Формула расчета электрической мощности: Работа и мощность тока — урок. Физика, 8 класс.

Расчет примерной мощности электроприборов

2 марта 2018

Перед покупкой стабилизатора напряжения или ИБП необходимо правильно рассчитать суммарную мощность бытовых электроприборов и инструментов. При этом важно учитывать как активную, так и реактивную нагрузку, а также пусковые токи.

Разберём в нашей статье, как правильно выполнить расчёт мощности электроприборов, для которых приобретается стабилизатор напряжения или источник бесперебойного питания.

Содержание

Простой способ расчёта мощности электроприборов

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

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

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

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

• P_полная = P_{активная} / cos (ф).

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

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

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

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

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

Пусковые токи электроприборов с реактивной нагрузкой

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

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

Например, если для электродрели с активной мощностью в 700 Вт купить стабилизатор на 1 кВт, то в момент запуска он будет отключаться по причине перегруза.

В данном случае необходимо изделие минимум с трехкратным превышением по мощности:

• 700 Вт × 3 = 2,1 кВт.

Узнать больше про ИБП с двойным преобразованием.

---

Читайте также

Как подобрать стабилизатор напряжения для дачного дома и не ошибиться? Рассказываем об этом подробно в нашей статье.

Расскажем, как правило подобрать однофазный стабилизатор напряжения для защиты ответственной нагрузки частного дома с электросетью 220 В или 380 В.

Чем компьютерный бесперебойник отличается от других типов, какие у него аккумуляторы и можно ли их самостоятельно заменить?

Отвечаем на вопросы о том, как правильно организовать подключение источника бесперебойного питания к циркуляционному насосу.

Что лучше использовать для резервного электроснабжения дома: генератор или ИБП? В какой ситуации можно применить оба устройства?

Поговорим в нашей статье о выборе ИБП переменного тока для организации автономного электроснабжения лифтового оборудования.

Поговорим в нашей статье о том, в каких случаях лучше использовать каждое из этих устройств.

Поговорим в нашей статье об особенностях работы звуковой сигнализации ИБП, а также о том, какую информацию бесперебойник передает звуком.

Эффективным решением качественного и бесперебойного питания насосов является применение онлайн ИБП. Как правильно подобрать подходящее устройство?

В нашей статье мы поговорим о том, в каких случаях телевизору потребуется бесперебойник и какая модель лучше всего для этого подойдет.

Как рассчитать необходимую мощность электрического щита

Зачем это нужно?

Расчёт мощности щитка необходимо выполнить для:

• оптимального распределения нагрузки в существующих однофазных сетях с учётом сечения кабеля;
• равномерного распределения нагрузки по фазам в трехфазной сети;
• обнаружения «узких мест» сети для последующей модернизации;
• подбора кабеля нужного диаметра для прокладки новой проводки; 
• подбора защитного оборудования;
• определения уровня затрат на электроэнергию.

Как видно из перечня, расчёт мощности является основополагающим при построении электросети и сборке электрощита.  

Теоретическая основа расчётов

Номинальная мощность электроприборов обычно указывается на шильдике на приборе или же в паспорте к нему. Если же мощность не указана, но есть показатель тока, то для расчёта применяется следующая формула:

P=I∙U, Вт

где I – сила тока, А 

U – напряжение в сети, В

Для определения суммарной мощности группы потребителей на одной линии применяется следующая формула:

Р_расч=К_с(Р₁+Р₂+Р₃+…+Р_n), Вт

Где с — коэффициент спроса,

Р₁, Р₂, Р₃, Р_n— номинальные мощности отдельных приборов, Вт

Коэффициент спроса указывает на возможность одновременного включения всех приборов линии. При одновременном включении всех устройств К_с=1. На практике это происходит редко, поэтому для жилых помещений коэффициент спроса принят на уровне 0,8 для 2х потребителей, 0,75 для 3х и 0,7 – 5 и более.  

Также при расчётах мощности нужно учитывать соотношение реактивной и активной составляющих сопротивления нагрузки (cos φ, Вт / ВА). 

Поэтому формула полной расчетной мощности будет выглядеть так:

S_p=Р_расч / cos φ , ВА

Где cos φ — коэффициент мощности. 

При расчёте мощности для жилого помещения этот коэффициент принимают равным 0,95 – 0,98. Если же планируется подключение приборов с большим индуктивным сопротивлением (например, компрессор, насос, электродрель, перфоратор), то в расчет нужно закладывать cos φ равный 0,8.

Именно этот показатель нужно использовать при построении сети, распределении нагрузки на фазы. Также на основании полученных данных производится вычисление расчётной величины силы тока:

I_расч=S_Р / U, А

На основании этого показателя происходит подбор сечения кабеля для проводки, а также защитной автоматики для установки в щиток.

Пример расчёта мощности электрощита

Разберём подробнее расчёт на следующем примере.

Допустим, нужно подключить к щиту кухню, на которой предполагается использовать следующие приборы:

• электропечь с духовкой, 8800 Вт;
• микроволновка, 2200 Вт;
• чайник, 2000 Вт;
• мультиварка, 1000 Вт;
• тостер, 750 Вт;
• вытяжка, 400 Вт;
• холодильник, 250 Вт.

Произведём расчёт общей мощности помещения. Для этого складываем показатели мощности всех приборов:

Р_общ=8800+2200+2000+1000+750+400+250=15400 (Вт)

К линии планируется подключать все приборы, поэтому коэффициент спроса примем К_с=0,7. Расчётная мощность составит:

Р_расч=15400∙0,7=10780 (Вт)

Из перечня электроприборов видно, что в их числе нет устройств с большим индуктивным сопротивлением. Поэтому cos φ можно взять одинаковый для всех – 0,98. Уточнить этот показатель для каждого прибора можно по справочным таблицам. Полная расчётная мощность с учётом cos φ составит:

S_Р=10780 / 0,98=11000 (ВА)

Также необходимо сделать вычисление силы тока:

I_расч=11000 / 220=50 (А)

Вычисленные показатели используются для определения входящей мощности электрического щита, а также для определения параметров для вводного автомата и защитных устройств на вводе.   

Также нужно сделать вычисления по каждому отдельному потребителю. Это потребуется для равномерного распределения всех потребителей по фазам, определения нагрузки на каждую отдельную линию и подбор защитной автоматики для каждой из линий. Это удобно сделать в табличном документе Excel. 

Мощных потребителей нужно выводить отдельной линией соответствующего сечения кабеля и установкой на неё специальной силовой розетки и автомата подходящего по номиналу. Обычно для подключения розеток используется кабель сечением 2,5 мм² и устанавливаются автоматические выключатели на 16 А. Поэтому нагрузку на розеточные линии следует распределить так, чтобы не превышать эти значения. В противном случае будет происходить постоянное срабатывание защитного автомата. При установке автомата большим номиналом будет происходить перегрузка проводки, что приведет к её перегреву и опасно возгоранием. 

В таблице цветами выделены отдельные линии, которые нужно предусмотреть при проектировании щита для подключения всех потребителей.   

Расчёт мощности щитка должен в обязательном порядке выполняться при проектировании проводки и самого щита. Без этих вычислений высока вероятность неэффективного использования или перегрузки линий электросети.

Оцените новость:

Поделиться:

Что такое электрическая мощность и как она рассчитывается?

Содержание

1. Определение электрической мощности
2. Формулы для расчета электрической мощности, узнайте, как это сделать
   • Формула для мощности постоянного тока
   • Формула для переменной мощности
3. Электроэнергия в счете за электроэнергию

Когда мы говорим об электроэнергии, одним из наиболее часто используемых понятий является электрическая мощность . На самом деле, это фиксированный срок, который по существу включает в себя наш счет за электроэнергию. В этой статье мы объясним, из чего именно он состоит и как его можно рассчитать.

Определение электрической мощности

Электрическая мощность – это скорость передачи электрической энергии в единицу времени в электрической цепи. Проще говоря, можно рассматривать как количество энергии, потребляемой или генерируемой элементом в данный момент времени .

Например, мы можем сказать, что электрическая лампочка имеет мощность 12 Вт и, таким образом, указать, что, когда она работает, она потребляет такое количество энергии в определенное время.

В домашнем хозяйстве, где максимальная мощность по контракту составляет 5 кВт, это максимальная мощность, которую можно использовать. Это означает, что приготовление пищи на плите (2,2 кВт), работа стиральной машины (1,5 кВт), холодильника (0,25 кВт) и отопление (1 кВт) дадут в сумме 4,75 кВт. Если в этот момент включить микроволновку (0,9кВт), электричество «отключится».

Формулы для расчета электрической мощности, узнайте, как это сделать

По определению мы можем сделать вывод, что мощность рассчитывается как электрический заряд, проходящий за ограниченное время через разность потенциалов .

Обычно мощность электроприбора определяется как произведение напряжения, к которому он подключен (В), и силы тока, проходящего через него (I), при этом P = V * I, несомненно, является наиболее известным версия электроэнергетики.

Принимая во внимание:

• Q электрический заряд, измеряемый в кулонах
• t время в секундах
• V разность потенциалов или напряжение, измеряемое в вольтах
• I электрический ток в амперах

Формула мощности постоянного тока

Формула расчета электрической мощности в цепях с постоянным током такая же, как и в предыдущем пункте. Также, если рассматривает резистивную цепь, можно применить закон Ома (V = I * R) для получения альтернативных уравнений:

Где R — электрическое сопротивление.

Например, устройство, работающее при напряжении 24 В и протекающем через него токе 10 мА (миллиампер), можно рассчитать следующим образом:

P=VI=24·0’01=0,24 Вт

Формула для электрической мощности переменного тока

В этом случае индуктивные и емкостные элементы цепей создают временную задержку между напряжением и током. По этой причине необходимо учитывать среднеквадратичное значение обеих величин.

Для переменного тока напряжение будет на одной стороне:

С пиковым значением Vp и частотой f, типичными значениями являются 230 В и 50 Гц, если рассматривать бытовую сеть.

Ток на другой стороне:

Где максимальное значение (Ip), частота (f) и фазовый сдвиг (φ) вводятся реактивными элементами.

Формула для электрической мощности переменного тока будет следующей:

Немного прибегнув к тригонометрии и заменив пиковые значения среднеквадратичными значениями, получим следующее:

Где есть первый постоянный член, который — активная мощность, а второй переменный член.

Например, рассматривая линейную нагрузку (где (φ) совпадает с коэффициентом мощности), можно рассчитать активную мощность, развиваемую устройством, работающим при однофазном напряжении 220 В переменного тока, циркулирующем токе 15 А и имеющем коэффициент мощности 0,9.как:

P=220·15·0’9=2970Вт=2’97кВт

Как измеряется электрическая мощность

Увидев, как производятся расчеты электрической мощности, мы теперь обсудим, как она измеряется в реальных ситуациях , где расчеты не могут или не должны выполняться.

Для измерения мощности используйте так называемый ваттметр.

Ваттметр

Ваттметр, цифровой или аналоговый, — это устройство для измерения мощности в данной цепи . В аналоговом варианте они состоят из двух неподвижных катушек (амперметров), измеряющих силу тока, и подвижной катушки (вольтметра), измеряющей напряжение. Катушки тока соединены последовательно, а катушки напряжения параллельно.

Старинный ваттметр

Более новые цифровые версии измеряют напряжение и ток несколько раз в секунду и вычисляют мощность по среднему значению . Вы можете найти счетчики электроэнергии в нашем интернет-магазине. Подключив его между любым прибором и сетью, вы сможете узнать потребление.

Электрическая мощность в счете за электроэнергию

Как упоминалось в других случаях, контрактная мощность – это максимальная мощность, которую можно использовать одновременно. Это одна из постоянных составляющих счета и одна из первых вещей, которую необходимо отрегулировать в соответствии с вашими реальными потребностями, если вы хотите сэкономить на электроэнергии.

Теперь вы знаете немного больше об электрической мощности и о том, как она рассчитывается как в цепях переменного, так и постоянного тока.

Как вычислять электрическую энергию-x-engineer.org

Содержание

• Определение
• Формула
• Пример с использованием напряжения и заряда
• Пример с использованием мощности и времени
• Пример отопляющего элемента
• 5 Каталожные номера

Определение

Электрическая энергия — это еще одна форма энергии, которая генерируется за счет прохождения электрического заряда по цепи. Любая электрическая цепь, имеющая напряжение и ток в течение определенного промежутка времени, обладает электрической энергией.

Изображение: Электрическая энергия в цепи

Количество электрической энергии в цепи зависит от уровня напряжения или электрического тока. Чем выше напряжение или ток в цепи, тем выше ее электрическая энергия. Электрическая энергия также определяется как работа, необходимая для перемещения электрического заряда по цепи за определенное время.

Как и любая другая форма энергии, электрическая энергия может генерироваться с помощью генераторов, динамо-машин или фотогальванических элементов или храниться в батареях, конденсаторах или магнитных полях.

Назад

Формула

Электрическая энергия может быть рассчитана двумя способами [1]:

• с использованием электрического заряда и напряжения
• с использованием электрической мощности и времени

Электрическая энергия является произведением напряжения и электрического заряда.

E _e = U · Q

(1)

где:

• E _e [Дж] – электрическая энергия, измеренная в джоулях [Дж]
• U [В] – электрическое напряжение, измеренное в вольт [В]
• Q [Кл] – электрический заряд, измеряемый в кулонах [Кл]

Электрический заряд – это произведение электрического тока на время.

Q = I · t

(2)

где:

• I [A] – электрический ток, измеряемый в амперах [A]
• t [с] – время, измеряемое в секундах [с]

Замена уравнения (2) в (1) дает формулу электрической энергии:

E _e = U · I · t

(3 )

Мы знаем, что электрическая мощность есть произведение напряжения на силу тока:

P _e = U · I

(4)

где:

• P _e [Вт] – электрическая мощность, измеренная в ваттах [Вт]

Если мы заменим уравнение (4) в (3), мы увидим, что электрическая энергия есть произведение электрической мощности и времени.

E _e = P _e · t

(5)

Из закона Ома мы знаем, что напряжение есть произведение тока на электрическое сопротивление.

U = R · I

(6)

где:

• R [Ом] – электрическое сопротивление, измеряемое в ваттах [Ом]

Из (6) можно вывести формулу электрического тока как:

I = U / R

(7)

Заменив уравнения (6) в (4), получим формулу для электроэнергии в виде:

P _e = R · I ²

(8)

Заменив уравнения (7) в (8), получим формулу для электрической мощности: R

(9)

Заменив уравнения (8) и (9) в (5), получим формулы для электроэнергии:

E _e = (U ² / R) · t

(11)

Сводка формул для расчета электроэнергии:

E _e = U · Q
E _e = P _e · t
E _e = U · I · t
E _e = R · I ^{2 0 e = (U 2 / R) · t}

Наиболее распространенными единицами измерения электрической энергии являются: джоуль [Дж] или ватт-час [Втч] или киловатт-час [кВтч].

Назад

Пример с использованием напряжения и заряда

Рассчитайте электрическую энергию, полученную при перемещении заряда в 150 Кл по электрической цепи с падением напряжения 12000 милливольт.

Шаг 1 . Преобразуйте напряжение из [мВ] в [В], разделив [мВ] на 1000:

U = 12000 / 1000 = 12 В

Шаг 2 . Рассчитайте произведенную электрическую энергию E _e [Дж]:

E _e = U · Q = 12 · 150 = 1800 Дж

Вернуться назад

Пример с использованием мощности и времени электроприбор номинальной мощностью 120 Вт, если он работает непрерывно в течение 2 часов.

Шаг 1 . Преобразуйте время из [ч] в [с], умножив [ч] на 3600:

t = 2 · 3600 = 7200 с

Шаг 2 . Рассчитайте электрическую энергию E _e [Дж], потребляемую электроприбором:

E _c = P · t = 120 · 7200 = 864000 Дж

Назад

Пример нагревательного элемента

Работает электрическая сушилка на 120 вольт. Он содержит нагревательный элемент с электрическим сопротивлением 10 Ом. Рассчитайте, каково потребление энергии в киловатт-часах [кВтч] нагревательного элемента за 0,5 часа работы.

Шаг 1 . Преобразуйте время из [ч] в [с], умножив [ч] на 3600:

t = 0,5 · 3600 = 1800 Дж

Шаг 2 . Рассчитайте электрическую мощность P _e [Вт] нагревательного элемента:

P _e = U ² / R = 1202 / 10 = 1440 Вт

Шаг 3 . Рассчитайте электрическую энергию E _e [Дж] нагревательного элемента:

E _e = P _e · t = 1440 · 1800 = 2592000 Дж

Шаг 4 . Преобразуйте электрическую энергию E _e из [Дж] в [кВтч], разделив [Дж] на 3600000:

E _e = 2592000 / 3600000 = 0,72 кВтч

Назад

3

Калькулятор Калькулятор энергии позволяет рассчитать электрическую энергию цепи. Вам необходимо ввести как минимум два электрических параметра и время работы. Вы можете ввести один из следующих параметров:

• напряжение, сопротивление и время
• voltage, current and time
• current, resistance and time
• power and time

Leave blank the other parameters

Voltage   
   
voltsmillivoltskilovolts

Current   
   
amperesmilliampereskiloamperes

Resistance   
   
ohmsmilliohmskiloohms

Operation
time
   
СекундыНаносекундыМикросекундыМиллисекундыМинутыЧасыДниНеделиМесяцыКалендарные годыДесятилетияВека

Electrical
Power

Вт

Electrical
Energy

Jouleskilojoulesgram Caloriescaloriorykilocalorioryswatts Hourkilowtts Hourmegawatts HourgiGawatts Hourelectrocalory. Если вы хотите, чтобы результат отображался в других единицах, используйте раскрывающийся список для выбора и снова нажмите кнопку РАСЧЕТ.

Назад

Ссылки

[1] Дэвид Холлидей, Роберт Резник, Джерл Уокер, Основы физики, 7-е издание, John Wiley & Sons, 2004.