и здесь нет никаких противоречий.

Теперь давайте посмотрим, как это соотносится со значением из расчета среднеквадратичной мощности.

На рисунке 1 показан график синусоиды 1 В. Размах размаха составляет 1 В среднеквадр. × 2 √2 = 2,828 В с изменением от +1,414 В до -1,414 В. ²

Рисунок 1. График синусоиды 1 В (среднеквадратичное значение).

На рисунке 2 представлен график мощности, рассеиваемой этой синусоидой 1 В (среднеквадратичное значение) на резисторе 1 Ом (P = V ² / R), который показывает:

Рис. 2. График мощности, рассеиваемой синусоидой 1 В (среднеквадратичное значение) на резисторе 1 Ом.

• Кривая мгновенной мощности имеет смещение на 1 Вт и колеблется от 0 Вт до 2 Вт.
• Среднеквадратичное значение этого сигнала мощности составляет 1,225 Вт.
  • Одним из методов вычисления этого числа является уравнение 2 ³ :
  • Это можно проверить, используя более подробную формулу ⁴ в MATLAB ^® или Excel.
• Среднее значение этого сигнала мощности составляет 1 Вт. Это очевидно при осмотре; осциллограмма колеблется симметрично выше и ниже 1 Вт. Это же значение получается при вычислении среднего числового значения точек данных осциллограммы.
• Среднее значение мощности соответствует мощности, рассчитанной с использованием среднеквадратичного значения напряжения.

Мощность, рассеиваемая синусоидальным среднеквадратичным значением 1 В на резисторе 1 Ом, составляет 1 Вт, а не 1,225 Вт. Таким образом, именно средняя мощность дает правильное значение, и, следовательно, именно средняя мощность имеет физическое значение. Среднеквадратичная мощность (как определено здесь) не имеет очевидного полезного значения (не имеет очевидного физического / электрического значения), кроме как величина, которую можно рассчитать как упражнение.

Выполнение того же анализа с использованием синусоидального тока 1 А среднеквадратичного значения через резистор 1 Ом — тривиальное упражнение.Результат тот же.

Источники питания для интегральных схем (ИС) обычно являются источниками постоянного тока, поэтому среднеквадратичная мощность не является проблемой для питания ИС. Для постоянного тока среднее и среднеквадратичное значение такие же, как и для постоянного тока. Важность использования средней мощности, в отличие от среднеквадратичной мощности, как определено в этом документе, относится к мощности, связанной с изменяющимися во времени напряжением и током, то есть шумом, радиочастотными сигналами и генераторами.

Используйте среднеквадратичное значение напряжения и / или среднеквадратичного значения тока для расчета средней мощности, что дает значимые значения мощности.

¹ Мощность, рассеиваемая напряжением на резисторе, является фундаментальным соотношением, которое легко выводится из закона Ома (V = IR) и основных определений напряжения (энергия / единица заряда) и тока (единица заряда / времени). Напряжение × ток = энергия / время = мощность

² Размах синусоиды — это среднеквадратичное значение, умноженное на 2√2. Для синусоидального напряжения V p-p = V rms × 2√2, где V p-p — размах напряжения, а V rms — среднеквадратичное значение напряжения.Это хорошо известная связь, описанная в бесчисленных учебниках, а также здесь: en.wikipedia.org/wiki/Root_mean_square.

³ Это адаптировано из среднеквадратичного значения, рассчитанного из постоянного значения смещения постоянного тока плюс отдельное среднеквадратичное значение переменного тока, а также из примечания по применению «Сделайте более точные измерения среднеквадратичного значения переменного тока с помощью цифрового мультиметра» от Keysight.

⁴ Стандартное определение в учебнике — это один из примеров более подробной формулы.

Калькулятор

Вт, Вольт, Ампер, Ом | Расчет мощности, тока, напряжения и сопротивления

Калькулятор ватт, вольт, ампер и омов:

Ватт — единица измерения мощности, ампер — единица тока, вольт — единица измерения напряжения, а ом — единица сопротивления, здесь просто введите любые два значения четырехэлементного элемента, а затем нажмите вычислить, вы получите немедленный результат. из оставшихся двух элементов.

Кроме того, вы можете легко изменить множитель значения, такой как килограмм, мега или микро, милли и т. Д. Эта опция доступна для всех параметров.

Напряжение, ток и сопротивление — три основных элемента, которые отвечают за передачу энергии в любую электрическую цепь.

В этой статье мы собираемся изучить взаимосвязь между током, напряжением, сопротивлением и мощностью.

Рассмотрим,

R = сопротивление в Ом

I = ток в амперах

В = напряжение в вольтах

P = мощность в ваттах.

Посмотрите на нижеупомянутый

Расчет сопротивления питания, тока, напряжения:

Расчет сопротивления по напряжению и току:

Сопротивление (R) в омах равно напряжению (В) в вольтах, деленному на ток (I) в амперах, поэтому формула будет иметь вид

.

Сопротивление = Напряжение / Ток

R = V / I

Ом = Вольт / Ампер

Расчет сопротивления по напряжению и мощности:

Сопротивление (R) в омах равно квадрату напряжения (В) в вольтах, деленного на мощность (P) в ваттах, следовательно, формула будет иметь вид

.

Сопротивление = Напряжение ² / Мощность

R = V ² / P

Сопротивление = Вольт² / Вт

Расчет сопротивления по току и мощности:

Сопротивление (R) в омах равно мощности (P) в ваттах, деленной на квадрат силы тока (I) в амперах.следовательно, формула будет,

R = P / I ²

Сопротивление = мощность / ток ²

Ом = Вт / А²

Расчет тока по напряжению и сопротивлению:

Ток (I) в амперах равен напряжению (В) в вольтах, деленному на сопротивление (R) в омах. Следовательно, формула будет:

Ток = напряжение / сопротивление

I = V / R

Ампер = Вольт / Ом

Расчет тока по напряжению и мощности:

Ток (I) в амперах равен мощности (P) в ваттах, деленной на напряжение (В) в вольтах.Следовательно, формула будет:

Ток = Мощность / Напряжение

I = P / V

Ампер = Ватт / Вольт

Текущий расчет по сопротивлению и мощности:

Ток (I) в амперах равен квадратному корню из мощности (P) в ваттах, деленному на сопротивление (R) в омах. Следовательно, формула будет:

Ток = √ (мощность / сопротивление)

I = √ (P / R)

А = √ (Вт / Ом)

Расчет напряжения от силы тока и сопротивления:

Напряжение (В) в вольтах равно произведению силы тока (I) в амперах и сопротивления (R) в омах.Следовательно, формула будет:

Напряжение = ток * сопротивление

В = I * R

Вольт = Ампер * Ом

Расчет напряжения по амперам и мощности:

Напряжение (В) в вольтах равно мощности (P) в ваттах, деленной на ток (I) в амперах, поэтому формула будет иметь вид

Напряжение = Мощность / Ток

В = P / I

Вольт = Ватт / Ампер

Расчет напряжения по сопротивлению и мощности:

Напряжение (В) в вольтах равно квадратному корню из мощности (P) в ваттах, умноженной на сопротивление (R) в омах.Следовательно, формула будет:

Напряжение = √ (Мощность * сопротивление)

В = √ (P * R)

Вольт = √ (Вт * Ом)

Расчет мощности по напряжению и току:

Мощность (P) в ваттах — это ток I в амперах, умноженный на напряжение в вольтах, поэтому формула будет иметь вид

.

Мощность = Ток * Напряжение

P = V * I

Ватт = Вольт * Ампер

Расчет мощности по сопротивлению и току:

Мощность (P) в ваттах — это сопротивление в омах, умноженное на квадрат тока.Формула

Мощность = Ток ² * сопротивление

P = I ² * R

Ватт = Ампер ² * Ом

Расчет мощности по сопротивлению и напряжению:

Мощность (P) в ваттах равна квадрату напряжения, деленному на сопротивление. Формула

Мощность = Напряжение ² / сопротивление

P = V ² / R

Ватт = Вольт ² / Ом

Учебное пособие по электродвигателям постоянного тока

— Расчеты электродвигателей постоянного тока без сердечника с щетками

Расчет двигателей для бесщеточных двигателей постоянного тока без сердечника

При выборе бесщеточного двигателя постоянного тока без сердечника для приложения или при разработке прототипа с приводом необходимо учитывать несколько основных принципов физики двигателя, которые необходимо учитывать для создания безопасной, хорошо функционирующей и достаточно мощной прецизионной приводной системы.В этом документе мы предоставили некоторые важные методы, формулы и детали расчетов для определения выходной мощности двигателя без сердечника, кривую скорость-крутящий момент двигателя, графики тока и эффективности, а также теоретические расчеты в холодном состоянии, которые оценивают характеристики двигателя.

Двигатели постоянного тока

являются преобразователями, поскольку они преобразуют электрическую энергию ( P _в ) в механическую энергию ( P _из ). Частное обоих членов соответствует КПД двигателя.Потери на трение и потери в меди приводят к общей потере мощности ( P _потеря ) в Джоулях / сек (потери в железе в двигателях постоянного тока без сердечника пренебрежимо малы). Есть дополнительные потери из-за нагрева, но мы обсудим их ниже:

В физике мощность определяется как скорость выполнения работы. Стандартная метрическая единица измерения мощности — «ватт» Вт. Как рассчитывается мощность? Для линейного движения мощность — это произведение силы и расстояния в единицу времени P = F · (d / t) .Поскольку скорость — это расстояние во времени, уравнение принимает вид P = F · s . В случае вращательного движения аналогичный расчет мощности представляет собой произведение крутящего момента и углового расстояния в единицу времени или просто произведение крутящего момента и угловой скорости.

Где:

P = Мощность, Вт
M = Крутящий момент, Нм
F = Усилие, Н
d = Расстояние в м
t = Время в с
ω _рад = угловая скорость в рад / с

Символ, используемый для крутящего момента, обычно представляет собой строчную греческую букву «τ» (тау) или иногда просто букву «T» .Однако, когда он называется «Момент силы», его обычно обозначают буквой «М» .

В европейской номенклатуре

часто используется строчная буква « n » для обозначения скорости вокруг оси. Обычно « n » выражается в единицах оборотов в минуту или об / мин.

При расчете механической мощности важно учитывать единицы измерения. При расчете мощности, если « n » (скорость) находится в мин. ^-1 , то вы должны преобразовать его в угловую скорость в единицах рад / с .Это достигается умножением скорости на коэффициент преобразования 2π / 60 . Кроме того, если « M » (крутящий момент) находится в мНм , то мы должны умножить его на 10 ^-3 (разделить на 1 000), чтобы преобразовать единицы в Нм для целей расчета.

Где:

n = Скорость в мин. ^-1
M = Крутящий момент в мНм

Предположим, что необходимо определить мощность, которую конкретный двигатель 2668W024CR должен выдавать при холодной работе с крутящим моментом 68 мНм при скорости 7 370 мин. ^-1 .Произведение крутящего момента, скорости и соответствующего коэффициента преобразования показано ниже.

Расчет начальной требуемой мощности часто используется в качестве предварительного шага при выборе двигателя или мотор-редуктора. Если механическая выходная мощность, необходимая для данного приложения, известна, то можно проверить максимальную или продолжительную номинальную мощность для различных двигателей, чтобы определить, какие двигатели являются возможными кандидатами для использования в данном приложении.

Ниже приведен метод определения параметров двигателя на примере двигателя постоянного тока без сердечника 2668W024CR.Сначала мы объясним более эмпирический подход, а затем проведем теоретический расчет.

Одним из широко используемых методов графического построения характеристик двигателя является использование кривых крутящий момент-скорость. Хотя использование кривых крутящий момент-скорость гораздо более распространено в технической литературе для более крупных машин постоянного тока, чем для небольших устройств без сердечника, этот метод применим в любом случае.

Обычно кривые крутящий момент-скорость генерируются путем построения графиков скорости двигателя, тока двигателя, механической выходной мощности и эффективности в зависимости от крутящего момента двигателя.Следующее обсуждение будет описывать построение набора кривых крутящего момента-скорости для типичного двигателя постоянного тока на основе серии измерений необработанных данных.

2668W024CR имеет номинальное напряжение 24 В. Если у вас есть несколько основных частей лабораторного оборудования, вы можете измерить кривые крутящий момент-скорость для бессердечникового двигателя постоянного тока серии 2668 CR в заданной рабочей точке.

Шаг 1. Измерьте основные параметры

Многие параметры можно получить напрямую с помощью контроллера движения, такого как один из контроллеров движения FAULHABER MC3.Большинство производителей контроллеров предлагают программное обеспечение, такое как FAULHABER Motion Manager, которое включает функцию записи трассировки, которая отображает напряжение, ток, положение, скорость и т. Д. Они также могут предоставить точный снимок работы двигателя с мельчайшими подробностями. Например, семейство контроллеров движения MC3 (MC 5004, MC 5005 и MC 5010) может измерять множество параметров движения. Это, вероятно, самый быстрый метод получения данных для построения кривой крутящего момента — скорости, но это не единственный метод.

Если контроллер с возможностью записи трассировки недоступен, мы также можем использовать некоторое базовое лабораторное оборудование для определения характеристик двигателя в условиях остановки, номинальной нагрузки и холостого хода. Используя источник питания, установленный на 24 В, запустите 2668W024CR без нагрузки и измерьте скорость вращения с помощью бесконтактного тахометра (например, стробоскопа). Кроме того, измерьте ток двигателя в этом состоянии без нагрузки. Токовый пробник идеально подходит для этого измерения, поскольку он не добавляет сопротивления последовательно с работающим двигателем.Используя регулируемую крутящую нагрузку, такую ​​как тормоз для мелких частиц или регулируемый гистерезисный динамометр, нагрузка может быть связана с валом двигателя.

Теперь увеличьте крутящий момент двигателя точно до точки.
где происходит срыв. При остановке измерьте крутящий момент от
тормоз и ток двигателя. Ради этого
обсуждение, предположим, что муфта не добавляет нагрузки на
двигатель и что нагрузка от тормоза не
включают неизвестные фрикционные компоненты. Это также полезно
в этот момент, чтобы измерить оконечное сопротивление
мотор.Измерьте сопротивление, соприкоснувшись с двигателем.
клеммы с омметром. Затем раскрутите вал двигателя.
и сделайте еще одно измерение. Измерения
должны быть очень близки по стоимости. Продолжайте вращать вал
и сделайте не менее трех измерений. Это обеспечит
что измерения не проводились в точке
минимальный контакт на коммутаторе.

Теперь мы измерили:

n ₀ = Скорость холостого хода
I ₀ = Ток холостого хода
M _H = Момент опрокидывания
R = Терминальное сопротивление

Шаг 2: Постройте график зависимости тока отКрутящий момент и скорость в зависимости от крутящего момента

Вы можете подготовить график с крутящим моментом двигателя по абсциссе (горизонтальная ось), скоростью по левой ординате (вертикальная ось) и током по правой ординате. Масштабируйте оси на основе измерений, которые вы сделали на первом шаге. Проведите прямую линию от левого начала графика (нулевой крутящий момент и нулевой ток) до тока останова на правой ординате (крутящий момент при останове и ток останова). Эта линия представляет собой график зависимости тока двигателя от крутящего момента двигателя.Наклон этой линии представляет собой постоянную тока k _I , которая является константой пропорциональности для отношения между током двигателя и крутящим моментом двигателя (в единицах тока на единицу крутящего момента или А / мНм). Обратной величине этого наклона является постоянная крутящего момента k _M (в единицах крутящего момента на единицу тока или мНм / А).

Где:
k _I = постоянная тока
k _M = постоянная момента

В целях данного обсуждения предполагается, что двигатель не имеет внутреннего трения.На практике момент трения двигателя M _R определяется умножением постоянной крутящего момента двигателя k _M на измеренный ток холостого хода I ₀ . Линия зависимости крутящего момента от скорости и линия зависимости крутящего момента от тока затем начинается не с левой вертикальной оси, а со смещением по горизонтальной оси, равным расчетному моменту трения.

Где:
M _R = момент трения

Шаг 3: Постройте сюжет Power vs.Крутящий момент и эффективность в зависимости от крутящего момента

В большинстве случаев можно добавить две дополнительные вертикальные оси для построения графика зависимости мощности и эффективности от крутящего момента. Вторая вертикальная ось обычно используется для эффективности, а третья вертикальная ось может использоваться для мощности. Для упрощения этого обсуждения КПД в зависимости от крутящего момента и мощность в зависимости от крутящего момента будут нанесены на тот же график, что и графики зависимости скорости от крутящего момента и тока от крутящего момента (пример показан ниже).

Составьте таблицу механической мощности двигателя в различных точках от момента холостого хода до момента остановки.Поскольку выходная механическая мощность — это просто произведение крутящего момента и скорости с поправочным коэффициентом для единиц (см. Раздел о вычислении начальной требуемой мощности), мощность может быть рассчитана с использованием ранее построенной линии для зависимости скорости от крутящего момента.

Примерная таблица расчетов для двигателя 2668W024CR показана в таблице 1. Затем на график наносится каждая расчетная точка мощности. Результирующая функция представляет собой параболическую кривую, показанную ниже на Графике 1. Максимальная механическая мощность достигается примерно при половине крутящего момента сваливания.Скорость в этот момент составляет примерно половину скорости холостого хода.

Создайте таблицу в электронной таблице КПД двигателя в различных точках от скорости холостого хода до крутящего момента при остановке. Приведено напряжение, приложенное к двигателю, и нанесен график силы тока при различных уровнях крутящего момента. Произведение тока двигателя и приложенного напряжения является мощностью, потребляемой двигателем. В каждой точке, выбранной для расчета, КПД двигателя η представляет собой выходную механическую мощность, деленную на потребляемую электрическую мощность.Опять же, примерная таблица для двигателя 2668W024CR показана в Таблице 1, а примерная кривая — на Графике 1. Максимальный КПД достигается примерно при 10% крутящего момента двигателя при остановке.

Определения сюжета

• Синий = скорость по сравнению с крутящим моментом ( n по сравнению с M )
• Красный = ток по сравнению с крутящим моментом ( I по сравнению с M )
• Зеленый = эффективность по сравнению с крутящим моментом ( η или . M )
• Коричневый = мощность в зависимости от крутящего момента ( P, vs. М )

Характеристики двигателя

Примечание: обратите внимание, как все четыре сплошных графика изменяются в результате увеличения сопротивления в медных обмотках и ослабления.
выходной крутящий момент из-за нагрева. Таким образом, ваши результаты могут немного отличаться в зависимости от того, холодный или теплый ваш двигатель, когда вы строите графики.

Примечание. Из-за нехватки места отображается пример расчета для одной точки.

Теоретический расчет параметров двигателя

Еще одним полезным параметром при выборе двигателя является постоянная двигателя. Правильное использование этой добротности существенно сократит итерационный процесс выбора двигателя постоянного тока. Он просто измеряет внутреннюю способность преобразователя преобразовывать электрическую мощность в механическую.

Максимальный КПД достигается примерно при 10% крутящего момента двигателя при остановке. Знаменатель называется потерей резистивной мощности.С помощью некоторых алгебраических манипуляций уравнение можно упростить до:

Имейте в виду, что k _m (постоянная двигателя) не следует путать с k _M (постоянная крутящего момента). Обратите внимание, что индекс константы двигателя — это строчная буква « м », в то время как индекс постоянной крутящего момента использует прописную букву « M ».

Для щеточного или бесщеточного двигателя постоянного тока относительно небольшого размера отношения, которые управляют поведением двигателя в различных обстоятельствах, могут быть выведены из законов физики и характеристик самих двигателей.Правило Кирхгофа по напряжению гласит: «Сумма возрастаний потенциала в контуре цепи должна равняться сумме уменьшений потенциала». При применении к двигателю постоянного тока, соединенному последовательно с источником постоянного тока, правило Кирхгофа для напряжения может быть выражено как «Номинальное напряжение питания от источника питания должно быть равно по величине сумме падения напряжения на сопротивлении обмоток и обратная ЭДС, генерируемая двигателем ».

Где:

U = Электропитание в В
I = Ток в А
R = Терминальное сопротивление в Ом
U _{E = Противо-ЭДС в В}

Обратная ЭДС, создаваемая двигателем, прямо пропорциональна угловой скорости двигателя.Константа пропорциональности — это постоянная обратной ЭДС двигателя.

Где:

ω = Угловая скорость двигателя
k _E = Постоянная обратной ЭДС двигателя

Следовательно, путем подстановки:

Постоянная противо-ЭДС двигателя обычно указывается производителем двигателя в В / об / мин или мВ / об / мин. Чтобы получить значимое значение для обратной ЭДС, необходимо указать скорость двигателя в единицах, совместимых с указанной постоянной обратной ЭДС.

«Сумма возрастаний потенциала в контуре цепи должна равняться сумме уменьшений потенциала».
(правило Кирхгофа по напряжению)

Постоянная двигателя зависит от конструкции катушки, силы и направления магнитных линий в воздушном зазоре. Хотя можно показать, что три обычно указанные постоянные двигателя (постоянная противо-ЭДС, постоянная крутящего момента и постоянная скорости) равны, если используются надлежащие единицы, расчет облегчается указанием трех констант в общепринятых единицах.

Крутящий момент, создаваемый ротором, прямо пропорционален току в обмотках якоря. Константа пропорциональности — это постоянная крутящего момента двигателя.

Где:

M _m = крутящий момент, развиваемый на двигателе
k _M = постоянная крутящего момента двигателя

Подставляя это соотношение для получения текущего ресурса:

Крутящий момент, развиваемый на роторе, равен моменту трения двигателя плюс момент нагрузки (из-за внешней механической нагрузки):

Где:

M _R = Момент трения двигателя
M _L = Момент нагрузки

Предполагая, что на клеммы двигателя подается постоянное напряжение, скорость двигателя будет прямо пропорциональна сумме момента трения и момента нагрузки.Константа пропорциональности — это наклон кривой крутящий момент-скорость. Моторные характеристики лучше, когда это значение меньше. Чем круче спад наклона, тем хуже производительность, которую можно ожидать от данного двигателя без сердечника. Это соотношение можно рассчитать по:

Где:

Δn = изменение скорости
ΔM = изменение крутящего момента
M _H = крутящий момент при остановке
n ₀ = скорость холостого хода

Альтернативный подход к получению этого значение — найти скорость, n :

Используя исчисление, мы дифференцируем обе стороны относительно M , что дает:

Хотя здесь мы не показываем отрицательный знак,
это подразумевается
что результат приведет к уменьшению (отрицательному)
склон.

Пример расчета теоретического двигателя

Давайте немного углубимся в теоретические расчеты. Двигатель постоянного тока без сердечника 2668W024CR должен работать с напряжением 24 В на клеммах двигателя и крутящим моментом 68 мНм. Найдите результирующую константу двигателя, скорость двигателя, ток двигателя, КПД двигателя и выходную мощность. Из таблицы данных двигателя видно, что скорость холостого хода двигателя при 24 В составляет 7 800 мин ^-1 .Если крутящий момент не связан с валом двигателя, двигатель будет работать с этой скоростью.

Во-первых, давайте получим общее представление о характеристиках двигателя, вычислив постоянную двигателя k _m . В этом случае мы получаем константу 28,48 мНм / А. «Согласно паспорту двигателя, электрическое сопротивление составляет 1,03 Ом в холодном состоянии для варианта 24 В.»

Скорость двигателя под нагрузкой — это просто скорость холостого хода за вычетом снижения скорости из-за нагрузки.Константа пропорциональности для отношения между скоростью двигателя и крутящим моментом двигателя представляет собой наклон кривой крутящего момента в зависимости от скорости, полученный путем деления скорости двигателя без нагрузки на крутящий момент при остановке. В этом примере мы вычислим снижение скорости (без учета температурных эффектов), вызванное нагрузкой крутящего момента 68 мНм, исключив единицы измерения мНм:

Теперь через замену:

В этом случае скорость двигателя под нагрузкой должна быть приблизительно:

Ток двигателя под нагрузкой складывается из тока холостого хода и тока, возникающего в результате нагрузки.

Константа пропорциональности тока и крутящего момента нагрузки — это постоянная крутящего момента ( k _{M )} . Это значение составляет 28,9 мНм / А. Взяв обратную величину, мы получаем постоянную тока k _I , которая может помочь нам рассчитать ток при нагрузке. В этом случае нагрузка составляет 68 мНм, а ток, возникающий в результате этой нагрузки (без учета нагрева), приблизительно равен:

.

Полный ток двигателя можно приблизительно определить, суммируя это значение с током холостого хода двигателя.В таблице данных указан ток холостого хода двигателя как 78 мА. После округления общий ток будет примерно:

.

Выходная механическая мощность двигателя — это просто произведение скорости двигателя и крутящего момента с поправочным коэффициентом для единиц (при необходимости). Следовательно, выходная мощность двигателя будет примерно:

.

Подводимая к двигателю механическая мощность является произведением приложенного напряжения и общего тока двигателя в амперах. В этом приложении:

Так как КПД η — это просто мощность, разделенная на потребляемую мощность, давайте посчитаем ее в нашей рабочей точке:

Оценка температуры обмотки двигателя во время работы:

A Ток I , протекающий через сопротивление R , приводит к потере мощности в виде тепла в размере I ² · R .В случае двигателя постоянного тока произведение квадрата полного тока двигателя и сопротивления якоря представляет собой потерю мощности в виде тепла в обмотках якоря. Например, если общий ток двигателя составлял 0,203 А, а сопротивление якоря 14,5 Ом, потери мощности в виде тепла в обмотках составят:

Тепло, возникающее в результате потерь в катушке I ² · R , рассеивается за счет теплопроводности через компоненты двигателя и воздушного потока в воздушном зазоре. Легкость, с которой это тепло может рассеиваться в двигателе (или любой системе), определяется тепловым сопротивлением.

Термическое сопротивление (которое является обратной величиной теплопроводности) показывает, насколько хорошо материал сопротивляется теплопередаче через определенный путь. Производители двигателей обычно указывают способность двигателя рассеивать тепло, предоставляя значения термического сопротивления R _th . Например, алюминиевая пластина с большим поперечным сечением будет иметь очень низкое тепловое сопротивление, тогда как значения для воздуха или вакуума будут значительно выше. В случае двигателей постоянного тока существует тепловой путь от обмоток двигателя к корпусу двигателя и второй тепловой канал между корпусом двигателя и окружающей средой двигателя (окружающий воздух и т. Д.).). Некоторые производители двигателей указывают тепловое сопротивление для каждого из двух тепловых путей, в то время как другие указывают только их сумму в качестве общего теплового сопротивления двигателя. Значения термического сопротивления указаны в увеличении температуры на единицу потери мощности. Суммарные потери I ² · R в катушке (источнике тепла) умножаются на тепловые сопротивления для определения установившейся температуры якоря. Повышение температуры в установившемся режиме двигателя ( T ) определяется по формуле:

Где:

ΔT = Изменение температуры в К
I = Ток через обмотки двигателя в А
R = Сопротивление обмоток двигателя в Ом
R _th2 = Тепловое сопротивление от обмоток к корпусу в к / Вт
R _th3 = Тепловое сопротивление корпуса к окружающей среде, к / Вт

Давайте продолжим наш пример, используя двигатель 2668W024CR, работающий с током 2458 А в обмотках двигателя, с сопротивлением якоря 1, 03 Ом, тепловое сопротивление между обмоткой и корпусом составляет 3 к / Вт, а тепловое сопротивление между корпусом и окружающей средой — 8 к / Вт.Повышение температуры обмоток рассчитывается по формуле ниже; мы можем заменить Ploss на I ² · R :

Поскольку шкала Кельвина использует то же приращение единиц, что и шкала Цельсия, мы можем просто подставить значение Кельвина, как если бы оно было значением Цельсия. Если предполагается, что температура окружающего воздуха составляет 22 ° C, то конечная температура обмоток двигателя может быть приблизительно равна:

Где:

T _теплый = Температура обмотки

Важно убедиться, что конечная температура обмоток не превышает номинальное значение двигателя, указанное в техническом паспорте.В приведенном выше примере максимально допустимая температура обмотки составляет 125 ° C. Поскольку расчетная температура обмотки составляет всего 90,4 ° C, тепловое повреждение обмоток двигателя не должно быть проблемой в этом приложении.

Можно использовать аналогичные вычисления, чтобы ответить на вопросы другого типа. Например, приложение может потребовать, чтобы двигатель работал с максимальным крутящим моментом, в надежде, что он не будет поврежден из-за перегрева. Предположим, требуется запустить двигатель с максимально возможным крутящим моментом при температуре окружающего воздуха 22 ° C.Дизайнер хочет знать, какой крутящий момент двигатель может безопасно обеспечить без перегрева. Опять же, в техническом описании двигателя постоянного тока без сердечника 2668W024CR указана максимальная температура обмотки 125 ° C. Итак, поскольку температура окружающей среды составляет 22 ° C, максимально допустимое повышение температуры ротора составляет: 125 ° C — 22 ° C = 103 ° C

Теперь мы можем рассчитать увеличение сопротивления катушки из-за рассеивания тепловой мощности:

Где:

α _Cu = Температурный коэффициент меди в единицах K ^-1
(обратный градус Кельвина)

Таким образом, из-за нагрева катушки и магнита из-за рассеивания мощности от потерь I ² · R сопротивление катушки увеличилось с 1,03 Ом до 1,44 Ом.Теперь мы можем пересчитать новую постоянную крутящего момента k _M , чтобы увидеть влияние повышения температуры на характеристики двигателя:

Где:

α _M = Температурный коэффициент магнита в единицах K ^-1
(обратный градус Кельвина)

Теперь мы пересчитываем новую константу обратной ЭДС k _E и наблюдаем за результатами. Из формулы, полученной нами выше:

Как мы видим, постоянная крутящего момента ослабевает в результате повышения температуры, как и константа обратной ЭДС! Таким образом, сопротивление обмотки двигателя, постоянная крутящего момента и постоянная обратная ЭДС — все это отрицательно сказывается по той простой причине, что они зависят от температуры.

Мы могли бы продолжить вычисление дополнительных параметров в результате более горячей катушки и магнита, но наилучшие результаты дает выполнение нескольких итераций, что лучше всего выполняется с помощью программного обеспечения для количественного анализа. По мере того, как температура двигателя продолжает расти, каждый из трех параметров будет изменяться таким образом, что ухудшает характеристики двигателя и увеличивает потери мощности. При непрерывной работе двигатель может даже достичь точки «теплового разгона», что потенциально может привести к невозможности ремонта двигателя.Это может произойти, даже если первоначальные расчеты показали приемлемое повышение температуры (с использованием значений R и k _M при температуре окружающей среды).

Обратите внимание, что максимально допустимый ток через обмотки двигателя может быть увеличен за счет уменьшения теплового сопротивления двигателя. Тепловое сопротивление между ротором и корпусом R _th2 в первую очередь определяется конструкцией двигателя. Тепловое сопротивление корпуса R _th3 можно значительно уменьшить, добавив радиаторы.Тепловое сопротивление двигателя для небольших двигателей постоянного тока обычно указывается для двигателя, подвешенного на открытом воздухе. Поэтому обычно наблюдается некоторый отвод тепла, который возникает в результате простой установки двигателя в теплопроводящий каркас или шасси. Некоторые производители более крупных двигателей постоянного тока указывают тепловое сопротивление, когда двигатель установлен на металлической пластине известных размеров и из материала.

Для получения дополнительной информации о расчетах электродвигателя постоянного тока без сердечника и о том, как на производительность электродвигателя может повлиять рассеяние тепловой мощности, обратитесь к квалифицированному инженеру FAULHABER.Мы всегда готовы помочь.

19.4 Электроэнергетика — Физика

Задачи обучения разделу

К концу этого раздела вы сможете делать следующее:

• Определите электрическую мощность и опишите уравнение электрической мощности
• Расчет электрической мощности в цепях резисторов в последовательном, параллельном и сложном расположении

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Цели обучения в этом разделе помогут вашим ученикам овладеть следующими стандартами:

• (5) Научные концепции.Студент знает природу сил в физическом мире. Ожидается, что студент:
  • (Ж)
    проектировать, конструировать и рассчитывать в терминах сквозного тока, разности потенциалов, сопротивления и мощности, используемой элементами электрической цепи, соединенными как в последовательной, так и в параллельной комбинациях.

Кроме того, Руководство лаборатории по физике для средней школы рассматривает содержание этого раздела лаборатории под названием «Работа, энергия и мощность в цепях», а также следующие стандарты:

• (6) Научные концепции.Учащийся знает, что в физической системе происходят изменения, и применяет законы сохранения энергии и количества движения. Ожидается, что студент:
  • (С)
    рассчитать механическую энергию, мощность, генерируемую внутри, импульс и импульс физической системы.

Раздел Основные термины

Мощность ассоциируется у многих с электричеством. Каждый день мы используем электроэнергию для работы наших современных приборов. Линии электропередачи являются наглядным примером того, как электроэнергия обеспечивает электроэнергию.Мы также используем электроэнергию для запуска автомобилей, работы компьютеров или освещения дома. Мощность — это скорость передачи энергии любого типа; электрическая мощность — это скорость, с которой электрическая энергия передается в цепи. В этом разделе мы узнаем не только, что это означает, но и какие факторы определяют электрическую мощность.

Для начала представим себе лампочки, которые часто характеризуются номинальной мощностью в ваттах. Давайте сравним лампу мощностью 25 Вт с лампой мощностью 60 Вт (см. Рисунок 19.20). Хотя обе работают при одинаковом напряжении, лампа мощностью 60 Вт излучает больше света, чем лампа мощностью 25 Вт. Это говорит нам о том, что выходную мощность электрической цепи определяет нечто иное, чем напряжение.

Лампы накаливания, такие как две, показанные на рисунке 19.20, по сути являются резисторами, которые нагреваются, когда через них протекает ток, и становятся настолько горячими, что излучают видимый и невидимый свет. Таким образом, две лампочки на фото можно рассматривать как два разных резистора.В простой цепи, такой как электрическая лампочка с приложенным к ней напряжением, сопротивление определяет ток по закону Ома, поэтому мы можем видеть, что ток, а также напряжение должны определять мощность.

Рисунок 19.20 Слева лампочка мощностью 25 Вт, а справа лампочка мощностью 60 Вт. Почему их выходная мощность различается, несмотря на то, что они работают при одинаковом напряжении?

Формулу мощности можно найти путем анализа размеров. Рассмотрим единицы мощности. В системе СИ мощность указывается в ваттах (Вт), которые представляют собой энергию в единицу времени, или

Дж / с.

Напомним, что напряжение — это потенциальная энергия на единицу заряда, что означает, что напряжение имеет единицы Дж / Кл

.

Мы можем переписать это уравнение как J = V × CJ = V × C и подставить его в уравнение для ватт, чтобы получить

W = Js = V × Cs = V × Cs.W = Js = V × Cs = V × Cs.

Но кулон в секунду (Кл / с) — это электрический ток, который мы можем видеть из определения электрического тока, I = ΔQΔtI = ΔQΔt, где ΔΔ Q — заряд в кулонах, а ΔΔ t — время в секундах. Таким образом, приведенное выше уравнение говорит нам, что электрическая мощность равна напряжению, умноженному на ток, или

Это уравнение дает электрическую мощность, потребляемую цепью с падением напряжения В и током I .

Например, рассмотрим схему на Рисунке 19.21. По закону Ома ток, протекающий по цепи, равен

.

I = VR = 12 В 100 Ом = 0,12 А. I = VR = 12 В 100 Ом = 0,12 А.

19,49

Таким образом, мощность, потребляемая схемой, равна

.

P = VI = (12 В) (0,12 A) = 1,4 Вт. P = VI = (12 В) (0,12 A) = 1,4 Вт.

19,50

Куда уходит эта энергия? В этой схеме мощность в основном идет на нагрев резистора в этой цепи.

Рисунок 19.21 Простая схема, потребляющая электроэнергию.

При расчете мощности в схеме на Рисунке 19.21, мы использовали сопротивление и закон Ома, чтобы найти ток. Закон Ома дает ток: I = V / RI = V / R, который мы можем вставить в уравнение для электроэнергии, чтобы получить

P = IV = (VR) V = V2R.P = IV = (VR) V = V2R.

Это дает мощность с точки зрения только напряжения и сопротивления.

Мы также можем использовать закон Ома, чтобы исключить напряжение из уравнения для электроэнергии и получить выражение для мощности, выраженное только через ток и сопротивление. Если мы запишем закон Ома как V = IRV = IR
и используя это, чтобы исключить V в уравнении P = IVP = IV, мы получим

P = IV = I (IR) = I2R.P = IV = I (IR) = I2R.

Это дает мощность с точки зрения только тока и сопротивления.

Таким образом, комбинируя закон Ома с уравнением P = IVP = IV для электроэнергии, мы получаем еще два выражения для мощности: одно через напряжение и сопротивление, а другое через ток и сопротивление. Обратите внимание, что в выражения для электрической мощности входят только сопротивление (не емкость или что-либо еще), ток и напряжение. Это означает, что физической характеристикой схемы, определяющей, сколько мощности она рассеивает, является ее сопротивление.Любые конденсаторы в цепи не рассеивают электроэнергию — напротив, конденсаторы либо накапливают электрическую энергию, либо отдают ее обратно в цепь.

Чтобы прояснить, как связаны напряжение, сопротивление, ток и мощность, рассмотрим рисунок 19.22, на котором показано колесо формул . Количества в центральной четверти круга равны количествам в соответствующей внешней четверти круга. Например, чтобы выразить потенциал V через мощность и ток, мы видим из колеса формул, что V = P / IV = P / I.

Рисунок 19.22 Колесо формул показывает, как связаны между собой вольт, сопротивление, ток и мощность. Количества во внутренней четверти окружности равны количеству в соответствующей внешней четверти окружности.

Рабочий пример

Найдите сопротивление лампочки

Типичная старая лампа накаливания имела мощность 60 Вт. Если предположить, что к лампочке приложено 120 В, каков ток через лампочку?

Стратегия

Нам даны напряжение и выходная мощность простой схемы, содержащей лампочку, поэтому мы можем использовать уравнение P = IVP = IV, чтобы найти ток I , который течет через лампочку.

Решение

Решение P = IVP = IV для тока и вставка данных значений для напряжения и мощности дает

P = IVI = PV = 60 Вт 120 В = 0,50 А. P = IVI = PV = 60 Вт 120 В = 0,50 А.

19,51

Таким образом, при подаче напряжения 120 В через лампочку проходит половина ампера.

Обсуждение

Это значительное течение. Напомним, что в быту используется переменный, а не постоянный ток, поэтому 120 В, подаваемое от бытовых розеток, — это переменная, а не постоянная мощность.Фактически, 120 В — это усредненная по времени мощность, обеспечиваемая такими розетками. Таким образом, средний ток, протекающий через лампочку за период времени, превышающий несколько секунд, составляет 0,50 А.

Рабочий пример

Подогреватели ботинок

Чтобы согреть ботинки в холодные дни, вы решили вшить цепь с некоторыми резисторами в стельку ботинок. Вам нужно 10 Вт тепла от резисторов в каждой стельке, и вы хотите, чтобы они работали от двух 9-вольтовых батарей (соединенных последовательно).Какое общее сопротивление вы должны приложить к каждой стельке?

Стратегия

Нам известны требуемая мощность и напряжение (18 В, потому что у нас есть две батареи 9 В, соединенные последовательно), поэтому мы можем использовать уравнение P = V2 / RP = V2 / R, чтобы найти необходимое сопротивление.

Решение

Решая P = V2 / RP = V2 / R для сопротивления и вставляя данные напряжение и мощность, получаем

P = V2RR = V2P = (18 В) 210 Вт = 32 Ом. P = V2RR = V2P = (18 В) 210 Вт = 32 Ом.

19,52

Таким образом, общее сопротивление в каждой стельке должно быть 32 Ом.Ω.

Обсуждение

Давайте посмотрим, сколько тока пройдет через эту цепь. У нас есть 18 В, приложенное к сопротивлению 32 Ом, поэтому закон Ома дает

I = VR = 18 В 32 Ом = 0,56 А. I = VR = 18 В 32 Ом = 0,56 А.

19,53

На всех батареях есть этикетки, на которых указано, сколько заряда они могут доставить (в единицах силы тока, умноженного на время). Типичная щелочная батарея 9 В может обеспечить заряд 565 мА · ч · мА · ч.
(так что две батареи 9 В обеспечивают 1130 мА · ч · мА · ч), поэтому эта система обогрева проработает в течение

t = 1130 × 10−3A⋅h0.56A = 2.0h.t = 1130 × 10−3A⋅h0.56A = 2.0h.

19,54

Рабочий пример

Питание через ответвление цепи

Каждый резистор в приведенной ниже схеме имеет сопротивление 30 Ом. Какая мощность рассеивается средней ветвью схемы?

Стратегия

Средняя ветвь схемы содержит последовательно включенные резисторы R3 и R5R3 и R5. Напряжение на этой ветви составляет 12 В. Сначала мы найдем эквивалентное сопротивление в этой ветви, а затем используем P = V2 / RP = V2 / R, чтобы найти мощность, рассеиваемую в ветви.

Решение

Эквивалентное сопротивление: R среднее = R3 + R5 = 30 Ом + 30 Ом = 60 Ом, среднее = R3 + R5 = 30 Ом + 30 Ом = 60 Ом. Мощность, рассеиваемая средней ветвью схемы, составляет

.
P средний = V2R средний = (12 В) 260 Ом = 2,4 Вт. Средний = V2 R средний = (12 В) 260 Ом = 2,4 Вт.

19,55

Обсуждение

Давайте посмотрим, сохраняется ли энергия в этой цепи, сравнив мощность, рассеиваемую в цепи, с мощностью, обеспечиваемой батареей. Во-первых, эквивалентное сопротивление левой ветви равно

.
R влево = 11 / R1 + 1 / R2 + R4 = 11/30 Ом + 1/30 Ом + 30 Ом = 45 Ом.R влево = 11 / R1 + 1 / R2 + R4 = 11/30 Ом + 1/30 Ом + 30 Ом = 45 Ом.

19,56

Мощность через левую ветвь

Влево = V2R влево = (12 В) 245 Ом = 3,2 Вт. Влево = V 2 R влево = (12 В) 245 Ом = 3,2 Вт.

19,57

Правая ветвь содержит только R6R6, поэтому эквивалентное сопротивление Rright = R6 = 30ΩRright = R6 = 30Ω. Мощность через правую ветку

Прямо = V2 Правое = (12 В) 230 Ом = 4,8 Вт Правое = V 2 Правое = (12 В) 230 Ом = 4,8 Вт.

19,58

Общая мощность, рассеиваемая схемой, представляет собой сумму мощностей, рассеиваемых в каждой ветви.

P = Pleft + Pmiddle + Pright = 2,4W + 3,2W + 4,8W = 10,4WP = Pleft + Pmiddle + Pright = 2,4W + 3,2W + 4,8W = 10,4W

19,59

Мощность, обеспечиваемая аккумулятором, составляет

.

, где I — полный ток, протекающий через батарею. Поэтому мы должны сложить токи, проходящие через каждую ветвь, чтобы получить I . Ветви дают токи

Влево = VR влево = 12 В 45 Ом = 0,2667 A В середине = VR в середине = 12 В 60 Ом = 0,20 В вправо = VR В вправо = 12 В 30 Ом = 0,40 А. Влево = VR В влево = 12 45 Ом = 0,2667 A В середине = VR в середине = 12 В 60 Ом = 0.20AI right = VR right = 12 В 30 Ом = 0,40 А.

19,61

Суммарный ток

I = левый + Imiddle + Iright = 0,2667A + 0,20A + 0,40A = 0,87A.I = Ileft + Imiddle + Iright = 0,2667A + 0,20A + 0,40A = 0,87A.

19,62

, а мощность, обеспечиваемая аккумулятором, составляет

P = IV = (0,87 A) (12 В) = 10,4 Вт. P = IV = (0,87 A) (12 В) = 10,4 Вт.

19,63

Это та же мощность, которая рассеивается на резисторах схемы, что показывает, что в этой цепи сохраняется энергия.

Практические задачи

16.

Какова формула мощности, рассеиваемой в резисторе?

1. Формула мощности, рассеиваемой на резисторе, P = IV.P = IV.
2. Формула мощности, рассеиваемой в резисторе, P = VI.P = VI.
3. Формула мощности, рассеиваемой на резисторе: P = IV .
4. Формула мощности, рассеиваемой в резисторе: P = I ² V .

17.

Какова формула мощности, рассеиваемой резистором с учетом его сопротивления и напряжения на нем?

1. Формула мощности, рассеиваемой на резисторе: P = RV2P = RV2
2. Формула для мощности, рассеиваемой в резисторе: P = V2RP = V2R
3. Формула для мощности, рассеиваемой в резисторе: P = V2RP = V2R
4. Формула для мощности, рассеиваемой в резисторе: P = I2RP = I2R

Проверьте свое понимание

18.

Какие элементы схемы рассеивают мощность?

1. конденсаторы
2. индукторы
3. идеальные переключатели
4. резисторы

19.

Объясните словами уравнение мощности, рассеиваемой заданным сопротивлением.

1. Электрическая мощность пропорциональна току через резистор, умноженному на квадрат напряжения на резисторе.
2. Электрическая мощность пропорциональна квадрату силы тока через резистор, умноженного на напряжение на резисторе.
3. Электрическая мощность пропорциональна току через резистор, деленному на напряжение на резисторе.
4. Электрическая мощность пропорциональна току через резистор, умноженному на напряжение на резисторе.

Car Audio Electrical Theory — Расчет работы и мощности в цепях постоянного тока

Продолжая наше краткое введение в основы теории электрооборудования автомобильного аудио и закона Ома, мы поговорим об электрических цепях и о том, как количественно оценить работу, выполняемую этой цепью. .Чтобы не усложнять объяснение, мы продолжим рассмотрение цепей постоянного тока. Математика, используемая для точного расчета импеданса и мощности в цепях переменного тока (переменного тока), может быть довольно сложной.

Что такое электрическая цепь?

Возможно, столь же важным, как объяснение напряжения, тока и сопротивления, является объяснение компонентов, необходимых для создания цепи. Чтобы группа компонентов считалась схемой, должны быть источник питания и нагрузка, соединенные в петлю, которая позволяет току течь.Если у вас есть лампочка, и вы подключаете ее к одному концу батареи, это не цепь, пока вы не подключите другую сторону лампочки к другой стороне источника питания.

Понятие электрической полярности

Другой важной частью нашего обсуждения электричества является понимание концепции полярности. Подумайте о батарее AA, которая питает карманный фонарик. Одна клемма будет положительной со знаком +, а противоположная клемма будет отрицательной со знаком -.

Чтобы добавить немного путаницы в наш мир, используются два текущих описания потока.В так называемом обычном токе считается, что ток течет от положительного вывода к отрицательному. Чтобы держать вас в тонусе, реальность такова, что электроны текут от отрицательного вывода к положительному. Все, что имеет значение для нашего обсуждения, это то, что вы знаете, что ток течет от одного терминала к другому, и в цепях постоянного тока поток всегда в одном и том же направлении.

Пора поработать.

Джеймс Ватт

В физике утверждение о мощности описывает скорость, с которой работа выполняется в течение определенного периода времени.18 электронов за одну секунду.

Для упрощения, если у нас есть ток 1 А, протекающий в цепи в течение 1 секунды, говорят, что 1 ватт энергии передается нагрузке.

Уравнения для расчета мощности

Самым простым из всех уравнений для расчета мощности является мощность = напряжение x ток или P = V x I. Если у нас есть один ампер тока, протекающего через нагрузку с напряжением питания 1 вольт, то 1 передается ватт энергии. В автомобилях мы обычно говорим о нашей электрической системе 12 В.Если ваша батарея на 12 В и вы подключаете лампу, потребляющую ток 1 А, свет будет получать мощность 12 Вт. Удвойте ток — и вы удвоите мощность.

Держись крепче; мы собираемся переплести закон Ома с расчетами мощности. В нашем примере выше мы знаем, что для того, чтобы лампочка потребляла ток 1 А от батареи 12 В, лампочка должна иметь сопротивление 12 Ом. 2 ÷ Мощность.2/12, или 144/12, то есть 12. Ура! Физика работает!

Давайте поговорим о мощности усилителя

Давайте рассмотрим более распространенный пример, который можно использовать в качестве краткого руководства в автомобильных аудиоприложениях. Глядя на новый усилитель для вашего автомобиля, вы знаете, что многие компании предоставляют простые для понимания и легко сопоставимые характеристики. Другим нравится играть в игры, чтобы напечатать на подарочной коробке как можно большее число. Если вы посмотрите на номинал предохранителя усилителя, вы сможете очень быстро понять, какую мощность он может выдавать.Если у нас есть компактный четырехканальный усилитель с предохранителем на 30 ампер, и мы знаем, что наша электрическая система может поддерживать напряжение 13,2 вольт, мы можем рассчитать максимальную мощность, которую мы можем подать на усилитель. Уравнение: мощность = напряжение x ток, или P = V x I. Подставив наши числа, мы получим 13,2 вольт и 30 ампер для произведения 396 ватт. Если усилитель рассчитан на 400 Вт, то, скорее всего, спецификации верны. Если на подарочной упаковке усилителя указана мощность 800 Вт, ну, физика не складывается!

Помимо расчетов мощности усилителей

Не вдаваясь в подробности, большинство производителей усилителей используют напряжение питания 14.4 вольта для номинальной мощности усилителя. Использование этого значения увеличивает максимальную мощность, которую мы можем подать на наш четырехканальный усилитель, до 432 Вт. Имейте в виду, что усилители не на 100 процентов эффективны. Хороший усилитель класса D будет иметь КПД от 80 до 90 процентов. Если предположить, что в наихудшем сценарии КПД 80%, усилитель может выдавать около 345,6 Вт.

Если вы хотите отказаться от формальной математики, возьмите номинал предохранителя усилителя и умножьте его на 11 для усилителя класса D или примерно на 9 для хорошего усилителя класса AB.В зависимости от производителя эти значения эффективности могут резко меняться. Идея состоит в том, чтобы дать вам приблизительную оценку, а не измерять или прогнозировать фактическую мощность усилителя.