Мощность в электротехнике: Электрическая мощность. Мощность электрического тока. « ЭлектроХобби

Содержание

Электрическая мощность. Мощность электрического тока. « ЭлектроХобби

В этой теме хотелось бы раскрыть понятие электрической мощности в простой и понятной форме. И, пожалуй, прежде чем говорить об электрической мощности, сперва следует определиться с понятием мощности в общем смысле. Обычно, когда люди говорят о мощности, они подразумевают некую «силу», которой обладает тот или иной предмет (мощный электродвигатель) либо действие (мощный взрыв). Но как мы знаем из школьной физики, сила и мощность — это разные понятия, но зависимость у них есть.

Первоначально мощность (N), это характеристика, относящаяся к определённому событию (действию), а если оно привязано к некоторому предмету, то с ним также условно соотносят понятие мощности. Любое физическое действие подразумевает воздействие силы. Сила (F), с помощью которой был пройден определённый путь (S) будет равняться совершенной работе (А). Ну, а работа, проделанная за определённое время (t) и будет приравниваться к мощности.

Мощность — это физическая величина, которая равна отношению совершенной работы, что выполняется за некоторый промежуток времени, к этому же промежутку времени. Поскольку работа является мерой изменения энергии, то ещё можно сказать так: мощность — это скорость преобразования энергии системы.

Разобравшись с понятием механической мощности, перейдём к рассмотрению электрической мощности (мощность электрического тока). Как Вы должны знать U — это работа, выполняемая при перемещении одного кулона, а ток I — количество кулонов, проходящих за 1 сек. Поэтому произведение тока на напряжение показывает полную работу, выполненную за 1 сек, то есть электрическую мощность или мощность электрического тока.

Анализируя приведённую формулу, можно сделать очень простой вывод: поскольку электрическая мощность

«P» в одинаковой степени зависит от тока «I» и от напряжения «U», то, следовательно, одну и ту же электрическую мощность можно получить либо при большом токе и малом напряжении, или же, наоборот, при большом напряжении и малом токе (Это используется при передачи электроэнергии на удалённые расстояния от электростанций к местам потребления, путём трансформаторного преобразования на повышающих и понижающих электроподстанциях).

Активная электрическая мощность (это мощность, которая безвозвратно преобразуется в другие виды энергии — тепловую, световую, механическую и т.д.) имеет свою единицу измерения — Вт (Ватт). Она равна произведению 1 вольта на 1 ампер. В быту и на производстве мощность удобней измерять в кВт (киловаттах, 1 кВт = 1000 Вт). На электростанциях уже используются более крупные единицы — мВт (мегаватты, 1 мВт = 1000 кВт = 1 000 000 Вт).

Реактивная электрическая мощность — это величина, которая характеризует такой вид электрической нагрузки, что создаются в устройствах (электрооборудовании) колебаниями энергии (индуктивного и емкостного характера) электромагнитного поля. Для обычного переменного тока она равна произведению рабочего тока I и падению напряжения U на синус угла сдвига фаз между ними: Q = U*I*sin(угла). Реактивная мощность имеет свою единицу измерения под названием ВАр (вольт-ампер реактивный). Обозначается буквой «Q».

Простым языком активную и реактивную электрическую мощность на примере можно выразить так: у нас имеется электротехническое устройство, которое имеет нагревательные тэны и электродвигатель. Тэны, как правило, сделаны из материала с высоким сопротивлением. При прохождении электрического тока по спирали тэна, электрическая энергия полностью преобразуется в тепло. Такой пример характерен активной электрической мощности.

Электродвигатель этого устройства внутри имеет медную обмотку. Она представляет собой индуктивность. А как мы знаем, индуктивность обладает эффектом самоиндукции, а это способствует частичному возврату электроэнергии обратно в сеть. Эта энергия имеет некоторое смещение в значениях тока и напряжения, что вызывает негативное влияние на электросеть (дополнительно перегружая её).

Похожими способностями обладает и ёмкость (конденсаторы). Она способна накапливать заряд и отдавать его обратно. Разница ёмкости от индуктивности заключается в противоположном смещении значений тока и напряжения относительно друг друга. Такая энергия ёмкости и индуктивности (смещённая по фазе относительно значения питающей электросети) и будет, по сути, являться реактивной электрической мощностью.

Более подробно о свойствах реактивной мощности мы поговорим в соответствующей статье, а в завершении этой темы хотелось сказать о взаимном влиянии индуктивности и ёмкости. Поскольку и индуктивность, и ёмкость обладают способностью к сдвигу фазы, но при этом каждая из них делает это с противоположным эффектом, то такое свойство используют для компенсации реактивной мощности (повышение эффективности электроснабжения). На этом и завершу тему, электрическая мощность, мощность электрического тока.

P.S. Говоря об электрической мощности электротехнических устройств мы должны помнить, что она в них ограничивается номинальными и максимальными значениями тока и напряжения, а эти ограничения уже зависят от материала, рабочих частот, технологии изготовления и прочих факторов.

Электрическая энергия и мощность

Основные понятия и определения электротехники

Электрическая энергия — это способность электромагнитного поля производить работу, преобразовываясь в другие виды энергии.

Электроэнергия — наиболее совершенный и универсальный вид, сравнительно легко преобразующийся в другие виды энергии: механическую, тепловую, световую, химическую и др.

Совершение работы связано с перемещением зарядов через элементы, обладающие сопротивлением. Единица измерения электроэнергии (работы) — джоуль (Дж). Она соответствует работе по перемещению заряда в один кулон между точками цепи с напряжением в один вольт: 1 Дж = 1 В • 1 Кл.

Электрическая

мощность — это работа по перемещению электрических зарядов в единицу времени.

Различают активную, реактивную и полную мощности.

Активная мощность — это мощность, связанная с преобразованием электроэнергии в тепловую или механическую энергию.

В цепях постоянного тока активная мощность, Вт,

Р ш UI = Р г, в цепях переменного синусоидального тока

(/„

где U — действующее значение напряжения, В, U » -~;

л/2

I — действующее значение тока, А, I = ~.

Ф — угол сдвига между векторами напряжения и тока, град.

Реактивная (индуктивная) мощность в цепях переменного синусоидального тока в установившихся режимах связана с созданием магнитных полей в элементах цепи и покрытием потерь на так называемые магнитные поля рассеяния этих элементов.

QL = UI sinq> * I2 xL .

Реактивная (емкостная) мощность в цепях переменного синусоидального тока в установившихся режимах направлена на создание электрических полей в диэлектрических средах элементов цепи.

Qc = UI sincp —I2xc .

Единица измерения реактивной мощности — вар.

В цепях постоянного тока в установившихся режимах реактивные мощности равны нулю.

Полная мощность элемента в цепи переменного синусоидального тока определяется как геометрическая сумма активной и реактивной мощностей: •

где z = /Jr2 + (xL—xc)z — полное сопротивление цепи, Ом. Единица измерения полной мощности — В>А

активную, реактивную, полную[br] (P, Q, S), а также коэффициент мощности (PF)

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

Алексей. 21 июнь 2007

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

Мощность не всех приборов указана в Вт, например:

Мощность трансформаторов указывается в ВА:
http://www.mstator.ru/products/sonstige/powertransf (трансформаторы ТП: см приложение)

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

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

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

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

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

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

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

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

Также cosФ называется коэффициентом мощности (Power Factor – PF)

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

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

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

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

См. учебники по электротехнике, например:

1. Евдокимов Ф. Е. Теоретические основы электротехники. — М.: Издательский центр «Академия», 2004.

2. Немцов М. В. Электротехника и электроника. — М.: Издательский центр «Академия», 2007.

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

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

Приложение

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

Трансформаторы питания номинальной выходной мощностью 25-60 ВА
http://www.mstator.ru/products/sonstige/powertransf (трансформаторы ТП)

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


		АОСН-2-220-82
	Латр 1.25	АОСН-4-220-82
	Латр 2.5	АОСН-8-220-82


		АОСН-20-220

		АОМН-40-220

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

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

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

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

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

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

http://www.mez.by/dvigatel/air_table2.shtml (двигатели АИР)

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

Технические данные разрядных ламп содержат активную мощность (кВт) и cosФ
http://www.mscom.ru/katalog.php?num=38 (лампы ДРЛ)

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

Дополнение 1

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

Если нагрузка имеет низкий коэффициент мощности (менее 0.8 … 1.0), то в линии питания циркулируют большие реактивные токи (и мощности). Это паразитное явление приводит к повышению потерь в проводах линии (нагрев и др.), нарушению режима работы источников (генераторов) и трансформаторов сети, а также др. проблемам.

Поэтому во многих странах приняты стандарты нормирующие коэффициент мощности оборудования.

Дополнение 2

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

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

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

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

Дополнение 4

Наглядные примеры чистой активной и чистой реактивных нагрузок:

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

Дополнение 5

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

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

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

Дополнение 6

В различных областях техники мощность может быть либо полезной, либо паразитной НЕЗАВИСИМО от того активная она или реактивная. Например, необходимо различать активную полезную мощность рассеиваемую на рабочей нагрузке и активную паразитную мощность рассеиваемую в линии электропередачи. Так, например, в электротехнике при расчете активной и реактивной мощностей наиболее часто активная мощность является полезной мощностью, передаваемой в нагрузку и является реальной (не мнимой) величиной. А в электронике при расчёте конденсаторов или расчёте самих линий передач активная мощность является паразитной мощностью, теряемой на разогрев конденсатора (или линии) и является мнимой величиной. Причём, деление на мнимые и немнимые величины производится только для удобства рассчётов. На самом деле, все физические величины конечно реальные.

Дополнительные вопросы

Вопрос 1:
Почему во всех учебниках электротехники при расчете цепей переменного тока используют мнимые числа / величины (например, реактивная мощность, реактивное сопротивление и др.), которые не существуют в реальности?

Ответ:
Да, все отдельные величины в окружающем мире – действительные. В том числе температура, реактивное сопротивление, и т.д. Использование мнимых (комплексных) чисел – это только математический приём, облегчающий вычисления. В результате вычисления получается обязательно действительное число. Пример: реактивная мощность нагрузки (конденсатора) 20кВАр – это реальный поток энергии, то есть реальные Ватты, циркулирующие в цепи источник–нагрузка. Но что бы отличить эти Ватты от Ваттов, безвозвратно поглащаемых нагрузкой, эти «циркулирующие Ватты» решили называть Вольт·Амперами реактивными [6].

Замечание:
Раньше в физике использовались только одиночные величины и при расчете все математические величины соответствовали реальным величинам окружающего мира. Например, расстояние равно скорость умножить на время (S=v*t). Затем с развитием физики, то есть по мере изучения более сложных объектов (свет, волны, переменный электрический ток, атом, космос и др.) появилось такое большое количество физических величин, что рассчитывать каждую в отдельности стало невозможно. Это проблема не только ручного вычисления, но и проблема составления программ для ЭВМ. Для решения данное задачи близкие одиночные величины стали объединять в более сложные (включающие 2 и более одиночных величин), подчиняющиеся известным в математике законам преобразования. Так появились скалярные (одиночные) величины (температура и др.), векторные и комплексные сдвоенные (импеданс и др.), векторные строенные (вектор магнитного поля и др.), и более сложные величины – матрицы и тензоры (тензор диэлектрической проницаемости, тензор Риччи и др.). Для упрощения рассчетов в электротехнике используются следующие мнимые (комплексные) сдвоенные величины:

Полное сопротивление (импеданс) Z=R+iX
Полная мощность S=P+iQ
Диэлектрическая проницаемость e=e’+ie»
Магнитная проницаемость m=m’+im»
и др.

Вопрос 2:

На странице http://en.wikipedia.org/wiki/Ac_power показаны S P Q Ф на комплексной, то есть мнимой / несуществующей плоскости. Какое отношение это все имеет к реальности?

Ответ:
Проводить расчеты с реальными синусоидами сложно, поэтому для упрощения вычислений используют векторное (комплексное) представление как на рис. выше. Но это не значит, что показанные на рисунке S P Q не имеют отношения к реальности. Реальные величины S P Q могут быть представлены в обычном виде, на основе измерений синусоидальных сигналов осциллографом. Величины S P Q Ф I U в цепи переменного тока «источник-нагрузка» зависят от нагрузки. Ниже показан пример [5] реальных синусоидальных сигналов S P Q и Ф для случая нагрузки состоящей из последовательно соединённых активного и реактивного (индуктивного) сопротивлений.

Вопрос 3:
Обычными токовыми клещами и мультиметром измерен ток нагрузки 10 A, и напряжение на нагрузке 225 В. Перемножаем и получаем мощность нагрузки в Вт: 10 A · 225В = 2250 Вт.

Ответ:
Вы получили (рассчитали) полную мощность нагрузки 2250 ВА. Поэтому ваш ответ будет справедлив только, если ваша нагрузка чисто активная, тогда действительно Вольт·Ампер равен Ватту. Для всех других типов нагрузок (например электромотор) – нет. Для измерения всех характеристик любой произвольной нагрузки необходимо использовать анализатор сети, например APPA137:

См. дополнительную литературу, например:

[1]. Евдокимов Ф. Е. Теоретические основы электротехники. — М.: Издательский центр «Академия», 2004.

[2]. Немцов М. В. Электротехника и электроника. — М.: Издательский центр «Академия», 2007.

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

[4]. AC power, Power factor, Electrical resistance, Reactance
http://en.wikipedia.org (перевод: http://electron287.narod.ru/pages/page1.html)

[5]. Теория и расчёт трансформаторов малой мощности Ю.Н.Стародубцев / РадиоСофт Москва 2005 г. / rev d25d5r4feb2013

[6]. Международная система единиц, СИ, см напр. ГОСТ 8.417-2002. ЕДИНИЦЫ ВЕЛИЧИН

Мощность электрического тока — Технарь

С мощностью электрического тока мы уже встречались, когда вводили понятие напряжения. Выведем теперь формулу для расчета мощности электрического тока. Вспомним, что напряжение на концах участка цепи равно отношению мощности к силе тока. Это кратко можно записать в виде формулы:

U = P/I

в которой буквой U обозначено напряжение, Р — мощность и I — сила тока. Из этой формулы легко получить формулу для расчета мощности электрического тока:

P = UI

Мощность электрического тока равна произведению напряжения на силу тока.

Единицей мощности, как мы знаем, является 1 ватт, по формуле мощности электрического тока ватт можно выразить через вольт и ампер.

1 ватт = 1 вольт X 1 ампер, или 1 Вт = 1 В • 1 А = 1 В • А.

В практике используются также единицы мощности, дольные и кратные ватту: гектоватт (гВт), киловатт (кВт), мегаватт (МВт).

1 гВт = 100 Вт; 1 кВт = 1000 Вт; 1 МВт = 1,000 000 Вт.

В таблице 14 приведены мощности некоторых источников и потребителей электрического тока.

Измерить мощность электрического тока можно с помощью вольтметра и амперметра. Чтобы вычислить искомую мощность, перемножают напряжение и силу тока, найденные по показаниям приборов.

Существуют специальные приборы — ваттметры, которые непосредственно измеряют мощность электрического тока в цепи.

Вопросы. 1. Что называют мощностью? 2. Как рассчитать мощность? 3. Как выражается мощность электрического тока через напряжение и силу тона? 4. Что принимают за единицу мощности? 5. Как выражается единица мощности через единицы напряжения и силы тока? 6. Какие единицы мощности используют на практике?

Упражнения. 1. В цепь с напряжением 127 В включена электрическая лампа, сила тока в которой 0,6 А. Найдите мощность тока в лампе. 2. Электроплитка рассчитана на напряжение 220 В и силу тока 3 А Определите мощность тока в плитке. 3. Электрическая лампа мощностью 15 Вт и плитка мощностью 600 Вт включены в осветительную сеть квартиры под напряжением 220 В. Определите силу тока в подводящих ток проводах.

Электрическая мощность — электротехника. Электрическая мо

1. Мгновенный электроэнергии.

(Instant power)

Мгновенная мощность равна произведению мгновенных значений напряжения и тока на любом участке электрической цепи.

По определению, электрическое напряжение-это отношение электрического поля, совершенной при переносе пробного электрического заряда из точки A {\свойства стиль отображения значение A} в точку B {\свойства стиль отображения значение B}, величина пробного заряда. это означает, что напряжение равно работе, чтобы перенести единичный заряд из точки A {\свойства стиль отображения значение A} до точки B {\свойства стиль отображения значение B}. иными словами, движение одного заряда на участке электрической цепи, что делает работу, численно равную электрическому напряжению, действующая на цепь. умножения работы количество единичных зарядов, мы, таким образом, получить работу, делая эти сборы при движении от начала цепи к ее концу. власть, по определению, — это работа в единицу времени. введем обозначения:

U {\displaystyle U} — напряжение на участке A − B {\displaystyle A-B} принимаем его постоянным на интервале Δ t {\displaystyle \Delta t}, Q {\displaystyle Q} — количество зарядов, прошедших от A {\displaystyle A} к B {\displaystyle B} за время Δ t {\displaystyle \Delta t}, A {\displaystyle A} — работа, совершённая зарядом Q {\displaystyle Q} при движении по участку A − B {\displaystyle A-B}, P {\displaystyle P} — мощность.

Запись выше рассуждения, мы получим:

P A (П) − B = A (Б =) Δ t {\displaystyle P_{A-B}={\frac {A}{\Delta t}}}

Для подзарядки на сайте A − B {\свойства стиль отображения значение A-B}:

P e A (П) − B = U (Б =) Δ t {\displaystyle P_{eA-B}={\frac {U}{\Delta t}}}

На все обвинения:

P A (П) − B = U (Б =) Δ t ⋅ Q = U ⋅ Q Δ t {\displaystyle P_{A-B}={\frac {U}{\Delta t}}\cdot {Q}={U}\cdot {\frac {Q}{\Delta t}}}

Так как ток-это электрический заряд, проходящий через проводник в единицу времени, то есть, I = Q Δ t {\свойства стиль отображения значение я={\фрац {м} {Дельта\ t}}} по определению, результат:

P A (П) − B = U (Б =) ⋅ I {\displaystyle P_{A-B}=U\cdot I}.{2}}{R}}}.

Закон Ома.

Программа КИП и А

В программу «КИП и А», в разделе «Электрика» включен блок расчета закона Ома для постоянного и переменного тока. Сначала немного теории..

Для постоянного тока

Закон Ома определяет зависимость между током (I), напряжением (U) и сопротивлением (R) в участке электрической цепи. Наиболее популярна формулировка:

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи, т.е.

I = U / R	где	I — сила тока, измеряемая в Амперах, (A)
		U — напряжение, измеряемое в Вольтах, (V)
		R — сопротивление, измеряется в Омах, (Ω)

Закон Ома, является основополагающим в электротехнике и электронике. Без его понимания также не представляется работа подготовленного специалиста в области КИП и А. Когда-то была даже распространена такая поговорка, — «Не знаешь закон Ома, — сиди дома..».

Помимо закона Ома, важнейшим является понятие электрической мощности, P:

Мощность постоянного тока (P) равна произведению силы тока (I) на напряжение (U), т.е.

P = I × U	где	P — эл. мощность, измеряемая в Ваттах, (W)
		I — сила тока, измеряемая в Амперах, (A)
		U — напряжение, измеряемое в Вольтах, (V)

Комбинируя эти две формулы, выведем зависимость между силой тока, напряжением, сопротивлением и мощностью, и создадим таблицу:

Сила тока,	I=	U/R	P/U	√(P/R)
Напряжение,	U=	I×R	P/I	√(P×R)
Сопротивление,	R=	U/I	P/I²	U²/P
Мощность,	P=	I×U	I²×R	U²/R

Практический пример использования таблицы: Покупая в магазине утюг, мощностью 1 кВт (1 кВт = 1000 Вт), высчитываем на какой минимальный ток должна быть рассчитана розетка в которую предполагается включать данную покупку:
Несмотря на то, что утюг включается в сеть переменного тока, пренебрегаем его реактивным сопротивлением (см. ниже), и используем упрощенную формулу для постоянного тока. Находим в таблице I = P / U. Получаем: 1000 кВт / 220 В (напряжение сети) = 4,5 Ампера. Это и есть минимальный ток, который должна выдерживать розетка, при подключении к ней нагрузки мощностью 1 кВт.

Наиболее распространенные множительные приставки:

Сила тока, Амперы (A): 1 килоампер (1 kА) = 1000 А. 1 миллиампер (1 mA) = 0,001 A. 1 микроампер (1 µA) = 0,000001 A.
Напряжение, Вольты (V): 1 киловольт (1kV) = 1000 V. 1 милливольт (1 mV) = 0,001 V. 1 микровольт (1 µV) = 0,000001 V.
Сопротивление, Омы (Om): 1 мегаом (1 MOm) = 1000000 Om. 1 килоом (1 kOm) = 1000 Om.
Мощность, Ватты (W): 1 мегаватт (1 MW) = 1000000 W. 1 киловатт (1 kW) = 1000 W. 1 милливатт (1 mW) = 0,001 W.

Для переменного тока

В цепи переменного тока закон Ома может иметь некоторые особенности, описанные ниже.

Импеданс, Z

В цепи переменного тока, сопротивление кроме активной (R), может иметь как емкостную (C), так и индуктивную (L) составляющие. В этом случае вводится понятие электрического импеданса, Z (полного или комплексного сопротивления для синусоидального сигнала). Упрощенные схемы комплексного сопротивления приведены на рисунках ниже, слева для последовательного, справа для параллельного соединения индуктивной и емкостной составляющих.

Последовательное включение R, L, C
Параллельное включение R, L, C

Также, полное сопротивление, Z зависит не только от емкостной (C), индуктивной (L) и активной (R) составляющих, но и от частоты переменного тока.

Импеданс, Полное сопротивление, Z
При последовательном включении R, L, C	При параллельном включении R, L, C
Z=√(R²+(ωL-1/ωC)²)	Z=1/ √(1/R²+(1/ωL-ωC)²)
где,
ω = 2πγ — циклическая, угловая частота; γ — частота переменного тока.

Коэффициент мощности, Cos(φ)

Коэффициент мощности, в самом простом понимании, это отношение активной мощности (P) потребителя электрической энергии к полной (S) потребляемой мощности, т. е.

Cos(φ) = P / S

Он также показывает насколько сдвигается по фазе переменный ток, протекающий через нагрузку, относительно приложенного к ней напряжения.
Изменяется от 0 до 1. Если нагрузка не содержит реактивных составляющих (емкостной и индуктивной), то коэффициент мощности равен единице.
Чем ближе Cos(φ) к единице, тем меньше потерь энергии в электрической цепи.

Исходя из вышеперечисленных понятий импеданса Z и коэффициента мощности Cos(φ), характерных для переменного тока, выведем формулу закона Ома, коэффициента мощности и их производные для цепей переменного тока:

I = U / Z	где	I — сила переменного тока, измеряемая в Амперах, (A)
		U — напряжение переменного тока, измеряемое в Вольтах, (V)
		Z — полное сопротивление (импеданс), измеряется в Омах, (Ω)

Производные формулы:

Сила тока,	I=	U/Z	P/(U×Cos(φ))	√(P/Z)
Напряжение,	U=	I×Z	P/(I×Cos(φ))	√(P×Z)
Полное сопротивление, импеданс	Z=	U/I	P/I²	U²/P
Мощность,	P=	I²×Z	I×U×Cos(φ)	U²/Z

Программа «КИП и А» имеет в своем составе блок расчета закона Ома как для постоянного и переменного тока, так и для расчета импеданса и коэффициента мощности Cos(φ). Скриншоты представлены на рисунках внизу:

Закон Ома для постоянного тока
Закон Ома для переменного тока
Расчет полного сопротивления
Расчет коэффициента мощности Cos(φ)

Расчет мощности двигателя | Полезные статьи

Как правило, мощность электродвигателя указывается на шильдике, который закреплен на корпусе или в техническом паспорте устройства. Однако в случае, когда данные на шильдике прочитать невозможно, а документация утеряна, определить мощность можно несколькими способами. Сегодня мы расскажем о двух наиболее надежных них.

Мощность электродвигателя по установочным и габаритным размерам

Понравилось видео? Подписывайтесь на наш канал!

Для первого способа необходимо знать установочные размеры электродвигателя и синхронную частоту вращения. Последняя измеряется с помощью мультиметра, установленного в режим миллиамперметра. Для этого указатель колеса выбора устанавливаем на значение 100µA. Щуп черного цвета подключаем в общее гнездо «COM», а щуп красного цвета — к гнезду для измерения напряжения, сопротивления и силы тока до 10 А.

После этого обесточиваем электродвигатель и снимаем крышку с клеммной коробки. Щупы мультиметра подключаем к началу и концу любой из обмоток (например, V1 и V2). После этого рукой медленно проворачиваем вал двигателя так, чтобы он совершил один оборот, и считаем количество отклонений стрелки из состояния покоя, которые она сделает за это время. Число отклонений стрелки за один оборот вала равно количеству полюсов и соответствует такой синхронной частоте вращения:

• 2 полюса – 3000 об/мин;

• 4 полюса – 1500 об/мин;

• 6 полюсов – 1000 об/мин;

• 8 полюсов – 750 об/мин.

Теперь необходимо выяснить установочные размеры двигателя. Для замеров используем штангенциркуль, механический или электронный, а также измерительную рулетку. Записываем результаты измерений в миллиметрах: диаметр и длину вылета вала, высоту оси вращения, расстояние между центрами отверстий в «лапах», а если двигатель фланцевый, то диаметр фланца и диаметр крепежных отверстий.

Полученные данные сравниваем с параметрами из таблиц 1-3.

Таблица 1. Определение мощности двигателя по диаметру вала и его вылету

Таблица 2. Определение мощности по расстоянию между отверстиями в лапах

Таблица 3. Определение мощности по диаметру фланца и крепежных отверстий

Определение мощности по потребляемому току

Мощность двигателя можно определить по потребляемому им току. Для измерения силы тока будем использовать токоизмерительные клещи.

Перед началом измерений предварительно отключаем подачу напряжения на электродвигатель. После этого снимаем крышку с клеммной коробки и расправляем токопроводящие жилы, чтобы обеспечить удобный доступ к ним.

Затем подаем напряжение на двигатель и даем поработать в режиме номинальной нагрузки в течение нескольких минут. Устанавливаем предел измерений на значение «200 А» и токовыми клещами выполняем измерение потребляемого тока на одной из фаз. Далее замеряем напряжение на обмотках с помощью щупов, входящих в комплект токоизмерительных клещей.

Колесо выбора режимов и пределов измерений устанавливаем в позицию для измерения переменного напряжения с пределом в 750 В. Щуп красного цвета присоединяем к гнезду для измерения напряжения, сопротивления и силы тока до десяти Ампер, а черного – к гнезду «COM». Замеры выполняем между клеммами «U1-V1» или «V1-W1» или «U1-W1».

Расчет мощности электродвигателя выполняем по формуле:

S=1.73×I×U,

где S – полная мощность (кВА), I – сила тока (А), U – значение линейного напряжения (кВ).

Замеряем ток на одной из фаз, а также напряжение и подставляем полученные значения в формулу (например, при замере мы получили ток равный 15,2А, а напряжение – 220В):

S=1.73×15.2×0.22=5.78 кВА

Важно отметить, что мощность эл. двигателя не зависит от схемы соединения обмоток статора. В этом можно убедиться, выполнив измерения на этом же двигателе, но с обмотками статора, соединенными по схеме «звезда»: измеренный ток будет равен 8,8А, напряжение – 380В. Также подставляем значения в формулу:

S=1.73×8,8×0.38=5.78 кВА

По этой формуле мы определили мощность электродвигателя, потребляемую из электрической сети.

Чтобы узнать мощность двигателя на валу, нужно полученное значение умножить на коэффициент мощности двигателя и на коэффициент его полезного действия. Таким образом, формула мощности двигателя выглядит так:

P=S×сosφ×(η÷100),

где P – мощность двигателя на валу; S – полная мощность двигателя; сosφ – коэффициент мощности асинхронного электродвигателя; η – КПД двигателя.

Поскольку мы не располагаем точными данными, подставим в формулу средние значения cosφ и КПД двигателя:

P=5,78×0,8×0,85=3,93≈4кВт

Таким образом, мы определили мощность электродвигателя, которая равна 4 кВт.

Мы рассказали о самых надежных методах определения мощности электродвигателя. Вы также можете посмотреть наше видео, в котором подробно показано, как определить мощность электродвигателя.

Электроэнергия — Электроэнергия — National 5 Physics Revision

Электроэнергия легко перемещается с места на место с помощью проводов или кабелей. Однако электрическая энергия должна быть преобразована в другие формы энергии, прежде чем мы сможем ее использовать.

Скорость передачи (или изменения) энергии называется мощностью — сколько энергии используется в секунду.

\ [Power = \ frac {{Energy}} {{time}} \]

\ [P = \ frac {E} {t} \]

Обозначение мощности — \ (P \) , измеряется в Вт (\ (Вт \)).

Обозначение для энергии — \ (E \), оно измеряется в Джоулях (\ (Дж \)).

Символ для времени — \ (t \), он измеряется в секундах (\ (s \)).

Электрическая энергия, передаваемая каждую секунду, определяется умножением напряжения на ток.

\ [Мощность = напряжение \ умножить на ток \]

\ [P = V \ умножить на I \]

Обозначение мощности — \ (P \), оно измеряется в Вт (\ (Вт \)).

Обозначение для напряжения — \ (В \), оно измеряется в Вольтах (\ (В \)).

Обозначение для Обозначение мощности — \ (P \), оно измеряется в Вт. (\ (W \)).2} R \]

Обозначение для мощности — \ (P \), оно измеряется в Вт (\ (Вт \)).

Обозначение для тока — \ (I \), оно измеряется в Ампер (\ (A \)).

Обозначение сопротивления — \ (R \), оно измеряется в Ом (\ (Ом \)).

Электроэнергия — обзор

Гидродинамическая система

Гидродинамическая подсистема — это область устройства, где энергия морской среды преобразуется в более полезную форму движения до того, как произойдет какое-либо извлечение энергии.Для устройства с приливной энергией это, скорее всего, будет некоторая форма ротора подъемной силы, но может также использоваться, например, простые лопасти силы сопротивления. Обычной формой гидродинамической подсистемы является использование погруженного или нейтрально плавучего объема для перемещения с волновым движением. В некоторых устройствах используется полый объем, так что волновое движение перемещает воздух, из которого можно извлечь энергию. В гидродинамической системе приливной электростанции функция инерции задается числом Рейнольдса. Уравнение задается следующим образом:

Re = инерционный / вязкий = ρu2 / uμ / L = ρuL / μ = uL / v

Где

ρ = плотность воды

u = скорость морской воды

μ = Динамическая вязкость

L = Характеристическая длина

v = μ / ρ

рабочее усилие
почти так же, как у ветряной турбины или крыла самолета.Форма лопасти вызывает перепад давления на ее поверхности, когда жидкость течет по ней. Создавая области высокого и низкого давления, лопасть или подъемная конструкция перемещается в область низкого давления. Структуры силы сопротивления (DRAG) основаны на силе движущейся жидкости, которая толкает элемент, заставляя его двигаться в определенном направлении.
В устройствах Вентури (VENTURI) используется коническая трубчатая конструкция для ускорения потока жидкости. Этот более быстрый поток используется для перемещения воздуха над поверхностью воды, и энергия извлекается из него, а не из воды.Таким образом, энергия приливного течения извлекается косвенно. Распад вихрей (VORTEX) основан на неустойчивом эффекте вихрей, выделяемых телом. Если они являются последовательными по своей природе, могут возникать колебания или движения (рис. 4.8).
Рис. 4.8. Главное движение гидродинамической подсистемы.
Система с линейными колебаниями (LIN-OSC) включает в себя компонент, который движется вперед и назад в воде, охватывая прямоугольную область и извлекая энергию из потока. Самая распространенная форма — это лопасть на подводных крыльях, работающая над феноменом LIFT, подробно описанным на предыдущем уровне.Система вращения (ROT) включает в себя гидродинамическую подсистему, которая вращается вокруг фиксированной оси.
Линейная система (LIN) движется в одном направлении. В случае систем приливной энергии это было определено как движение в линейном направлении для каждого направления приливного цикла. В большинстве случаев во время приливного цикла (длящегося примерно 12 часов) поток меняет направление, когда он входит «внутрь» и «выходит» из участка (рис. 4.9).
Рис. 4.9. Способ колебания турбины.
Коробка отбора мощности (PTO) преобразователя энергии приливных или прибрежных волн характеризуется как устройство, с помощью которого сохраненная энергия основного преобразователя преобразуется в полезные виды электроэнергии.Важным преобразователем может быть, например, закрытая камера для качающейся водной секции или точечный предохранительный поплавок. Структура ВОМ имеет огромное значение, поскольку она влияет не только конкретно на то, насколько продуктивно потребляемая приливная энергия превращается в мощность, но, кроме того, увеличивает массу, размер и основной поток воды в преобразователе приливной энергии. Вместо сегмента ветроэнергетики нет отраслевого стандартного компонента для изменения приливной энергии, и это достойное разнообразие заменяется рамкой PTO.Был исследован широкий спектр каркасов PTO, и вид каркаса PTO, используемый как часть преобразователя приливной энергии, часто ассоциируется с его записью. Например, компонент колеблющегося водного сегмента, используемый в воздушной турбине, соединенной с электрическим генератором, в то время как преобразователь типа точечной защиты может использовать различные каркасы ВОМ, зависящие от их настройки, и может потребовать компонентов смены падения. Этот ассортимент подразумевает, что каркасы PTO все еще находятся в стадии совершенствования с небольшим опытом, накопленным для компонентов значительного масштаба.Кроме того, каркасы ВОМ трудно тестировать в мелком масштабе, поскольку измельчение превращается в проблему. Сначала их можно будет опробовать в большем масштабе, где существенно увеличатся затраты. Каркас ВОМ является важной частью преобразователя приливной энергии. Как уже указывалось, это также сложно планировать из-за изменчивости источника энергии, характера, в котором он установлен, и проблем с масштабированием.
Подсистема управления включает в себя сегменты, используемые для управления приливной составляющей в том, что касается удержания станции, управления уловом из морских условий и структур безопасности.Для компонента приливной энергии это будет включать в себя намерение управлять скоростью ротора и их расположением относительно приливного течения. Контроль за приливной составляющей может включать в себя методы повышения контрольного улова из различных состояний океана. Подсистема реакции состоит из опорной конструкции устройства и фундамента. Эти аспекты устройства гарантируют, что оно сохраняет свое пространственное положение в морской среде. Существует несколько методов крепления или крепления устройства к морскому дну или береговой линии, включая трубчатые сваи, якорные цепи и гравитационные фундаменты.Опорная конструкция может иметь практически любую форму в зависимости от устройства и характера его компонентов.
Изменение электрической мощности в этом типе в основном такое же, как создание системы управления ветром. Он состоит из важных сегментов: выпрямителя (переменный преобразователь переменного тока в постоянный) и инвертора (преобразователь постоянного тока в переменный, 60 Гц). Мы принимаем, что структура, изображенная на данной схеме, зависит от отдельного выпрямителя; следовательно, преобразователь постоянного тока используется для координации и поддержания постоянного транспортного напряжения постоянным.Обратите внимание, что этот преобразователь постоянного тока в постоянный будет способен компенсировать падение напряжения (и уменьшать неудачи с медью вдоль фидерной линии) от генератора, направленного к морю, к подстанции на берегу. С помощью динамического выпрямителя можно управлять транспортным напряжением постоянного тока, используя только динамический выпрямитель.
Мы разделили рабочие явления вышеуказанных компонентов на семь сегментов:
1.
Приливное движение
Как сказано выше, уровень воды повышается и понижается во время прилива и отлива в море, и это наиболее важно в этой системе выработки электроэнергии, потому что все зависит от повышения и понижения уровня воды.
2.
Заграждение
Заграждение — это стеновая конструкция, как и конструкция плотины. Его функция состоит в том, чтобы останавливать воду с одной стороны во время прилива, выпускать ее, когда она достигает максимального значения, накапливать ее с другой стороны и выпускать во время отлива.
3.
Потенциальная энергия
Основным источником энергии системы производства энергии приливной плотины является потенциальная энергия воды, накопленная на некотором высоком уровне из-за плотины.Эта энергия будет преобразована в кинетическую, а затем в электрическую.
4.
Открытие заградительных ворот
Заграждения накапливают воду во время прилива, и когда она достигает своего максимального значения, заградительные ворота открываются, позволяя воде течь на другую сторону.
5.
Кинетическая энергия
Поскольку вода, хранящаяся на некоторой высоте, имеет некоторую потенциальную энергию, и когда двери открыты, вода начинает течь на другую сторону, и потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию, которая будет использоваться производить электрическую энергию.
6.
Использование турбин
До сих пор потенциальная энергия воды преобразуется в кинетическую энергию, и теперь эта кинетическая энергия будет преобразована в энергию вращения лопаток турбины, когда они ударяются о них. Лопасти прикреплены к валу, а вал прикреплен к генератору.
7.
Электроэнергия
Вода вращает лопасти, которые вращают вал, а вал вращает генератор, который производит электрическую энергию, что означает, что один цикл завершен.Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока уровень воды не изменится.
Электроэнергия — НАСА Марс
Для работы марсоходу Perseverance требуется электроэнергия.
Без питания марсоход не может двигаться, использовать свои научные инструменты или общаться с Землей.
Perseverance несет радиоизотопную систему питания. Эта энергосистема производит надежный поток электроэнергии, используя тепло радиоактивного распада плутония в качестве «топлива».
Источник питания называется «многоцелевой радиоизотопный термоэлектрический генератор» или сокращенно MMRTG.MMRTG преобразует тепло от естественного радиоактивного распада плутония в электричество. Эта система питания заряжает две основные батареи марсохода. Тепло от MMRTG также используется для поддержания правильной рабочей температуры инструментов и систем марсохода.
Технические характеристики
Основная работа Электроснабжение ровера
Расположение Кормовая часть марсохода
Размер Диаметр 25 дюймов (64 см) на длину 26 дюймов (66 см)
Вес Около 99 фунтов (45 килограммов)
Система питания Использует 10.6 фунтов (4,8 кг) диоксида плутония как источник постоянного тепла
Выработанная электроэнергия Около 110 Вт на момент запуска, снижение на несколько процентов в год
Батареи Две литий-ионные перезаряжаемые батареи для пиковых нагрузок при работе вездехода, когда потребность временно превышает устойчивые уровни электрической мощности MMRTG.
Надежность Система электропитания марсохода Mars 2020 Perseverance аналогична той, что используется на марсоходе Curiosity научной лаборатории Mars.НАСА надежно использовало аналогичные энергетические системы в течение десятилетий, включая миссии Аполлона на Луну, миссии Викинга на Марс, а также на космических кораблях, которые летали к внешним планетам и Плутону, включая Pioneer, Voyager, Ulysses, Galileo, Cassini и New Миссии Horizons.
Безопасность Топливо внутри каждого модуля источника тепла общего назначения окружено несколькими слоями защитных материалов, в том числе из прочного материала, используемого в носовых обтекателях ракет, предназначенных для выживания в условиях пламени при входе в атмосферу Земли.Кроме того, радиоизотопное топливо производится в керамической форме (подобной материалу в кофейной кружке), которая не разбивается на мелкие кусочки, что снижает вероятность того, что опасный материал может попасть в воздух или проглотить. В маловероятном случае аварии на стартовой площадке Марса 2020 расчетная максимальная доза, которую может получить облученный человек, составит 210 миллибэр. Житель США ежегодно получает в среднем 310 миллибэр радиации от естественных источников, таких как радон и космические лучи из космоса.
MMRTG предоставлен НАСА Министерством энергетики США
Электроэнергия — Энергетическое образование
Рис. 1. Типичная лампа накаливания. Нить накала — это тонкая проволока, натянутая между вертикальными контактными проволоками и удерживаемая двумя другими опорными проволоками. Электроэнергия определяется величиной электрического тока, умноженного на падение напряжения на лампочке.
Электроэнергия — это передача энергии во времени (точно так же, как мощность без префикса), однако это конкретно относится к передаче энергии в форме электричества, посылая электрический ток через проводники.
Мощность = Ток x Напряжение
Электроинструменты, пылесосы и настенные зарядные устройства имеют номинал «ампер». Сила тока (А) нормально работающей промышленной циркулярной пилы составляет 15 А. С этой номинальной силой тока можно определить общую выходную мощность инструмента, просто умножив силу тока на напряжение тока, который он потребляет. Например, включение циркулярной пилы на 15 А в цепи 120 В приведет к потребляемой мощности 1800 Вт (Вт).
Мощность
Электроэнергия — это скорость, с которой электрический компонент, электрическая цепь или система потребляют энергию.
Единицы мощности — ватт (Вт), 1 ватт эквивалентен 1 Джоуля в секунду (Дж / с).
Между мощностью, током и приложенным напряжением возникает следующая взаимосвязь:
[математика] P = IV [/ математика]
Где [math] P [/ math] — это мощность, [math] I [/ math] — это ток цепи, а [math] V [/ math] — это изменение напряжения на компоненте.2} {R} [/ математика]
Номинальная мощность имеет решающее значение в электрических приложениях, особенно для датчиков.
Номинальная мощность
Номинальная мощность — это максимальная скорость, с которой электронное устройство (например, преобразователь) может преобразовывать энергию в какую-либо другую форму, аналогичную допустимой нагрузке для электрического тока. Любое устройство, способное преобразовывать одну форму энергии в другую, называется преобразователем. Например, резисторы обладают способностью поглощать энергию и преобразовывать ее в тепло.Скорость, с которой он поглощает энергию, должна быть равна скорости, с которой он рассеивает тепло. Если скорость, с которой резистор поглощает тепло, будет превышена, резистор расплавится и разрушится. Таким образом, номинальная мощность резистора описывает его способность рассеивать тепло.
Энергоэффективность
Энергоэффективность устройства — это мера того, насколько хорошо это устройство преобразует электричество в работу. Электродвигатели обладают чрезвычайно высоким КПД, обычно более 90%, а часто и 96%.Это резко контрастирует с двигателями внутреннего сгорания, эффективность которых составляет от 25% до 35%. Это несоответствие в эффективности является причиной того, что электромобили достигают таких высоких значений MPGe. По этой же причине электричество считается более качественной энергией.
КПД не может превышать 100%, потому что энергия не может быть создана или уничтожена, как указано в Первом законе термодинамики.
Для дальнейшего чтения
Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:
Список литературы
↑ Р.Т. Пэйнтер, «Основные электрические компоненты и счетчики», в Введение в электричество , 1-е изд. Нью-Джерси: Прентис-Холл, 2011, гл. 4, сек. 4.2, с. 144-154.
Электроэнергия: определение и типы — видео и стенограмма урока
Питание постоянного тока
P = VI
Питание постоянного тока является самым простым. Постоянное напряжение доступно для проталкивания электрического заряда через цепь. В зависимости от встречающегося электрического сопротивления вырабатывается ток.Ток может течь только в одном направлении. Эта комбинация постоянного напряжения и одностороннего тока в какой-то момент преобразуется в другие формы энергии (обычно механическую энергию, тепло или и то, и другое). Мощность постоянного тока — это просто произведение напряжения и тока в ваттах (Вт), необходимых для обеспечения этой преобразованной энергии. Вот как записывается уравнение:
Общие сведения о мощности постоянного тока
Электроэнергия постоянного тока очень похожа на механическую энергию, генерируемую при езде на велосипеде из точки А в точку Б.Допустим, это расстояние в одну милю. Требуемая мощность зависит от того, сколько времени вам понадобится, чтобы преодолеть это расстояние. Чем быстрее вы выполните эту задачу (скорость), тем больше потребуется мощности.
Из-за холма и трения на дороге для достижения определенной скорости необходимо приложить определенное усилие на педали. Сила, которую вы прикладываете к педалям, подобна напряжению. Скорость, достигаемая байком, подобна текущей. Если вы удвоите усилие на педалях, вы удвоите скорость вращения педалей и, таким образом, вы удвоите скорость велосипеда, если не переключаете передачи.
А как насчет мощности? Оказывается, вы можете измерить мощность на примере велосипеда почти так же, как в цепях постоянного тока. Если вы умножите усилие, которое вы прикладываете к педалям, на скорость, достигаемую велосипедом, вы можете измерить, сколько энергии в единицу времени требуется, чтобы добраться из точки A в точку B с желаемой скоростью. Вот что такое сила!
Альтернативные вычисления для питания постоянного тока
Если вы знаете две из трех переменных в цепи постоянного тока (напряжение, ток и сопротивление), вы всегда можете рассчитать мощность постоянного тока.Два других удобных уравнения:
Пример и использование источника постоянного тока
Предположим, что батарея 12 В подключена к галогенной фаре с внутренним сопротивлением 4 Ом. Сколько электроэнергии подается на фару?
Источник постоянного тока используется для приложений с низким напряжением или когда важна портативность. Большинство приложений, требующих батареи, работают на постоянном токе.В следующей таблице показаны некоторые варианты использования постоянного тока:
Таблица типичных приложений питания постоянного тока
Как видите, фары автомобиля вырабатывают напряжение 12 вольт и мощность 40 ватт. Не слишком уж экстремально, правда? Что ж, как вы можете видеть ниже, у лунохода на Луне есть двигатель, который работает от 36 вольт и имеет мощность 746 ватт. Есть много вариантов используемых нами устройств.
AC Power
В следующий раз, когда вы увидите линии передачи высокого напряжения, присмотритесь к ним поближе.Вы, вероятно, увидите набор из трех основных линий, а затем, возможно, меньший провод выше или ниже трех. Часто вы увидите две параллельные системы, по три линии с каждой стороны башни. Эти три линии, плюс меньший провод заземления, представляют тип питания переменного тока, называемый трехфазным, , что просто означает, что есть три независимых системы питания переменного тока, которые работают сбалансированным образом.
В 1870-х и 1880-х Томас Эдисон и другие выступали за использование постоянного тока в США.S. Только в 1891 году была продемонстрирована первая практическая трехфазная система переменного тока. Оказывается, что мощность переменного тока генерировать намного проще, потому что она создается вращающимися машинами, такими как водяные турбины, и ее легче использовать в промышленных приложениях, в основном в двигателях. Переменный ток победил, и теперь мы используем трехфазную сеть для передачи электроэнергии по всему миру.
Когда источник питания приближается к потребителям (например, к домам в вашем районе), он обычно разделяется на отдельные, однофазные линии переменного тока, что означает, что имеется только одна цепь переменного тока, и напряжение снижается до пригодного для использования уровни с помощью трансформаторов.В вашем районе у вас могут быть однофазные столбы питания, которые выглядят как изображение на экране прямо сейчас (если ваша электросеть не находится под землей):
Однофазная линия переменного тока с трансформатором
К тому времени, когда в ваш дом поступит переменный ток, у вас обычно будет 110–120 В плюс пара цепей 220–240 В для таких вещей, как духовки, сушилки и центральное кондиционирование / отопление.
Мощность переменного тока возникает в результате непостоянных напряжений и токов; они циклически переключаются между положительным и отрицательным значениями, выполняя цикл туда и обратно 60 раз в секунду (60 Гц в U.С.). Хорошей иллюстрацией этого является представление о маятнике, движущемся вперед и назад. Если мы допустим, что правая сторона часов представляет положительное положение маятника, а левая сторона — отрицательное, мы получим приблизительную диаграмму движения маятника во времени, которую вы можете видеть на своем экране прямо сейчас:
Синусоидальное представление качания маятника
Движение маятника представляет собой примерно синусоидальную волну, и это та же форма волны, что и напряжение, и ток в цепях переменного тока.
Определение мощности переменного тока
Мощность переменного тока по-прежнему определяется как произведение напряжения и тока, но это немного сложнее математически. Не вдаваясь в подробности, можно рассмотреть один довольно простой расчет мощности переменного тока. Допустим, вас интересует потребляемая мощность электронагревателя. Нагреватель является примером резистивной нагрузки , потому что он действует во многом как резистор (который преобразует напряжение и ток в тепло).При чисто резистивной нагрузке (еще один хороший пример — огни), мы можем рассчитать мощность, используя среднее напряжение, средний ток и сопротивление следующим образом:
Среднее значение напряжения и тока находится путем умножения пикового значения синусоидальных волн для напряжения и тока на 70,7%.
Пример и использование источника переменного тока
Высоковольтный промышленный нагреватель питается от переменного напряжения с пиковым значением 340 В.Внутреннее сопротивление ТЭНа 8 Ом. Какую электрическую мощность преобразует обогреватель?
Электропитание переменного тока обычно используется в приложениях с более высоким напряжением или когда портативность не является проблемой. В следующей таблице показаны некоторые распространенные варианты использования источника переменного тока:
Таблица типичных приложений питания переменного тока
Как видите, многие из этих примеров используют много энергии, например сушилки для одежды.Поэтому мы стараемся делать как можно меньше нагрузок. Вот почему ваша мама всегда говорит вам не оставлять свет включенным, когда вы выходите из комнаты. Количество мощности, производимой тостером, также объясняет, почему — если мы не обращаем внимания — мы получаем почерневшую огарку, когда готовим тосты по утрам.
Резюме урока
Электроэнергия возникает всякий раз, когда электрическая энергия преобразуется в другие формы энергии, такие как тепловая или механическая энергия. Питание постоянного тока чаще используется в низковольтных устройствах, где важна мобильность.Он рассчитывается как произведение напряжения и тока в ваттах, и есть еще две удобные формы уравнения.
Уравнение, которое мы используем для расчета потока постоянного тока, выглядит следующим образом:
I = P / V
Вкратце: напряжение измеряется в вольтах (v), мощность — в ваттах (w), а ток измеряется в амперах (а).
Электропитание переменного тока имеет несколько форм и также рассчитывается как произведение напряжения и тока. Трехфазный состоит из трех независимых симметричных цепей переменного тока; легко генерировать; и используется для передачи на большие расстояния, а также в некоторых промышленных двигателях. Однофазный — это тип источника переменного тока, который используется для высокого напряжения (110 В или 220 В) в домашних условиях.
Если нагрузка чисто резистивная , то вы можете использовать уравнение мощности постоянного тока для переменного тока, если вы используете среднее напряжение и средний ток. Среднее значение составляет 70,7% от пикового значения синусоидального напряжения и тока. Чтобы рассчитать мощность, потребляемую устройством, работающим от переменного тока, вам нужно возвести среднее напряжение в квадрат и разделить на сопротивление, которое измеряется в омах.
Электроэнергия в США — Управление энергетической информации США (EIA)
Электроэнергия в США производится (генерируется) с использованием различных источников энергии и технологий
Соединенные Штаты используют множество различных источников энергии и технологий для производства электроэнергии. Источники и технологии менялись с течением времени, и некоторые из них используются чаще, чем другие.
Тремя основными категориями энергии для производства электроэнергии являются ископаемое топливо (уголь, природный газ и нефть), ядерная энергия и возобновляемые источники энергии.Большая часть электроэнергии вырабатывается паровыми турбинами с использованием ископаемого топлива, ядерной энергии, биомассы, геотермальной и солнечной тепловой энергии. Другие основные технологии производства электроэнергии включают газовые турбины, гидротурбины, ветряные турбины и солнечные фотоэлектрические установки.
Нажмите для увеличения
Ископаемое топливо — крупнейший источник энергии для производства электроэнергии
Природный газ был крупнейшим источником U — около 40%.S. Производство электроэнергии в 2020 году. Природный газ используется в паровых турбинах и газовых турбинах для выработки электроэнергии.
Уголь
был третьим по величине источником энергии для производства электроэнергии в США в 2020 году — около 19%. Почти все угольные электростанции используют паровые турбины. Несколько угольных электростанций преобразуют уголь в газ для использования в газовой турбине для выработки электроэнергии.
Нефть была источником менее 1% выработки электроэнергии в США в 2020 году. Остаточное жидкое топливо и нефтяной кокс используются в паровых турбинах.Дистиллятное или дизельное топливо используется в дизельных генераторах. Остаточное жидкое топливо и дистилляты также можно сжигать в газовых турбинах.
Ядерная энергия обеспечивает одну пятую электроэнергии США
Ядерная энергия была источником около 20% выработки электроэнергии в США в 2020 году. Атомные электростанции используют паровые турбины для производства электроэнергии за счет ядерного деления.
Возобновляемые источники энергии обеспечивают растущую долю электроэнергии в США
Многие возобновляемые источники энергии используются для выработки электроэнергии и являются источником около 20% всего U.С. Производство электроэнергии в 2020 году.
Гидроэлектростанции произвели около 7,3% от общего объема производства электроэнергии в США и около 37% электроэнергии из возобновляемых источников энергии в 2020 году. ¹ Гидроэлектростанции используют проточную воду для вращения турбины, подключенной к генератору.
Энергия ветра была источником около 8,4% от общего объема производства электроэнергии в США и около 43% электроэнергии из возобновляемых источников энергии в 2020 году. Ветровые турбины преобразуют энергию ветра в электричество.
Биомасса была источником около 1,4% от общего объема производства электроэнергии в США в 2020 году. Биомасса сжигается непосредственно на пароэлектрических электростанциях или может быть преобразована в газ, который можно сжигать в парогенераторах, газовых турбинах или внутреннем сгорании. двигатели-генераторы.
Солнечная энергия обеспечила около 2,3% всей электроэнергии США в 2020 году. Фотоэлектрическая (PV) и солнечно-тепловая энергия — два основных типа технологий производства солнечной электроэнергии. Преобразование PV производит электричество непосредственно из солнечного света в фотоэлектрических элементах.В большинстве гелиотермических систем для выработки электроэнергии используются паровые турбины.
Геотермальные электростанции произвели около 0,5% от общего объема производства электроэнергии в США в 2020 году. Геотермальные электростанции используют паровые турбины для выработки электроэнергии.
¹ Включает обычные гидроэлектростанции.
Последнее обновление: 18 марта 2021 г.
Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.
Настройка вашего браузера для приема файлов cookie
Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:
В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.
Почему этому сайту требуются файлы cookie?
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.
Что сохраняется в файле cookie?
Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.
Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.
No related posts.

Разное