Мощность электрического тока

Мощность электрического тока

Мощность электрического тока

Содержание:

Прежде чем рассматривать электрическую мощность, следует определиться, что же представляет собой мощность вообще, как физическое понятие. Обычно, говоря об этой величине, подразумевается определенная внутренняя энергия или сила, которой обладает какой-либо объект. Это может быть мощность устройства, например, двигателя или действия (взрыв).

Ее не следует путать с силой, поскольку это различные понятия, хотя и находящиеся в определенной зависимости между собой. Любые физические действия совершаются под влиянием силы. С ее помощью проделывается определенный путь, то есть выполняется работа.

Обратите внимание

В свою очередь, работа А, проделанная в течение определенного времени t, составит значение мощности, выраженное формулой: N = A/t (Вт = Дж/с).

Другое понятие мощности связано со скоростью преобразования энергии той или иной системы. Одним из таких преобразований является мощность электрического тока, с помощью которой также выполняется множество различных работ. В первую очередь она связана с электродвигателями и другими устройствами, выполняющими полезные действия.

Что такое мощность электрического тока

Мощность тока связана сразу с несколькими физическими величинами. Напряжение (U) представляет собой работу, затрачиваемую на перемещение 1 кулона. Сила тока (I) соответствует количеству кулонов, проходящих за 1 секунду. Таким образом, ток, умноженный на напряжение (I x U), соответствует полной работе, выполненной за 1 секунду. Полученное значение и будет мощностью электрического тока.

Приведенная формула мощности тока показывает, что мощность находится в одинаковой зависимости от силы тока и напряжения.

Отсюда следует, что одно и то же значение этого параметра можно получить за счет большого тока и малого напряжения и, наоборот, при высоком напряжении и малом токе.

Это свойство позволяет передавать электроэнергию на дальние расстояния от источника к потребителям. В процессе передачи ток преобразуется с помощью трансформаторов, установленных на повышающих и понижающих подстанциях.

Существует два основных вида электрической мощности – активная и реактивная. В первом случае происходит безвозвратное превращение мощности электрического тока в механическую, световую, тепловую и другие виды энергии. Для нее применяется единица измерения – ватт. 1Вт = 1В х 1А. На производстве и в быту используются более крупные значения – киловатты и мегаватты.

К реактивной мощности относится такая электрическая нагрузка, которая создается в устройствах за счет индуктивных и емкостных колебаний энергии электромагнитного поля. В переменном токе эта величина представляет собой произведение, выраженное следующей формулой: Q = U х I х sin(угла).

Синус угла означает сдвиг фаз между рабочим током и падением напряжения. Q является реактивной мощностью, измеряемой в Вар – вольт-ампер реактивный.

Данные расчеты помогают эффективно решить вопрос, как найти мощность электрического тока, а формула, существующая для этого, позволяет быстро выполнить вычисления.

Важно

Обе мощности можно наглядно рассмотреть на простом примере. Какое-либо электротехническое устройство оборудовано нагревательными элементами – ТЭНами и электродвигателем.

Для изготовления ТЭНов используется материал, обладающий высоким сопротивлением, поэтому при прохождении по нему тока, вся электрическая энергия преобразуется в тепловую.

Данный пример очень точно характеризует активную электрическую мощность.

Что касается электродвигателя, то внутри него расположена медная обмотка, обладающая индуктивностью, которая, в свою очередь, обладает эффектом самоиндукции.

Благодаря этому эффекту, происходит частичный возврат электричества обратно в сеть.

Возвращаемая энергия характеризуется небольшим смещением в параметрах напряжения и тока, оказывая негативное влияние на электрическую сеть в виде дополнительных перегрузок.

Такие же свойства имеют и конденсаторы из-за своей электрической емкости, когда накопленный заряд отдается обратно. Здесь также смещаются значения тока и напряжения, только в противоположном направлении.

Данная энергия индуктивности и емкости, со смещением по фазе относительно значений действующей электросети, как раз и есть реактивная электрическая мощность.

Благодаря противоположному эффекту индуктивности и емкости в отношении сдвига фазы, становится возможным выполнить компенсацию реактивной мощности, повышая, тем самым, эффективность и качество электроснабжения.

По какой формуле вычисляется мощность электрического тока

Правильное и точное решение вопроса чему равна мощность электрического тока, играет решающую роль в деле обеспечения безопасной эксплуатации электропроводки, предупреждения возгораний из-за неправильно выбранного сечения проводов и кабелей. Мощность тока в активной цепи зависит от силы тока и напряжения.

Для измерения силы тока существует прибор – амперметр. Однако не всегда возможно воспользоваться этим прибором, особенно когда проект здания еще только составляется, а электрической цепи просто не существует. Для таких случаев предусмотрена специальная методика проведения расчетов.

Силу тока можно определить по формуле при наличии значений мощности, напряжения сети и характера нагрузки.

Совет

Существует формула мощности тока, применительно к постоянным значениям силы тока и напряжения: P = U x I. При наличии сдвига фаз между силой тока и напряжением, для расчетов используется уже другая формула: P = U x I х cos φ.

Кроме того, мощность можно определить заранее путем суммирования мощности всех приборов, которые запланированы к вводу в эксплуатацию и подключению к сети.

Эти данные имеются в технических паспортах и руководствах по эксплуатации устройств и оборудования.

Таким образом, формула определения мощности электрического тока позволяет вычислить силу тока для однофазной сети: I = P/(U x cos φ), где cos φ представляет собой коэффициент мощности.

При наличии трехфазной электрической сети сила тока вычисляется по такой же формуле, только к ней добавляется фазный коэффициент 1,73: I = P/(1,73 х U x cos φ). Коэффициент мощности полностью зависит от характера планируемой нагрузки.

Если предполагается использовать лишь лампы освещения или нагревательные приборы, то он будет составлять единицу.

При наличии реактивных составляющих в активных нагрузках, коэффициент мощности уже считается как 0,95. Данный фактор обязательно учитывается в зависимости от того, какой тип электропроводки используется. Если приборы и оборудование обладают достаточно высокой мощностью, то коэффициент составит 0,8. Это касается сварочных аппаратов, электродвигателей и других аналогичных устройств.

Для расчетов при наличии однофазного тока значение напряжения принимается 220 вольт. Если присутствует трехфазный ток, расчетное напряжение составит 380 вольт. Однако с целью получения максимально точных результатов, необходимо использовать в расчетах фактическое значение напряжения, измеренное специальными приборами.

От чего зависит мощность тока

Мощность тока, различных приборов и оборудования зависит сразу от двух основных величин – силы тока и напряжения. Чем выше ток, тем больше значение мощности, соответственно, при повышении напряжения, мощность также возрастает. Если напряжение и сила тока увеличиваются одновременно, то мощность электрического тока будет возрастать как произведение той и другой величины: N = I x U.

Очень часто возникает вопрос, в чем измеряется мощность тока? Основной единицей измерения этой величины является 1 ватт (Вт). Таким образом, 1 ватт является мощностью устройства, потребляющего ток силой в 1 ампер, при напряжении 1 вольт. Подобной мощностью обладает, например, лампочка от обычного карманного фонарика.

Расчетное значение мощности позволяет точно определить расход электрической энергии. Для этого необходимо взять произведение мощности и времени.

Обратите внимание

Сама формула выглядит так: W = IUt где W является расходом электроэнергии, произведение IU – мощностью, а t – количеством отработанного времени.

Например, чем больше продолжается работа электрического двигателя, тем большая работа им совершается. Соответственно возрастает и потребление электроэнергии.

Мощность электрического тока

Мощность электрического тока

Главная > Теория > Мощность электрического тока

Мощность электрического тока – один из основных параметров, определяющих работу электроцепи, наряду с напряжением и силой тока. Этот показатель всегда присутствует в технических характеристиках двигателей, трансформаторов, генераторов.

Генератор на электростанции

Определение

Чтобы понять, что такое мощность тока, надо определить его работу, так как они неразрывно связаны. Работа электротока заключается в энергопреобразовании из электрического вида в тепловой, кинетический и т. д. Мерилом этой энергии является работа. А мощность электрического тока – это скорость, с которой происходят преобразования. Формулой можно выразить:

P = A/t.

В чем измеряется мощность тока, проистекает из формулы, – Дж/с. Получилась единица измерения, называемая ватт (Вт). Другая единица измерения мощности, часто применяемая в энергетике, – следствие из другой формулы:

P = U*I.

Это вольтампер (ВА) и производные от нее кВА, мВА.

Важно! Благодаря последней формуле, можно заметить, что идентичную мощность электрического тока возможно получить при повышенном напряжении и маленьком токе либо при перемене местами количественного значения этих показателей. Так как при большом токе потери выше, эту зависимость используют, передавая электроэнергию по высоковольтным ЛЭП на значительные дистанции.

В электроцепях на постоянном токе существует один вид мощности, измеряемый в ваттах. Электрическая мощность, используемая при расчетах электросетей переменного тока, может быть:

  • активная;
  • реактивная;
  • полная;
  • комплексная.

Активная

Действие электрического тока на человека

Этот вид мощности электрического тока определяет работу, целиком затраченную на энергопреобразования. Пример – энергия, выделившаяся на нагрев сопротивления.

Формула расчета:

P = U*I cos φ,

где «φ» – это угол, на который сдвинуты фазы между векторами тока и напряжения.

Показатели U и I при подстановке в формулическое выражение берутся среднеквадратичные.

Формулы для расчета мощности

Реактивная

Реактивная мощность электрического тока применяется для оценки количественного показателя емкостной и индуктивной нагрузки на сеть.

Формула расчета:

Q = U*I sin φ.

Для реактивной мощности электрического тока применяют единицу измерения вольтампер реактивный (ВАр, кВАр, мВАр).

Реактивная часть появляется при расчете мощности в электрической цепи, к которой подключена индуктивность или емкость:

  • Индуктивность – это любая катушка: трансформаторная, реакторная, обмотки электродвигателя и т. д. Из-за происходящих процессов самоиндукции электрическая энергия не вся преобразовывается в другой вид, а определенное количество возвращается в сеть. Так как вектор ее смещен по фазе, сеть работает с перегрузкой;
  • Конденсатор, представляющий собой емкость, работает аналогичным образом, но смещение вектора возвращаемой энергии находится в противофазе по сравнению с индуктивным.
  • Важно! Для повышения качества электроэнергии и более эффективной работы электросетей свойство индуктивности и емкости работать в противофазе используется для компенсации реактивной энергии (применение конденсаторных батарей).

    Полная

    В чем измеряется мощность

    Зная активную и реактивную составляющую, можно определить, чему равна полная мощность электрического тока. Хотя она не характеризует потребление энергии по факту, расчеты необходимы для определения нагрузки на компоненты электросетей: воздушные и кабельные линии, коммутационные аппараты, трансформаторы.

    Формула расчета:

    S = U*I, результат измеряется в вольтамперах.

    Если использовать для расчета активную и реактивную составляющую, то полное мощностное значение определяется извлечением квадратного корня из суммы их квадратов.

    Как измеряется

    Количественный мощностной показатель измеряется несколькими способами с помощью разных приборов:

    • ваттметры, варметры для прямых замеров;
    • амперметры и вольтметры для косвенных замеров;
    • фазометр, позволяющий оценить влияние реактивной составляющей.

    Прямые замеры

    Служат для прямого измерения активного и реактивного мощностного показателя. Все ваттметры и варметры делятся на:

  • Аналоговые. Существуют стрелочные приборы и с самопишущими устройствами. На них отображается активная мощностная величина. Состоят из неподвижной катушки, включенной в цепь последовательно, и подвижной с параллельным подключением. Стрелка отклоняется от взаимного влияния создаваемых магнитных полей;
  • Цифровые. Содержат микропроцессоры, вычисляющие значения активной и реактивной составляющих на основе измерений тока и напряжения.
  • Существуют трехфазные и однофазные приборы, многофункциональные ваттметры для замеров других параметров: частоты, силы тока, напряжения.

    Косвенные замеры

    При косвенных замерах в цепь подключается амперметр и вольтметр, снимаются их показания, затем, подставляя их в формулическое выражение, вычисляется количественный мощностной показатель.

    Фазометры

    Замерить коэффициент, на который умножается активная мощность, cos φ, можно с помощью фазометра, что позволяет оценить влияние реактивного компонента.

    Аналоговое устройство работает по тому же принципу, что и идентичный ваттметр. Только шкала проградуирована в значениях cos φ. Подключение прибора производится к одним клеммам последовательно, к другим –параллельно, чтобы измерять напряжение и электроток. В трехфазных устройствах надо подсоединить все фазы.

    Высокоточные цифровые приборы содержат детекторы, непосредственно сравнивающие фазы, и микропроцессоры, обрабатывающие информацию.

    Фазометры нашли широкое применение при регулировании работы генераторов и синхронных электродвигателей:

  • У синхронного электродвигателя cos φ зависит от возбуждающего тока. При регулировании его функционирования в режиме отдачи реактивной составляющей, чтобы уменьшить ее негативное влияние, используют фазометр;
  • В генераторах применяется ручное регулирование cos φ с целью поддержания стабильности его параметров в пусковых режимах. Если нагрузка индуктивная, и cos φ в индуктивной зоне шкалы снижается, возможен опасный нагрев статорной обмотки. При нахождении cos φ в емкостной зоне генератор работает на потребление тока, что недопустимо.
  • Регулирование cos φ

    Если cos φ понижается, то в сети увеличиваются потери, а полезная часть работы по преобразованию электроэнергии уменьшается. Соответственно, растет потребление из сети. При этом напряжение падает.

    Важно! Для обеспечения наилучшего соотношения параметров электросети необходимо поддерживать cos φ на уровне 0,95 в индуктивной части шкалы фазометра.

    Для компенсации индуктивной нагрузки, уменьшающей cos φ, на электрических подстанциях устанавливают конденсаторные батареи. Когда индуктивная составляющая падает значительно, батареи отключаются. Иногда это реализуется в автоматическом режиме. Отслеживание cos φ производится по фазометру.

    Расчеты разных видов мощности показывают, насколько работа сети надежна и эффективна, позволяют оценить потери в количественном выражении.

    Видео

    Мощность электрического тока – Основы электроники

    Мощность электрического тока

    Обычно электрический ток сравнивают с течением жид­кости по трубке, а напряжение или разность потенциалов — с разностью уровней жидкости.

    В этом случае поток воды, падающий сверху вниз, несет с собой определенное количество энергии. В усло­виях свободного падения эта энергия растрачивается беспо­лезно для человека. Если же направить падающий поток во­ды на лопасти турбины, то последняя начнет вращаться и сможет производить полезную работу.

    Работа, производимая потоком воды в течение определен­ного промежутка времени, например, в течение одной секун­ды, будет тем больше, чем с большей высоты падает поток и чем больше масса падающей воды.

    Точно так же и электрический ток, протекая по цепи от высшего потенциала к низшему, совершает работу. В каждую данную секунду времени будет совершаться тем больше рабо­ты, чем больше разность потенциалов и чем большее количе­ство электричества ежесекундно проходит через поперечное сечение цепи.

    Мощность электрического тока это количество работы, совершаемой за одну секунду времени, или скорость совершения работы.

    Количество электричества, проходящего через поперечное сечение цепи в течение одной секунды, есть не что иное, как сила тока в цепи. Следовательно, мощность электрического тока будет прямо пропорциональна разности потенциалов (на­пряжению) и силе тока в цепи.

    Для измерения мощности электрического тока принята еди­ница, называемая ватт (Вт).

    Мощностью в 1 Вт обладает ток силой в 1 А при разности потенциалов, равной 1 В.

    Для вычисления мощности постоянного тока в ваттах нуж­но силу тока в амперах умножить на напряжение в вольтах.

    Важно

    Если обозначить мощность электрического тока буквой P, то приведенное выше правило можно записать в виде формулы

    P = I*U. (1)

    Воспользуемся этой формулой для решения числового при­мера. Требуется определить, какая мощность электрического тока необходима для накала нити радиолампы, если напряжение накала равно 4 в, а ток накала 75 мА

    Определим мощность электрического тока, поглощаемую нитью лампы:

    Р= 0,075 А*4 В = 0,3 Вт.

    Мощность электрического тока можно вычислить и другим путем. Предположим, что нам известны сила тока в цепи и сопротивление цепи, а напряжение неизвестно.

    В этом случае мы воспользуемся знакомым нам соотноше­нием из закона Ома:

    U=IR

    и подставим правую часть этого равенства (IR) в формулу (1) вместо напряжения U.

    Тогда формула (1) примет вид:

    P = I*U =I*IR

    или

    Р = I2*R. (2)

    Например, требуется узнать, какая мощность теряется в реостате сопротивлением в 5 Ом, если через него проходит ток, силой 0,5 А. Пользуясь формулой (2), найдем:

    P= I2*R = (0,5)2*5 =0,25*5 = 1,25 Вт.

    Наконец, мощность электрического тока может быть вычислена и в том слу­чае, когда известны напряжение и сопротивление, а сила тока неизвестна. Для этого вместо силы тока I в формулу (1) подставляется известное из закона Ома отношение U/R и тогда формула (1) приобретает следующий вид:

    Р = I*U=U2/R (3)

    Например, при 2,5 В падения напряжения на реостате сопро­тивлением в 5 Ом поглощаемая реостатом мощность будет равна:

    Р = U2/R=(2,5)2/5=1,25 Вт

    Таким образом, для вычисления мощности требуется знать любые две из величин, входящих в формулу закона Ома.

    Мощность электрического тока равна работе электрического тока, производимой в течение одной секунды.

    P = A/t

    ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

    Как посчитать силу тока через мощность электроприборов: нагрузка в однофазных и трехфазных сетях

    Мощность электрического тока

    Правильно рассчитать силу тока необходимо для многих работ, связанных с электропроводкой и проектированием схемотехнических и бытовых приборов. Ошибки или пренебрежение такими расчётами могут иметь серьезные последствия, так как от силы и мощности тока зависит тип прокладываемого кабеля, правильный выбор которого определяет пожарную безопасность и экономическую целесообразность.

    Принципы расчета тока

    Знать в амперах силу тока, протекающего в цепи, важно для расчета сечения провода, которым прокладывается проводка, и выбора автомата, предохраняющего сеть от перегрузок. Большее, чем нужно, значение сечения вызывает дополнительные затраты, меньшее — вызовет перегрев электропроводки, что чревато расплавлением изоляции кабеля и пожаром.

    Правильный выбор автомата также важен, так как большой запас по току окажется бесполезен, если выключатель сработает поздно, и оборудование успеет выйти из строя, а слишком маленький запас вызовет очень частое срабатывание аварийного отключения при повышении потребляемой мощности в допустимых пределах.

    По закону Ома можно рассчитать ток как отношение напряжения между двумя точками к сопротивлению этого участка цепи (сопротивление самого провода).

    Этот параметр у провода зависит от его материала, длины и сечения.

    Совет

    При использовании стандартных материалов (алюминий или медь) единственным параметром, на который можно влиять остается сечение проводника. А он зависит от предполагаемого протекающего тока.

    Сила тока в розетке на 220 В обычно не превышает 6 ампер. Это значит, что суммарная мощность подключенных к розетке электроприборов не должна превышать 1300 Вт. В противном случае требуется укладка особых проводов с увеличенным сечением.

    Вычисление мощности

    Формула мощности электрического тока и принцип расчета будут отличаться при рассмотрении цепей постоянного и переменного токов. Постоянный ток используется в бортовой сети автомобилей, портативных устройствах, питающем напряжении троллейбусов. Переменный — применяется в электрической проводке зданий, мощных электродвигателях и генераторах.

    При постоянном напряжении

    Чтобы предположить значение тока, нужно знать мощность используемых потребителей электроэнергии. Расчет тока по мощности производится из этой величины по формуле:

    I = P / U,

    где I — сила тока, U — напряжение в сети, P — суммарная мощность, которую будут потреблять подключенные устройства.

    Для примера можно посчитать ток питания электродвигателя троллейбуса 150 кВт. В троллейбусной сети используется постоянное напряжение 600 В. Соответственно, при вычислении тока через указанную формулу, получается значение, равное 250 ампер. Для таких больших значений в троллейбусной сети используются специальные провода.

    Существует специальные таблицы, позволяющие по известному току сразу найти сечение медного или алюминиевого проводника. Это же значение можно вычислить в калькуляторе онлайн.

    Необходимо ввести используемый материал, ток или мощность потребителя — и сервис рассчитает оптимальное сечение.

    В стандартных проводках зданий используются сечения 1,5 квадратных миллиметра для сетей освещения и 2,5 кв. мм. для розеток.

    При переменном напряжении

    Для питания электрических сетей домашних и офисных зданий используется переменное напряжение. Его применение обосновано несколькими причинами:

  • Меньшие затраты при передаче по ЛЭП;
  • Простое создание повышающих и понижающих напряжение устройств;
  • Отсутствие полярности.
  • А для питания устройств постоянного тока применяются разного рода выпрямители.

    Мощность переменного тока сильно зависит от параметров питаемой нагрузки. Поэтому формула электрической мощности в переменных сетях приобретает вид:

    P = U ⋅ I ⋅ cosφ,

    где cosφ определяет характер нагрузки.

    В таких цепях это активная мощность, то есть превращающаяся при работе в другие виды энергии: электромагнитную и тепловую.

    Для активного сопротивления, то есть обычных резисторов, cosφ = 1. Чем больше реактивная составляющая в цепи, то есть больше элементов имеют емкостное или индуктивное сопротивление, тем меньше будет cosφ. Коэффициент cosφ для большинства электроприборов имеет значение 0,95, исключение составляют только сварочные аппараты и электродвигатели, имеющие высокую индуктивную нагрузку.

    Существует и реактивная мощность. Она определяет энергию, подаваемую с источника питания в реактивные элементы, а затем возвращаемая этими элементами обратно. Формула мощности тока для реактивных цепей имеет вид:

    P = U ⋅ I ⋅ sinφ.

    Обратите внимание

    Здесь sinφ характеризует вклад в полную мощность индуктивных и конденсаторных элементов. Измеряется реактивная мощность в таких единицах, как вар (вольт-ампер реактивный).

    В промышленных электросетях распространены трехфазные системы. Их преимущества важны для индустрии:

    • Более экономная передача электричества на дальние расстояния;
    • Уменьшение затрат при создании электродвигателей 3-х фазной системы;
    • Равномерность механической нагрузки на электрогенератор.

    Особенностью трехфазных систем электрического тока является то, что напряжение в этих системах используется повышенное, равное 380 В. При распределенной по трем ветвям нагрузке это приводит к уменьшению рабочего тока по отношению к однофазной системе, в которой рабочим напряжением принято 220 В. Формула для расчета мощности в трехфазной цепи будет иметь следующий вид:

    P = 1,73 ⋅ I ⋅ U ⋅ cosφ.

    Повышающий коэффициент 1,73 здесь связан с распределённой нагрузкой и меньшим влиянием реактивной составляющей в таких системах.

    Рассчитать значение переменного тока, зная потребляемую мощность, легко по указанным формулам. Например, для однофазной сети:

    I = P /(U ⋅ cosφ).

    Выбор электроприборов

    Чтобы узнать, какой бытовой прибор подойдет для электропроводки дома, а для какого лучше использовать промышленную, нужно обратить внимание на его мощность. Этот параметр всегда написан в руководстве по эксплуатации или технических характеристиках устройства.

    Стоит насторожиться, если мощность указана больше 1,5 кВт, так как для таких приборов нужно использовать увеличенное сечение проводов питающей сети. Обычно домашние электроприборы имеют меньшую мощность.

    Исключение могут составить стиральные машины, электроплиты, некоторые виды пылесосов. Дома с электроплитами всегда имеют для них отдельную проводку, а для питания стиральной машины лучше протянуть отдельный провод увеличенного сечения.

    Далее следует определиться с выбором автоматического выключателя для групп потребителей электротока. Его следует выбирать именно на группу, с целью экономии места в распределительном щитке, и чтобы быть более свободным в подключении приборов к разным розеткам. Какие группы лучше выбрать:

    • Электроплита;
    • Стиральная машина и водонагреватель;
    • Остальные розетки и освещение.

    В домах с электроплитами наиболее высоким потреблением будет обладать именно плита. Ее мощность оценивается в 10 кВт, что при стандартном напряжении 220 В означает ток потребления 45 А, cosφ здесь равен 1. На электроплиту нужен отдельный автомат, поэтому здесь он выбирается его на 50 ампер.

    Большим токопотреблением отличается также и стиральная машина. Стандартная стиралка потребляет 2,5 кВт, что соответствует 12,5 А. Несмотря на cosφ = 0,8 у электродвигателя стиральной машины, в ней большое количество электроники, поэтому для расчета берем cosφ = 1.

    Еще большая мощность у водонагревателя — до 8 кВт. Если предполагается использовать их одновременно со стиралкой — стоит брать автомат повышенного ампеража, так как суммарная мощность двух этих приборов составит 10,5 кВт, то есть нужен еще один автомат на 50 А.

    А лучше сделать два отдельных автомата: 40 А — на водонагреватель, и 15 А — на стиральную машину.

    Остальные розетки и освещение можно определить в отдельную группу. Их общее энергопотребление оценивается в 1,5 кВт, то есть автомата на 10 А будет достаточно для третьей группы.

    Приборы для измерения величин

    Измерения электротехнических величин производятся специальными устройствами. Ток измеряется амперметром, напряжение — вольтметром, а мощность можно померить ваттметром, либо вычислить ее по формуле из значений первых двух значений.

    С помощью онлайн-калькулятора можно вычислить не только ток при известной мощности потребителей, но и сечение нужных для электропроводки проводов.

    Вычисление силы тока и параметров проводки по мощности потребителей электроэнергии — очень важная часть проектирования здания или квартиры, поэтому нужно подойти к этому взвешенно и ответственно.

    Мощность электрического тока

    Мощность электрического тока

    Электрическая энергия обладает рядом параметров, которые нельзя увидеть и почувствовать, но возможно измерить, вычислить и оценить. Одним из важнейших параметров является мощность электрического тока, обозначаемая латинской буквой P. Единица измерения мощности – Ватт (W, Вт). Для переменного тока используют несистемные единицы — вольт-амперы ВАР, ВА.

    Общая теория

    Электрическая мощность — это величина, отображающая скорость генерации, передачи или преобразования электрической энергии в другие виды энергии за единицу времени.

    Эта величина не существует сама по себе, а является характеристикой работы, производимой электрическими устройствами и машинами, такими как генераторы, нагреватели, электродвигатели, осветительные, электронные приборы.

    Например, чем мощнее электронагреватель, тем быстрее он преобразует 1 киловатт электроэнергии в 3600 килоджоулей тепла.

    Важно

    Основными характеристиками электрической цепи являются сила тока и напряжение, обозначаемые латинскими буквами I и U соответственно. Из этих двух величин вычисляются все остальные.

    Напряжение – это работа по перемещению заряда величиной 1 кулон, ток – количество кулонов, проходящих через сечение проводника за 1 секунду.

    Соответственно мощность – это отношение работы ко времени, в течение которого производилась работа или произведение напряжения на ток , где

    • P – мощность, Вт (ватт);
    • А – работа эл. тока, Дж (джоулей);
    • t – время работы, секунд;
    • U – напряжение, В (вольт)
    • I — ток, А (ампер).

    Как видно из формулы, мощность прямо пропорциональна току и напряжению, она напрямую зависит от их величины. Увеличение мощность произойдёт при повышении U или увеличения I.

    С величиной тока напрямую связана ещё одна характеристика электрической цепи – сопротивление ®. И тут действует один из важнейших законов – закон Ома, выражающийся соотношением .

    Таким образом, ток в цепи прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению. С увеличением сопротивления, при неизменном напряжении, ток уменьшается и наоборот.

    В цепях постоянного тока

    Постоянный ток характеризуется неизменной полярностью напряжения, не изменяет направление движения зарядов и имеет положительный и отрицательный полюса. Мощность в цепях постоянного тока вычисляется простой формулой , единицы измерения — ватты (Вт).

    Характеристики электрической цепи постоянного тока легко представить в виде аналогии с садовым шлангом, с помощью которого нужно наполнить ведро водой:

    • U – давление воды.
    • I – количество литров воды, выливающиеся через шланг за секунду.
    • R –  длинна шланга.
    • P – скорость наполнения ведра с помощью шланга.

    Скорость наполнения ведра:

    • увеличится при увеличении U или I. В свою очередь I увеличится при уменьшении R;
    • уменьшится при уменьшении U или I. При этом I уменьшится при увеличении R.

    В цепях переменного тока

    Здесь полярность напряжения, полюса , направление движения зарядов изменяются с частотой, выражаемой в Герцах (Гц). Российские электрические сети работают на частоте 50 Гц. Это значит, что полярность напряжения и направление движения зарядов изменяется 50 раз в секунду, график изменения величин имеет форму синусоиды.

    Этот факт оказывает влияние на потребляемую мощность, она так же изменяется по синусоиде. Соответственно, уже знакомая формула принимает вид .

    Косинус Фи

    На рисунке синий график U смещён относительно красного графика I на некоторый угол. Косинус этого угла и называют коэффициентом мощности или косинусом фи.

    В идеальном случае, когда, графики накладываются друг на друга, угол сдвига равен 0, cos j = 1.

    Cos j имеет огромное значение. Уменьшение коэффициента означает снижение эффективности, а для предприятий может даже обернуться штрафами. Значение косинуса j менее 0,5 считается недопустимым. Для улучшения качества сети, повышения cos j применяют устройства компенсации.

    Активная, реактивная и полная мощность

    Явление свойственное только цепям переменного тока.

    • Активная, P. Потребляется в цепях, содержащих активную нагрузку. Примером таких нагрузок могут быть электронагреватели, лампы накаливания и другие электроприборы, обладающие низкими значениями собственной ёмкости © и индуктивности (L). В этом случае большая часть энергии передаётся в нагрузку с максимальной эффективностью, как показано на рис.3. Вычисляется по формуле .
    • Реактивная, Q. Возникает в цепях со значительными величинами индуктивности и ёмкости. Это могут быть трансформаторы, электродвигатели, дроссели, конденсаторы. Её образование связано с тем, что индуктивная и емкостная нагрузки способны запасать, затем отдавать обратно накопленную энергию. Возврат энергии происходит в противофазе источника питания, в результате коэффициент активной мощности снижается (рис.2). Реактивная составляющая не потребляется нагрузкой, расходуется на нагрев проводников, вызывает другие негативные явления. Обозначается латинской буквой Q, единицей измерения является вольт-ампер реактивный (ВАР). Вычисляется по формуле .
    • Полная, S. Это произведение значений действующих величин напряжения и тока. Обозначается латинской буквой S, единицей измерения является вольт-ампер (ВА) и связана соотношениями: .

    Компенсация реактивной составляющей

    Для борьбы с реактивной составляющей, увеличения косинуса фи сетей на промышленных предприятиях используют конденсаторные установки.

    Дело в том, что основное электрооборудование цехов фабрик и заводов – трансформаторы , электродвигатели имеют обмотки с высокими значениями индуктивности.

    Индуктивная и емкостная нагрузки имеют противоположные направления сдвига фаз тока относительно напряжения, потому компенсацию влияния индуктивностей производят с помощью введения емкостей.

    На рисунке синяя пунктирная линия показывает сдвиг фазы тока при индуктивной нагрузке, зелёная – при емкостной. При правильном соотношении обоих типов нагрузки, происходит взаимная компенсация сдвига фаз, а результирующая красная линия совпадает по фазе с напряжением. В итоге, характер потребления энергии становится близок к активному, снижаются потери, повышается эффективность работы.

    Задача компенсации реактивной составляющей осложняется непостоянством величины нагрузки. Так, на заводе в утреннюю смену может работать 3 производственных линии, а в вечернюю смену только одна. Изменение уровня потребления энергии приводит к недостатку или избытку компенсирующего воздействия. В таких случаях используют автоматически регулируемые устройства.

    Применение средств компенсации реактивной мощности позволяет сократить расход электроэнергии в среднем на 10%, уменьшить сечение питающих кабелей при общем снижении нагрузок.

    Измерение электрической мощности

    Измерение электрической мощности можно производить:

    • методом прямого измерения с помощью ваттметра
    • методом измерения тока, напряжения и вычислений по формулам, приведенным выше.

    Понимание процессов, происходящих в электрических цепях важно не только на производстве, но и в быту. Например, выбирая сварочный аппарат для мелких работ на даче, следует иметь в виду, что выбирая устройство избыточной мощности, мы изначально переплачиваем за ненужный запас. Кроме того, слабая электросеть не позволит в полной мере реализовать потенциал слишком мощного аппарата.

    В любом случае, знание теории делает осознанным выбор оборудования, инструментов, что поможет избежать лишних затрат при покупке и эксплуатации, на работе и дома.

    Как определить мощность электрического тока: видео

    Понятие мощности электрического тока

    Мощность электрического тока

    Прежде чем говорить об электрической мощности, 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).

    Электрическая принципиальная схема регулятора мощности.

    Но, как мы знаем из школьной физики, сила и мощность — это разные понятия, хотя зависимость у них есть.

    Формула мощности.

    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.

    Совет

    Любое физическое действие подразумевает воздействие силы. Сила (F), с помощью которой был пройден определённый путь (S), будет равняться совершенной работе (А).

    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, можно перейти к рассмотрению электрической мощности (мощность электрического тока).

    Как вы должны знать,U — это работа, выполняемая при перемещении 1 Кл, 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 передаче электроэнергии на удалённые расстояния от электростанций к местам потребления путём трансформаторного преобразования на повышающих и понижающих электроподстанциях).

    Формула электрической мощности.

    Активная электрическая мощность (это мощность, которая безвозвратно преобразуется в другие виды энергии — тепловую, световую, механическую и т. д.) имеет свою единицу измерения — Вт (Ватт).

    Обратите внимание

    Она равна произведению 1 В на 1 А. В быту и на производстве мощность удобнее 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, который 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.

    Активную и реактивную электрическую мощность на примере можно выразить так:  дано 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.

    Схема работы электродвигателя.

    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.

    Важно

    Разница ёмкости и 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.

    Энергия и мощность электрического тока

    Мощность электрического тока

    В любой замкнутой электрической цепи
    источник затрачивает электрическую
    энергию Wистна перемещение единицы положительного
    заряда по всей цепи: и на внутреннем и
    на внешнем участках.

    и;

    Энергия источника определяется
    выражением: Wист=Eq=EIt=
    (
    U+U)It;

    Энергия источника (полезная), которая
    расходуется на потребителе: W=UIt;

    Энергия источника (потери), которая
    расходуется на внутреннем сопротивлении
    источника: W=UIt;

    Преобразование электрической энергии
    в другие виды энергий происходит с
    определенной скоростью. Эта скорость
    определяет электрическую мощность
    элементов электрической цепи:

    ;

    Мощность источника определяется
    соотношением:

    Мощность потребителя определяется
    соотношением:

    Коэффициент полезного действияэлектрической цепиηопределяется
    отношением мощности потребителя к
    мощности источника:

    Закон Джоуля – Ленца

    Ток, протекая по проводнику, нагревает
    его (в этом случае электрическая энергия
    преобразуется в тепловую). Количество
    выделенного тепла будет определяться
    количеством электрической энергии,
    затраченной в этом проводнике.

    Дж.

    (кал).

    Коэффициент 0,24 (электротермический
    эквивалент) устанавливает зависимость
    между электрической и тепловой энергией.

    Часть3: Режимы работы электрических цепей

    В электрических цепях все основные
    элементы делятся на активные и пассивные.
    Активными считаются элементы, в которых
    преобразование энергии сопровождается
    возникновением ЭДС (аккумуляторы,
    генераторы). Элементы, в которых ЭДС не
    возникает, называются пассивными.

    Параметры электрических цепей:

    Ток в замкнутой цепи ;

    Напряжение на клеммах источника ;

    Падение напряжения на сопротивлении
    источника ;

    Полезная мощность (мощность потребителя)
    .

    Электрические цепи могут работать в
    трех режимах:

    • режим холостого хода (цепь разомкнута) R=∞:Iхх=0,U=E, U=0, P=0.
    • режим короткого замыкания R=0:
    • режим нагрузки R≠0:;;;.

    Условие максимальной отдачи мощности:
    полезная мощность максимальна, когда
    сопротивление потребителя
    R
    станет равным внутреннему сопротивлению
    источника
    R.

    КПД при максимальной отдаче мощности
    равно 50%, к 100% КПД приближается в режиме,
    близком к холостому ходу.

    Нормальным (рабочим) режимом называют
    такой режим работы цепи, при котором
    ток, напряжение и мощность не превышают
    номинальных значений, заданных
    заводом-изготовителем.

    Источники тока могут работать в режиме
    генератора и в режиме нагрузки. Источники,
    ЭДС которых совпадают с направлением
    тока в цепи, работают в режиме генератора,
    а источники , ЭДС которых не совпадают
    с направлением тока, работают в режиме
    потребителя.

    Напряжение источника, работающего в
    режиме генератора: .

    Напряжение источника, работающего в
    режиме потребителя: .

    Тема 1.3

    Расчет электрических цепей постоянного
    тока

    Основной целью расчета электрической
    цепи является нахождение ее параметров:
    ток, напряжение, сопротивление, мощность,
    КПД. Значения параметров дают возможность
    оценить условия и эффективность работы
    электротехнического оборудования и
    приборов во всех участках электрической
    цепи.

    Для расчета электрических цепей основой
    служат законы Ома и Кирхгофа, Джоуля-Ленца.

    Законы Кирхгофа

    К характерным элементам электрической
    цепи относятся ветвь, узел, контур.

    Ветвью электрической цепи называется
    ее участок, на всем протяжении которого
    величина тока имеет одинаковое значение
    .
    Ветви, которые содержат источники
    питания называются активными, а которые
    не содержат их – пассивными.

    Узлом электрической цепи называется
    точка соединения электрических ветвей.

    Контуром электрической цепи называют
    замкнутое соединение, в которое могут
    входить несколько ветвей.

    Первый закон Кирхгофа

    Сумма токов входящих в узел равна сумме
    токов, выходящих из узла. ИЛИ Сумма
    токов, сходящихся в узле равна нулю.

    ∑I=0; – математическое
    выражение первого закона Кирхгофа.

    Второй закон Кирхгофа

    Алгебраическая сумма ЭДС в замкнутом
    контуре электрической цепи равна алгебраической сумме падений напряжений
    на всех участках этой цепи.

    ; – математическое выражение второго
    закона Кирхгофа.

    Последовательное соединение
    потребителей

    Последовательным соединением участков
    эй цепи называют соединение, при котором
    через все участки цепи проходит один и
    тот же ток.

    Общее напряжение последовательно
    соединенных элементов равно сумме
    напряжений на каждом элементе согласно
    второму закону Кирхгофа: ;

    В соответствии с законом Ома: ;
    Из этого соотношения следует:; Таким образом, общее сопротивление
    цепи с последовательно соединенными
    элементами равно сумме этих сопротивлений.

    Параллельное сопротивление
    потребителей

    Совет

    Параллельным соединением участков
    электрической цепи называется соединение,
    при котором все участки цепи присоединяются
    к одной паре узлов, то есть находятся
    под действием одного и того же напряжения.

    Общий ток такого соединения согласно
    первому закона Кирхгофа будет равен
    сумме токов в отдельных ветвях: ; В соответствии с законом Ома:;
    Если поделить левую и правую части наU, получим:;

    Обратная величина общего эквивалентного
    сопротивления параллельно включенных
    потребителей равна сумме обратных
    величин этих потребителей
    .

    Величина, обратная сопротивлению
    определяет проводимость потребителя
    g. Тогда для параллельно
    соединенных потребителей справедливо:;

    Мощность тока: единица измерения электрической величины, формулы для ее определения

    Мощность электрического тока

    Мощность является физическим показателем. Она определяет работу, производимую во временном отрезке и помогающую измерять энергетическое изменение. Благодаря единице измерения мощности тока легко определяется скоростное энергетическое течение энергии в любом пространственном промежутке.

    Из-за прямой зависимости мощности от напряжения в сети и токовой нагрузки следует, что эта величина может появляться как от взаимодействия большого тока с малым напряжением, так и в результате возникновения значительного напряжения с малым током. Такой принцип применим для превращения в трансформаторах и при передаче электроэнергии на огромные расстояния.

    Существует формула для расчета этого показателя. Она имеет вид P = A / t = I * U, где:

    • Р является показателем токовой мощности, измеряется в ваттах;
    • А — токовая работа на цепном участке, исчисляется джоулями;
    • t выступает временным промежутком, на протяжении которого совершалась токовая работа, определяется в секундах;
    • U является электронапряжением участка цепи, исчисляется Вольтами;
    • I — токовая сила, исчисляется в амперах.

    Электрическая мощность может иметь активные и реактивные показатели. В первом случае происходит преобразование мощностной силы в иную энергию. Ее измеряют в ваттах, так как она способствует преобразованию вольта и ампера.

    Реактивный показатель мощности способствует возникновению самоиндукционного явления. Такое преобразование частично возвращает энергетические потоки обратно в сеть, из-за чего происходит смещение токовых значений и напряжения с отрицательным воздействием на электросеть.

    Определение активного и реактивного показателя

    Активная мощностная сила вычисляется путем определения общего значения однофазной цепи в синусоидальном токе за нужный временной промежуток. Формула расчета представлена в виде выражения Р = U * I * cos φ, где:

    • U и I выступают в качестве среднеквадратичного токового значения и напряжения;
    • cos φ является углом межфазного сдвига между этими двумя величинами.

    Благодаря мощностной активности электроэнергия превращается в другие энергетические виды: тепловую и электромагнитную энергии. Любая электросеть с током синусоидального или несинусоидального направления определяет активность цепного участка суммированием мощностей каждого отдельного цепного промежутка. Электромощность трехфазного цепного участка определяется суммой каждой фазной мощности.

    Аналогичным показателем активной мощностной силы считается величина мощности прохождения, которая рассчитывается путем разницы между ее падением и отражением.

    Реактивный показатель измеряется в вольт-амперах. Он является величиной, применяемой для определения электротехнических нагрузок, создаваемых электромагнитными полями внутри цепи переменного тока.

    Единица измерения мощности электрического тока вычисляется умножением среднеквадратичного значения напряжения в сети U на переменный ток I и угол фазного синуса между этими величинами.

    Формула расчета выглядит следующим образом: Q = U * I * sin.

    Если токовая нагрузка меньше напряжения, тогда фазное смещение носит положительное значение, если наоборот — отрицательное.

    Величина измерения

    Основной электротехнической единицей является мощность. Для того чтобы определить, в чем измеряется мощность электрического тока, нужно изучить основные характеристики этой величины. По законам физики ее измеряют в ваттах.

    В условиях производства и в быту величина переводится в киловатты. Вычисления крупных мощностных масштабов требуют перевода в мегаватты. Такой подход практикуется на электростанциях для получения электрической энергии. Работа исчисляется в джоулях.

    Величина определяется следующими соотношениями:

    • 1 Джоуль равен 1 Ватту, умноженному на 1 секунду;
    • 1 кДж = 1000 Дж;
    • 1Мдж = 1000000 Дж;
    • 1 ватт/час = 1 киловатт/час;
    • 1 кВт * ч = 1000 Вт * 3600 с = 3600000 Дж.

    Потребительская мощностная сила обозначается на самом электроприборе или в паспорте к нему. Определив этот параметр, можно получить значения таких показателей, как напряжение и электрический ток.

    Используемые показатели указывают, в чем измеряется электрическая мощность, они могут выступать в виде ваттметров и варметров. Реактивная сила показателя мощности определяется фазометром, вольтметром и амперметром.

    Государственным эталоном того, в чем измеряется мощность тока, считается частотный диапазон от 40 до 2500 Гц.

    Примеры вычислений

    Для расчета тока чайника при электромощности 2 КВт используется формула I = P / U = (2 * 1000) / 220 = 9 А. Для запитывания прибора в электросеть не используется длина разъема в 6 А. Приведенный пример применим только тогда, когда полностью совпадает фазное и токовое напряжение. По такой формуле рассчитывается показатель всех бытовых приборов.

    Если цепь является индуктивной или имеет большую емкость, то рассчитывать мощностную единицу тока необходимо, используя другие подходы. К примеру, мощность в двигателе с переменным током определяется с помощью формулы Р = I * U * cos.

    При подключении прибора к трехфазной сети, где напряжение будет составлять 380 В, для определения показателя суммируются мощности каждой фазы в отдельности.

    Обратите внимание

    В качестве примера можно рассмотреть котел из трех фаз мощностной вместимостью 3 кВт, каждая из которых потребляет 1 кВт. Ток на фазе рассчитывается по формуле I = P / U * cos φ = (1 * 1000) / 220 = 4,5 А.

    На любом приборе обозначается показатель электромощности. Передача большого мощностного объема, применяемая в производстве, осуществляется по линиям с высоким напряжением. Энергия преобразовывается с помощью подстанций в электроток и подается для использования в электросети.

    Благодаря несложным расчетам определяется мощностная величина. Зная ее значение, можно сделать правильный подбор напряжения для полноценной работы приборов бытового и промышленного предназначения. Такой подход поможет избежать перегорания электроприборов и обезопасить электросети от перепадов напряжения.

    Ссылка на основную публикацию
    Adblock
    detector