Как найти мощность тока формула: Как найти мощность электрического тока

Как найти мощность тока — формула и правила расчета

Электричество осваивалось по мере развития науки. Для него были придуманы формулы и законы, позволяющие сделать количественную и качественную оценки. Ученые и естествоиспытатели во всем мире приложили немало сил к изучению электричества. Многие формулы и законы названы по их фамилиям. Дж. Уатт, английский ученый-физик — из их числа. В честь него названа единица эл. мощности — 1 ватт (сокращенно — Вт).

Современная жизнь и электрическая энергия стали неразрывно связанными. Скорее всего, большинство наших читателей помнят из школьного образования или последующего обучения информацию относительно эл. мощности. Эта статья освежит их знания и поможет лучше ориентироваться в характеристиках электрических приборов, поскольку и дома, и на работе часто приходится:

• рассчитать мощность;
• найти мощность;
• найти силу тока;
• рассчитать силу тока;
• найти ток;
• определить силу тока.

Существуют и такие распространенные задачи:

• как вычислить перегрузочную способность электропроводки;
• как определить минимальное сечение проводов;
• как рассчитать мощность сопротивления;
• как посчитать параметры предохранителей.

Чтобы лучше понять, как найти мощность в электрических цепях, коими является все, что присоединено к источникам электроэнергии, надо обратиться к самой сути ее единицы измерения. Итак,

Что такое 1 ватт

По определению единицы эл. мощности, обозначаемой обычно как Р, очевидна ее связь с законом Ома. Если этот закон действует для электрической цепи, а при этом известны напряжение и сопротивление, определяется сила тока, и затем вычисляется эл. мощность в этой электрической цепи по формуле:

p = u x i

Или, говоря словами, сила тока, умноженная на величину напряжения, позволяет получить величину эл. мощности.

Эта формула дает возможность определить мощность через ток. Чтобы найти силу тока, надо либо воспользоваться амперметром, либо вычислить данный параметр по формуле закона Ома для участка электрической цепи. Приведенная выше формула также позволяет определять ток через мощность и напряжение. Каждый электрический прибор имеет определенную электрическую мощность. При подключении его к электрической сети 220 В можно узнать потребляемый электроток. Чтобы рассчитать его величину, паспортное значение эл. мощности делится на 220.

• Такие расчеты всегда необходимы для правильной эксплуатации домашней электросети. Вычисления эл. мощностей бытовых электроприборов, одновременно подключенных к электросети, позволяет своевременно выявить перегрузку по току электропроводки в квартире, частном доме или на даче.

По мощности каждого электроприбора и величине напряжения (220 или 380 вольт) рассчитывается электроток, потребляемый из розетки. Зная схему соединения розеток, находится пара проводов, питающая всю нагрузку. Электротоки всех присоединенных электроприборов в этой паре будут суммироваться. По мере нарастания тока усиливается зависимость эффективности проводника от его конструкции. Начинает проявляться поверхностный эффект (альтернативное название — скин-эффект).

Скин-эффект

Величина сопротивления провода, определенная измерительным прибором, и его сопротивление, которое можно узнать, основываясь на показаниях амперметра и вольтметра, все больше отличаются при этом. Поэтому, если мы нашли расчетным путем величины токовых значений для нагрузок, без измерения силы суммарного электротока мы не найдем реальную величину эл. мощности в этом проводе. Чтобы избежать трудоемких измерений, по специальным таблицам находят данные, соответствующие параметрам электрической цепи. Такие нахождения делают возможным определить мощность быстро и просто.

Таблица Таблица 2

Параметры электрической цепи, такие как сопротивление, мощность и напряжение всегда взаимосвязаны. Мощность от силы тока находится всегда в прямо пропорциональном увеличении или уменьшении. Однако в зависимости от его природы различают эл. мощность:

• полную;
• активную;
• реактивную.

Фактически всегда имеет место мощность тока. Она проявляется в виде электромагнитных явлений. В резисторе это электромагнитные излучения с длинами волн в инфракрасном спектре — тепловое излучение. В трансформаторах, дросселях и катушках индуктивности это электромагнитные поля. В конденсаторах это электростатические поля. Если превышать величину эл. мощности, рассчитанную для каждого электрического прибора, сокращается в той или иной мере срок его службы.

Активная эл. мощность характерна для электронных приборов и проводников, работающих на постоянном электротоке. Найти ее проще всего по формуле произведения напряжения и тока. Однако на переменном электротоке все значительно сложнее. Активное сопротивление, которое характерно для всего, что проводит электрический ток, дополняется реактивным сопротивлением. А последнее зависит от частоты электротока и напряжения. Поэтому используется полная эл. мощность, которая включает все особенности элемента электрической цепи.

Ее расчет без современных методов вычисления для обычных пользователей — задача сложная. Для упрощения служат специальные онлайн-калькуляторы. Каждый пользователь интернета теперь может высказаться в манере Архимеда о рычаге: «Дайте мне онлайн-калькулятор, и я вычислю любую эл. мощность».

Полезная информация

Таблица 3 Похожие статьи:

формула, расчёт силы тока, напряжения и сопротивления

Безаварийная работа устройства зависит от соответствия технических характеристик прибора нормам питающей сети. Зная напряжение, сопротивление и силу тока в цепи, электрик поймёт, как найти мощность. Формула расчёта важного параметра зависит от свойств сети, в которую подключается потребитель.

Труд электричества

Механические устройства и электрические приборы предназначены для выполнения работы. Согласно второму закону Ньютона, кинетическая энергия, которая воздействует на материальную точку в течение определённого промежутка времени, совершает полезное действие. В электродинамике поле, созданное разностью потенциалов, переносит заряды на участке электрической цепи.

Объём, производимой током работы, зависит от интенсивности электричества. В середине XIX века Д. П. Джоуль и Э. Х. Ленц решали одинаковую проблему. В проводимых опытах кусок проволоки с высоким сопротивлением разогревался, когда через него пропускался ток. Учёных интересовал вопрос, как вычислить мощность цепи. Для понимания процесса, происходящего в проводнике, следует ввести следующие определения:

• P — мощность.
• A — работа, совершаемая зарядом в электрической цепи.
• U — падение напряжения в проводнике.
• I — сила тока.
• Q — количество электрических зарядов, переносимых в единицу времени.

Мощность — это работа, производимая током в проводнике за какой-то временной период. Утверждение описывает формула: P = A ∕ ∆t.

На участке цепи разность потенциалов в точках a и b совершает работу по перемещению электрических зарядов, которая определяется уравнением: A = U ∙ Q. Ток представляет собой суммарный заряд, прошедший в проводнике за единицу времени, что математически выражается соотношением: U ∙ I = Q ∕ ∆t. После преобразований получается формула мощности электрического тока: P = A ∕ ∆t = U ∙ Q ∕ ∆t = U ∙ I. Можно утверждать, что в цепи проводится работа, которая зависит от мощности, определяемой током и напряжением на контактах подключённого электрического устройства.

Производительность постоянного тока

В линейной цепи без конденсаторов и катушек индуктивности соблюдается закон Ома. Немецкий учёный обнаружил взаимосвязь тока и напряжения от сопротивления цепи. Открытие выражается уравнением: I = U ∕ R. При известном значении сопротивления нагрузки мощность вычисляется двумя способами: P = I ² ∙ R или P = U ² ∕ R.

Если ток в цепи течёт от плюса к минусу, то энергия сети поглощается потребителем. Такой процесс проистекает при зарядке аккумуляторной батареи. Если движение тока совершается в противоположном направлении, то мощность отдаётся в электрическую цепь. Так происходит в случае питания сети от работающего генератора.

Мощность переменной сети

Расчёт переменных цепей отличается от вычисления параметра производительности в линии постоянного тока. Это связано с тем, что напряжение и ток изменяются во времени и по направлению.

В цепи со сдвигом фаз тока и напряжения, рассматриваются следующие виды мощности:

1. Активная.
2. Реактивная.
3. Полная.

Активный компонент

Активная часть полезной мощности учитывает скорость невозвратного преобразования электричества в тепловую или магнитную энергию. В линии тока с одной фазой активная составляющая вычисляется по формуле: P = U ∙ I ∙ cos ϕ.

В международной системе единиц СИ величина производительности измеряется в ваттах. Угол ϕ определяет смещение напряжения по отношению к току. В трёхфазной цепи активная часть складывается из суммы мощностей каждой отдельной фазы.

Реверсивные потери

Для работы конденсаторов, катушек индуктивности, обмоток электродвигателей затрачивается сила сети. Из-за физических свойств таких устройств энергия, которая определяется реактивной мощностью, возвращается в цепь.

Величина отдачи рассчитывается при помощи уравнения: V = U ∙ I ∙ sin ϕ.

Единицей измерения принят ватт. Возможно использование внесистемной меры подсчёта var, название которой составлено из английских слов volt, amper, reaction. Перевод на русский язык соответственно означает «вольт», «ампер», «обратное действие».

Если напряжение опережает ток, то смещение фаз считается больше нуля. В противном случае сдвиг фаз отрицательный. В зависимости от значения sin ϕ реактивная составляющая носит положительный или отрицательный характер. Присутствие в цепи индуктивной нагрузки позволяет говорить о реверсивной части больше нуля, а подключённый прибор потребляет энергию. Использование конденсаторов делает реактивную производительность минусовой, и устройство добавляет энергию в сеть.

Во избежание перегрузок и изменения установленного коэффициента мощности в цепи устанавливаются компенсаторы. Такие меры снижают потери электроэнергии, понижают искажения формы тока и позволяют использовать провода меньшего сечения.

В полную силу

Полная электрическая мощность определяет нагрузку, которую потребитель возлагает на сеть. Активная и реверсивная составляющие объединяются с полной мощностью уравнением: S = √ (P ² + V ²).

С индуктивной нагрузкой показатель V ˃ 0, а использование конденсаторов делает V ˂ 0. Отсутствие конденсаторов и катушек индуктивности делает реактивную часть равной нулю, что возвращает формулу к привычному виду: S = √ (P ² + V ²) = √ (P ² + 0) = √ P ² = P = U ∙ I. Полная мощность измеряется внесистемной единицей «вольт-ампер». Сокращённый вариант — В ∙ А.

Критерий полезности

Коэффициент мощности характеризует потребительскую нагрузку с точки зрения присутствия реактивной части работы. В физическом смысле параметр определяет сдвиг тока от приложенного напряжения и равен cos ϕ. На практике это означает количество тепла, выделяемого на соединительных проводниках. Уровень нагрева способен достигать существенных величин.

В энергетике коэффициент мощности обозначается греческой буквой λ. Диапазон изменения от нуля до единицы или от 0 до 100%. При λ = 1 подаваемая потребителю энергия расходуется на работу, реактивная составляющая отсутствует. Значения λ ≤ 0,5 признаются неудовлетворительными.

Безотказная работа приборов в электрической линии обусловлена правильным расчётом технических параметров. Найти мощность тока в цепи помогает набор формул, выведенных из законов Джоуля — Ленца и Ома. Принципиальная схема, грамотно составленная с учётом особенностей применяемых устройств, повышает производительность электросети.

Определение мощности 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

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:

1. 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;
2. 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).

Конденсаторные батареи

Полная

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:

1. 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;
2. Цифровые. Содержат микропроцессоры, вычисляющие значения активной и реактивной составляющих на основе измерений тока и напряжения.

Цифровой варметр

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:

1. 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;
2. 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.

Фазометр

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

Оцените статью:

Мощность электрического тока: формула

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 разные понятия.

Что такое мощность электрического тока

Любые физические действия совершаются под влиянием силы. С ее помощью проделывается определенный путь, то есть выполняется работа. 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.

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.

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.

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. 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.

Формула мощности электрического тока

При создании новой проводки часто возникает необходимость рассчитать мощность электроприборов, находящихся в одной комнате или на одной линии. У многих людей с этим возникают проблемы. В этой статье мы разберем, какая формула мощности электрического тока используется для подсчета и как правильно ей пользоваться.

Введение

Подсчет мощности силы тока потребления необходим для того, чтобы правильно рассчитать сечение проводов, купить автоматы и защитить систему от перегрузок и возгорания. Расчет общей суммы также поможет владельцу правильно выбрать стабилизатор на вход в квартиру. Неверные расчеты могут привести к серьезным последствиям, поэтому внимательно отнеситесь к информации, описанной в нашей статье.

Основные правила и понятия

Рассчитываем силу тока

В работающей сети силу тока можно легко узнать при помощи мультиметра, переключив его в режим амперметра. Но этот вариант подходит только в том случае, если все уже работает. Мы же пытаемся сделать расчет согласно проекту, поэтому хитрость с амперметром нам не подходит.

Для чего нужно знать силу тока? Для правильного выбора сечения кабеля и автомата. Считается она по формуле I=P/(U×cosφ), где I – это сила тока, P – мощность прибора, U – напряжение в сети. Представленная выше формула справедлива для однофазной сети. Для трехфазной используется I=P/(1,73×U×cosφ). Косинус Фи в нашем случае показывает коэффициент мощности.

Пример: на одной линии висит холодильник мощностью 150 Вт, микроволновка (800 Вт), электрочайник (1300 Вт) и блендер (1500 Вт). Все это включено одновременно. Находим действующую силу тока: I=(150+800+1300+1500)/220*0.95=17.94 Ампера. Для подобной нагрузки необходим кабель на 2.5 мм2 и автомат на 25 Ампер.

Как найти мощность устройств, работающих на одной линии? Нужно сложить все паспортные данные на этих потребителей. Косинус Фи принят за 0,95, что является наиболее приближенным к реальности, хотя в некоторых случаях его принимают за 1.

Если в сеть подключаются “жирные” потребители, такие как бойлер, духовой шкаф, электрокотел или электрический твердый пол, то разумнее использовать коэффициент фи на уровне 0,8. Соответственно, для одной фазы считается напряжение на 220 вольт, для трех фаз – 380 вольт.

Немного теории

Теперь давайте рассмотрим действующую формулу электрической мощности. Прежде всего разберем, что это вообще такое. Мощностью называют скорость, с которой энергия перетекает из одного вида в другой, преобразуется или потребляется. Она измеряется в ваттах. Ток силой в один ампер обладает мощностью в один ватт при имеющейся разности потенциалов в один ватт.

Силу тока можно замерить амперметром или мультиметром

Для подсчета используется формула P = I*U. Этот показатель показывает, сколько “кушает” прибор при работе.

Внимание: существуют различные виды мощности. Их необходимо отличать, чтобы правильно собрать проводку и рассчитать нормативы для закупки кабелей и автоматов.

Виды

Существует два основных типа показателей:

1. Номинальная. Та, которую устройство потребялет за единицу времени. Для холодильника это 150 ватт, для микроволновки, в зависимости от настроек – 600-800 ватт, для лампочки 65 или 99 ватт и пр.
2. Стартовая. Формула расчета мощности этого типа не отличается от классической, несмотря на то, что стартовая может превышать на порядок номинальную. К примеру, тот же холодильник в момент старта потребляет до 2 кВт энергии, необходимой на запуск двигателя и всех систем.

Главное, что нужно знать о стартовой мощности – она временная и краткосрочная, но ее нужно обязательно учитывать при создании проводки. Обычно для этого делается запас. К примеру, кабель на 2,5 квадрата выдерживает до 4,5 кВт и на него ставится автомат на 25А. Поэтому, если у вас суммарный коэффициент по линии доходит до 4 или 4.3, то лучше не рисковать и поставить дополнительную линию, чем в один прекрасный момент ваша проводка просто сгорит.

Зная, чему равна мощность электрического тока для каждого устройства, находящегося на линии, выделите те, которые вполне могут работать одновременно. Почитайте о технических характеристиках своих устройств, после чего сложите мощность всех подключенных. Затем добавьте к получившемуся числу 30% на всякие тяги и помехи – вот это и станет запасом для стартовых неприятностей.

Вы спрашивали: Как определить мощность формула?

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

Как определить мощность?

Мощность численно равна произведению тока, протекающего через нагрузку, и приложенного к ней напряжения. Чтобы перевести Ватты в Амперы, понадобится формула: I = P / U, где I – это сила тока в амперах; P – мощность в ваттах; U – напряжение у вольтах.

Как определить мощность тока формула?

P = A t = U ⋅ I ⋅ t t = U ⋅ I . Таким образом: Мощность электрического тока равна произведению напряжения на силу тока: P = U ⋅ I . Из этой формулы можно определить и другие физические величины.

Как определить мощность на участке цепи?

Мощность электрического тока в цепи, состоящей из последовательно соединенных участков, равна сумме мощностей на отдельных участках: P=P1+P2+… +Pn+… 6.

Как рассчитать мощность если известно напряжение и сила тока?

МОЩНОСТЬ = СИЛА ТОКА * НАПРЯЖЕНИЕ, то есть ВАТТЫ = АМПЕРЫ * ВОЛЬТЫ.

Как рассчитать мощность ватт?

Мощность равна произведению силы тока на напряжение, то есть 1 Вт = 1 А х 1 В. Формула: Р = I х V. Например, если сила тока равна 3 А, а напряжение равно 110 В, то мощность равна: 3 х 110 = 330 Вт. (Формула: Р = I х V, где Р – мощность).

Как определить электрическую мощность?

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.

Какую формулу удобнее всего использовать для вычисления мощности тока на участке цепи на котором проводники соединены последовательно?

Формулу Q = I2Rt удобно применять, когда сила тока в проводниках одинакова, то есть когда они соединены последовательно (рис. 58.1).

Как определить мощность двигателя формула?

Мощность (N) определяют по формуле: N = A t . Единицей измерения мощности в системе СИ является Ватт (русское обозначение — Вт, международное — W). Для определения мощности двигателя автомобилей и других транспортных средств используют исторически более древнюю единицу измерения — лошадиная сила (л.

Как найти мощность зная силу тока и сопротивление?

P = U*I. Запомнив эту нехитрую формулу, на практике можно рассчитать мощность. Например, если известны значения тока и сопротивления, а о напряжении сведений нет, можем воспользоваться законом Ома, подставив в формулу вместо него I*R.

Как определить мощность насоса?

Q=P, где Q — расход теплоносителя через котел, л/мин; Р — мощность котла, кВт. Например, для котла мощностью 20 кВт расход воды составляет примерно 20 л/мин.

Как найти силу тока через мощность?

Через мощность и напряжение

В паспорте электроприбора обычно указывается его номинальная мощность и параметры электрической сети, для работы с которой он предназначен. Имея в распоряжении эти данные, можно вычислить силу тока по формуле: I = P/U. Данное выражение вытекает из формулы для расчета мощности: P = IU.

Какие меры принимаются Чтобы увеличить коэффициент мощности?

Увеличения коэффициента мощности (уменьшения угла φ — сдвига фаз тока и напряжения) можно добиться следующими способами:

• заменой мало загруженных двигателей двигателями меньшей мощности,
• понижением напряжения
• выключением двигателей и трансформаторов, работающих на холостом ходу,

Как найти эдс если есть напряжение?

I=U/R, где U – напряжение, а в рассмотренном примере — ЭДС.

Чем отличается мощность и сила тока?

Таким образом, сила тока это, потребление тока нагрузкой или необходимое количества тока, для получения выработки мощности нагрузки. Мощность тока, это работа нагрузки за единицу времени.

Работа и мощность тока | Физика

Какую работу совершает электрический ток, проходя по тому или иному участку цепи? Чтобы определить это, вспомним, что такое напряжение. Согласно формуле (11.1) U = A/q. Отсюда следует, что

A = qU,     (18.1)

где A — работа тока; q — электрический заряд, прошедший за данное время через рассматриваемый участок цепи. Подставляя в последнее равенство выражение q = It, получаем

A = IUt.     (18.2)

Итак, чтобы найти работу тока на участке цепи, надо напряжение на концах этого участка U умножить на силу тока I и на время t, в течение которого совершалась работа.

Действие тока характеризуют не только работой A, но и мощностью P. Мощность тока показывает, какую работу совершает ток за единицу времени. Если за время t была совершена работа A, то мощность тока P = A/t. Подставляя в это равенство выражение (18.2), получаем

P = IU.      (18.3)

Итак, чтобы найти мощность электрического тока P, надо силу тока I умножить на напряжение U.

В Международной системе единиц (СИ) работу выражают в джоулях (Дж), мощность — в ваттах (Вт), а время — в секундах (с). При этом

1 Вт = 1 Дж/с, 1 Дж = 1 Вт · с.

Мощности некоторых электроустройств, выраженные в киловаттах (1 кВт = 1000 Вт), приведены в таблице 5.

Рассчитаем наибольшую допустимую мощность потребителей электроэнергии, которые могут одновременно работать в квартире. Так как в жилых зданиях сила тока в проводке не должна превышать I = 10 А, то при напряжении U = 220 В соответствующая электрическая мощность оказывается равной:

P = 10 A · 220 В = 2200 Вт = 2,2 кВт.

Одновременное включение в сеть приборов с большей суммарной мощностью приведет к увеличению силы тока и потому недопустимо.

В быту работу тока (или израсходованную на совершение этой работы электроэнергию) измеряют с помощью специального прибора, называемого электрическим счетчиком (счетчиком электроэнергии). При прохождении тока через этот счетчик внутри его начинает вращаться легкий алюминиевый диск. Скорость его вращения оказывается пропорциональной силе тока и напряжению. Поэтому по числу оборотов, сделанных им за данное время, можно судить о работе, совершенной током за это время. Работа тока при этом выражается обычно в киловатт-часах (кВт·ч).

1 кВт·ч — это работа, совершаемая электрическим током мощностью 1 кВт в течение 1 ч. Так как 1 кВт = 1000 Вт, а 1 ч = 3600 с, то

1 кВт·ч = 1000 Вт · 3600 с = 3 600 000 Дж.

??? 1. Как находится работа электрического тока? 2. По какой формуле находится мощность тока? 3. С помощью какого прибора измеряют работу тока? Какая единица работы при этом используется? 4. Сложите мощности всех имеющихся у вас дома электрических устройств. Допустимо ли их одновременное включение в сеть? Почему?

Экспериментальное задание. Рассмотрите у себя дома счетчик электроэнергии. Выясните, как снимаются с него показания. Измерьте с его помощью электроэнергию, израсходованную задень. В течение следующего дня старайтесь экономить энергию — не оставляйте включенным свет, если это не нужно; выключайте электроприборы, которыми в данный момент не пользуетесь; не смотрите все подряд по телевизору. После этого определите с помощью счетчика, сколько электроэнергии вам удалось сэкономить. Вычислите стоимость этой энергии. Сколько денег вам удастся сберечь при подобной экономии энергии за месяц?

Расчет мощности

Расчет мощности

---

Законы цепи — вы можете узнать и потренируйтесь, просто прочитав

Авторские права. Чарльз Ким 2006

Расчет мощности Синий

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

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

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

Теперь в качестве практики, можете ли вы найти время, чтобы решить эти 2 проблемы?

---

WWW.MWFTR.COM

Как рассчитать по уравнению Ватт

Обновлено 22 декабря 2020 г.

Крис Дезил

Ватты — это единицы измерения мощности в системе СИ (метрические), и вычислить мощность обычно несложно.Однако есть два способа сделать это, в зависимости от того, говорите ли вы о механической или электрической энергии.

Уравнение Ватта для электрической цепи учитывает напряжение в цепи В , измеренное в вольтах, и ток I , измеренный в амперах, проходящий через нее. В механике определение мощности — это скорость выполнения работы Вт . Он определяется как W / t , где t — время, необходимое для завершения работы.Чтобы получить результат в ваттах, работу необходимо выражать в джоулях, а время — в секундах.

Что такое ватт?

Понятие мощности было введено Джеймсом Ваттом, шотландским изобретателем, более известным своими работами над паровыми двигателями. Он задумал мощность как произведение силы F и скорости v , и это определение мощности до сих пор остается в силе. Другими словами, если вы продолжаете прикладывать силу F к телу, пока оно движется со скоростью v , затраченная мощность составит

P = F × v

Ватт провел все свои измерения. используя английские единицы измерения, он изобрел мощность, которую он определил как мощность, необходимую для подъема груза массой 33 000 фунтов на один фут каждую минуту.

Когда международное научное сообщество приняло метрическую систему, ватт, будучи единицей работы или энергии с течением времени, стал равен джоуля в секунду. Поскольку работа Вт, равна силе F, , умноженной на расстояние d , джоуль равен ньютон-метру, потому что ньютоны — это единицы силы. Таким образом, 1 ватт равен 1 ньютон-метру в секунду.

Уравнение ватт в механике

Для расчета мощности в ваттах можно использовать любое из следующих уравнений, при условии, что все величины выражены в метрических единицах MKS (метры, килограммы, секунды).

P = F × v \\ P = \ frac {W} {t}

Если вы выполняете измерения в системе CGS (сантиметры, граммы, секунды), сила выражается в динах, а работа — в эргах. Вы должны преобразовать их в ньютоны и джоули, чтобы получить результат в ваттах. Вот коэффициенты преобразования:

Результат можно также выразить в киловаттах (кВт). Формула киловатта: 1 кВт = 1000 Вт.

Вт как единицы электрической мощности

Формула мощности для цепи с напряжением В и током I составляет

P = V × I

Вы можете использовать закон Ома, чтобы выразить либо напряжение, либо ток через сопротивление R в цепи: В = I × R .2} {R}

После проведения измерений вам не нужно делать расчеты самостоятельно. Вы можете воспользоваться онлайн-калькулятором. В Ресурсах есть один такой калькулятор.

Чтобы получить результат в ваттах, вы должны выразить напряжение в вольтах, ток в амперах и сопротивление в омах. Таким образом, ватт можно выразить в следующих единицах:

1 ватт = 1 вольт-ампер = 1 ампер ² -ohm = 1 вольт ² / ohm.

Калькулятор закона Ома и электрические формулы

Используйте закон Ома для расчета напряжения, тока, сопротивления или мощности в электрической цепи.Введите любые два известных значения, чтобы найти два других.

Например, введите напряжение и мощность, чтобы найти ток и сопротивление.

Что такое закон Ома?

Закон Ома определяет соотношение между электрическим током, сопротивлением и напряжением. Более конкретно, в нем говорится, что ток через элемент схемы прямо пропорционален приложенной к нему разности потенциалов и обратно пропорционален сопротивлению . ^[1]

Закон Ома позволяет рассчитать напряжение, ток, мощность и сопротивление электрической цепи, если вы знаете хотя бы два других значения.

Например, если вы знаете напряжение и сопротивление, воспользуйтесь калькулятором выше, чтобы найти мощность и ток по закону Ома. Кроме того, вы можете использовать калькулятор для вычисления мощности и сопротивления, если вы знаете напряжение и ток.

Формула закона Ома

Формула закона Ома: I = E / R, где I — ток через проводник, измеренный в амперах, E — разность потенциалов на проводнике, измеренная в вольтах, а R — измеренное сопротивление проводника. в ом. ^[2]

I = ER

Формула утверждает, что ток I равен напряжению E , деленному на сопротивление R .

Треугольник закона Ома

Треугольник закона Ома показывает, как рассчитать напряжение, ток или сопротивление. Чтобы использовать его, накройте единицу, которую вы хотите вычислить, чтобы открыть формулу для ее решения.

Треугольник закона Ома, где E представляет напряжение, I представляет ток, а R представляет сопротивление.

Например, чтобы найти вольты, прикройте E большим пальцем, и это покажет, что напряжение равно I × R.

Что означают буквы в формуле закона Ома?

В формуле закона Ома E представляет электродвижущую силу или напряжение, I представляет силу или ток, а R представляет сопротивление.

Георг Симон Ом создал закон Ома в статье, опубликованной в 1827 году, ^[3] задолго до того, как были определены единицы измерения напряжения, тока и сопротивления.

Вольт, ампер и ом были определены только в 1881 году, спустя более 50 лет после того, как был опубликован закон Ома. Это объясняет, почему буквы не относятся к современным единицам, используемым в формуле.

Формула силы

Формула мощности гласит, что электрическая мощность, измеренная в ваттах, равна току в цепи, умноженному на напряжение. Эта формула очень похожа на закон Ома и может помочь найти мощность или мощность.

Мы часто используем формулу мощности в сочетании с законом Ома для определения электрических свойств, когда мощность цепи известна.

P = I × E

Таким образом, формула мощности утверждает, что мощность P равна току I, , умноженному на напряжение E . ^[4]

Треугольник силы

Треугольник мощности иллюстрирует формулу для определения ватт, вольт или ампер. Как и в случае с другим треугольником, накройте единицу измерения, которую вы хотите решить, чтобы открыть формулу для ее решения.

Например, чтобы найти усилители, прикройте I большим пальцем, чтобы увидеть, что ток равен P / E.

Формула мощности, где P представляет мощность, I представляет ток, а E представляет напряжение.

Наш калькулятор ватт в ампер использует эту формулу, например, для преобразования мощности в ток в электрических цепях.

Колесо закона Ома

Мы можем использовать закон Ома для расчета вольт, ватт, ампер или ом, если известны как минимум два измерения. Формула позволяет нам вывести уравнения для расчета любого измерения с учетом двух других известных значений.

Колесо закона Ома показывает все формулы, которые вы можете использовать для определения вольт, ватт, ампер или ом. См. Все производные формулы ниже.

Колесо закона Ома со всеми формулами, которые можно использовать для расчета вольт, ампер, ом или ватт.

Формулы напряжения

Найдите напряжение, используя следующие формулы:

Напряжение = ток × сопротивление

Напряжение = мощность ÷ ток

Напряжение = мощность × сопротивление

Формулы мощности

Найдите мощность, используя следующие формулы:

Мощность = Напряжение × Ток

Мощность = Напряжение ² ÷ Сопротивление

Мощность = Ток ² × Сопротивление

Текущие формулы

Решите для тока, используя эти формулы:

Ток = Напряжение ÷ Сопротивление

Ток = Мощность ÷ Напряжение

Ток = мощность ÷ сопротивление

Формулы сопротивления

Найдите сопротивление, используя следующие формулы:

Сопротивление = Напряжение ÷ Ток

Сопротивление = Напряжение ² ÷ Мощность

Сопротивление = мощность ÷ ток ²

Мы используем закон Ома для многих вещей, таких как определение максимального размера микроволн или максимального количества осветительных приборов, с которыми цепь может безопасно обращаться, не создавая опасности возгорания.

Наш калькулятор затрат на освещение может помочь определить потребление энергии на освещение, а наш калькулятор затрат на электроэнергию поможет определить затраты на питание электрических устройств.

Используйте закон Ома, чтобы определить размер электрической цепи или выяснить, какой размер нагревателя можно безопасно использовать в обычной розетке. Вы также можете найти наш калькулятор падения напряжения, чтобы определить падение напряжения, необходимый минимальный размер провода и максимальную длину провода для вашего следующего электрического проекта.

Мощность в цепи переменного тока — Университетская физика, том 2

Цели обучения

К концу раздела вы сможете:

• Опишите, как можно записать среднюю мощность от цепи переменного тока в терминах пикового тока и напряжения, а также среднеквадратичных значений тока и напряжения
• Определите соотношение между фазовым углом тока и напряжения и средней мощностью, известное как коэффициент мощности

Элемент схемы рассеивает или вырабатывает мощность в зависимости от того, где I — ток через элемент, а В — напряжение на нем.Поскольку ток и напряжение в цепи переменного тока зависят от времени, мгновенная мощность также зависит от времени. График p ( t ) для различных элементов схемы показан на (Рисунок). Для резистора i ( t ) и v ( t ) синфазны и поэтому всегда имеют один и тот же знак (см. (Рисунок)). Для конденсатора или катушки индуктивности относительные знаки i ( t ) и v ( t ) меняются в течение цикла из-за разницы фаз (см. (Рисунок) и (Рисунок)).Следовательно, p ( t ) в некоторые моменты положительный, а в другие — отрицательный, что указывает на то, что емкостные и индуктивные элементы вырабатывают энергию в одни моменты и поглощают ее в другие.

Поскольку мгновенная мощность изменяется как по величине, так и по знаку в течение цикла, она редко имеет какое-либо практическое значение. Что нас почти всегда интересует, так это усредненная по времени мощность, которую мы называем средней мощностью. Он определяется средним по времени мгновенной мощностью за один цикл:

где — период колебаний.С заменами и этот интеграл становится

Используя тригонометрическое соотношение, получаем

Вычисление этих двух интегралов дает

и

Следовательно, средняя мощность, связанная с элементом схемы, равна

В технических приложениях известен как коэффициент мощности, который представляет собой величину, на которую мощность, передаваемая в цепи, меньше теоретического максимума цепи из-за того, что напряжение и ток не совпадают по фазе.Для резистора, поэтому средняя рассеиваемая мощность составляет

Сравнение p ( t ) и показано на (Рисунок) (d). Чтобы выглядеть как его аналог постоянного тока, мы используем среднеквадратичные значения тока и напряжения. По определению это

где

С получаем

Тогда мы можем написать для средней мощности, рассеиваемой резистором,

Это уравнение дополнительно подчеркивает, почему при обсуждении выбирается среднеквадратичное значение, а не пиковые значения.Оба уравнения для средней мощности верны для (рисунок), но среднеквадратичные значения в формуле дают более четкое представление, поэтому дополнительный коэффициент 1/2 не требуется.

Переменные напряжения и токи обычно описываются их действующими значениями. Например, напряжение 110 В от бытовой розетки является среднеквадратичным значением. Амплитуда этого источника равна. Поскольку большинство измерителей переменного тока откалиброваны по среднеквадратичным значениям, типичный вольтметр переменного тока, установленный на бытовой розетке, будет показывать 110 В.

Для конденсатора и катушки индуктивности соответственно. Поскольку мы находим из (Рисунок), что средняя мощность, рассеиваемая любым из этих элементов, равна Конденсаторам, а катушки индуктивности поглощают энергию из цепи в течение одного полупериода, а затем разряжают ее обратно в цепь в течение другого полупериода. Это поведение проиллюстрировано на графиках (Рисунок), (b) и (c), которые показывают, что p ( t) колеблется синусоидально около нуля.

Фазовый угол генератора переменного тока может иметь любое значение.Если генератор выдает мощность; если он поглощает энергию. В терминах среднеквадратичных значений средняя мощность генератора переменного тока записывается как

.

Для генератора в цепи RLC ,

и

Отсюда средняя мощность генератора

Это также можно записать как

, который означает, что мощность, производимая генератором, рассеивается в резисторе. Как мы видим, закон Ома для среднеквадратичного значения переменного тока находится делением среднеквадратичного значения напряжения на импеданс.

Проверьте свое понимание Вольтметр переменного тока, подключенный к клеммам генератора переменного тока 45 Гц, показывает 7,07 В. Напишите выражение для ЭДС генератора.

Проверьте свое понимание Покажите, что действующие значения напряжения на резисторе, конденсаторе и катушке индуктивности в цепи переменного тока, где среднеквадратичный ток выражается соответственно. Определите эти значения для компонентов цепи RLC (рисунок).

Сводка

• Средняя мощность переменного тока определяется путем умножения действующих значений тока и напряжения.
• Закон Ома для среднеквадратичного значения переменного тока находится делением среднеквадратичного напряжения на полное сопротивление.
• В цепи переменного тока существует фазовый угол между напряжением источника и током, который можно найти, разделив сопротивление на полное сопротивление.
• Средняя мощность, подаваемая в цепь RLC , зависит от фазового угла.
• Коэффициент мощности находится в диапазоне от –1 до 1.

Концептуальные вопросы

При каком значении фазового угла между выходным напряжением источника переменного тока и током средняя выходная мощность источника является максимальной?

Обсудите разницу между средней мощностью и мгновенной мощностью.

Мгновенная мощность — это мощность в данный момент. Средняя мощность — это мощность, усредненная за цикл или количество циклов.

Средний переменный ток, подаваемый в цепь, равен нулю.Несмотря на это, мощность в цепи рассеивается. Объяснять.

Может ли мгновенная выходная мощность источника переменного тока быть отрицательной? Может ли средняя выходная мощность быть отрицательной?

Мгновенная мощность может быть отрицательной, но выходная мощность не может быть отрицательной.

Номинальная мощность резистора, используемого в цепях переменного тока, относится к максимальной средней мощности, рассеиваемой в резисторе. Как это соотносится с максимальной мгновенной мощностью, рассеиваемой на резисторе?

Глоссарий

средняя мощность

среднее время мгновенной мощности за один цикл

Коэффициент мощности

величина, на которую мощность, передаваемая в цепь, меньше теоретического максимума цепи из-за того, что напряжение и ток не совпадают по фазе

Что такое коэффициент мощности? | Как рассчитать формулу коэффициента мощности

Как понять коэффициент мощности

Пиво — это активная мощность (кВт) — полезная мощность или жидкое пиво — это энергия, выполняющая работу.Это то, что вам нужно.

Пена — это реактивная мощность (кВАр) — пена — это потраченная впустую или потерянная мощность. Вырабатываемая энергия не выполняет никакой работы, например, вырабатывает тепло или вибрацию.

Кружка — кажущаяся мощность (кВА) — кружка — это потребляемая мощность или мощность, поставляемая коммунальным предприятием.

Если бы схема была эффективна на 100%, потребляемая мощность была бы равна доступной мощности. Когда спрос превышает доступную мощность, на энергосистему оказывается нагрузка.Многие коммунальные предприятия добавляют плату за спрос к счетам крупных потребителей, чтобы компенсировать разницу между спросом и предложением (когда предложение ниже спроса). Для большинства коммунальных предприятий потребность рассчитывается на основе средней нагрузки, размещенной в течение 15–30 минут. Если требования к нагрузке нерегулярны, коммунальное предприятие должно иметь больше резервных мощностей, чем если бы требования к нагрузке оставались постоянными.

Пик спроса — это период наибольшего спроса. Перед коммунальными предприятиями стоит задача предоставить мощность, чтобы справиться с пиковыми потребностями каждого клиента.Использование электроэнергии в тот момент, когда она пользуется наибольшим спросом, может нарушить общее предложение, если не будет достаточно резервов. Таким образом, коммунальные услуги выставляют счет за пиковый спрос. Для некоторых более крупных клиентов коммунальные предприятия могут даже взять самый большой пик и применить его в течение всего расчетного периода.

Коммунальные предприятия применяют надбавки к компаниям с более низким коэффициентом мощности. Издержки более низкой эффективности могут быть огромными — сродни вождению автомобиля, потребляющего много бензина. Чем ниже коэффициент мощности, тем менее эффективна схема и тем выше общие эксплуатационные расходы.Чем выше эксплуатационные расходы, тем выше вероятность того, что коммунальные предприятия накажут клиента за чрезмерную загрузку. В большинстве цепей переменного тока коэффициент мощности никогда не бывает равным единице, потому что на линиях электропередачи всегда присутствует некоторое сопротивление (помехи).

Как рассчитать коэффициент мощности

Для расчета коэффициента мощности вам понадобится анализатор качества электроэнергии или анализатор мощности, который измеряет как рабочую мощность (кВт), так и полную мощность (кВА), а также рассчитывает соотношение кВт / кВА.

Формулу коэффициента мощности можно выразить другими способами:

PF = (Истинная мощность) / (Полная мощность)

OR

PF = W / VA

Где ватты измеряют полезную мощность, а VA измеряют потребляемую мощность.Отношение этих двух значений по существу представляет собой полезную мощность к подаваемой мощности, или:

Как показывает эта диаграмма, коэффициент мощности сравнивает реальную потребляемую мощность с полной мощностью или потребляемой нагрузкой. Мощность, доступная для выполнения работы, называется реальной мощностью. Вы можете избежать штрафов за коэффициент мощности, корректируя коэффициент мощности.

Низкий коэффициент мощности означает, что вы используете электроэнергию неэффективно. Это важно для компаний, поскольку может привести к:

• Тепловому повреждению изоляции и других компонентов схемы
• Уменьшению доступной полезной мощности
• Требуемое увеличение размеров проводов и оборудования

Наконец, коэффициент мощности увеличивает общая стоимость системы распределения энергии, потому что более низкий коэффициент мощности требует более высокого тока для питания нагрузок.

Связанные ресурсы

Как рассчитать ватт (мощность)

Часто говорят, что мощность прибора (в ваттах) равна току (в амперах), умноженному на напряжение (в вольтах).

Хотя это верно для упрощенных цепей или цепей постоянного тока (DC), это не относится к электросети, которую мы используем каждый день.

Согласно этому общепринятому мнению или «практическому правилу» вы рассчитываете кажущуюся мощность, а не реальную мощность.

Как НЕ рассчитывать мощность — Полная мощность (ВА)

Ампер (А) x Вольт (В) = Вольт-Ампер (ВА)

Формулу выше можно использовать для расчета полной потребляемой мощности в вольт-амперах (ВА).Это уравнение даст вам приблизительное представление об использовании мощности в ваттах , но это не совсем корректно. Для этого нужно учитывать коэффициент мощности .

Как рассчитать мощность — Реальная мощность (Вт)

Амперы (А) x Вольт (В) x Коэффициент мощности = Ватты (Вт)

Эта формула учитывает коэффициент мощности и показывает точное энергопотребление (за которое выставлен счет).

Что такое коэффициент мощности? Коэффициент мощности

— это мера эффективности, с которой электрическое устройство преобразует вольтамперы в ватты.Коэффициент мощности представлен в виде безразмерного числа от 0 до 1.

Чем ближе число к единице, тем «лучше» коэффициент мощности. Чем выше коэффициент мощности, тем эффективнее используется электроэнергия. Резистивные нагрузки, такие как большинство электрических нагревателей, будут иметь коэффициент мощности 1, поскольку они преобразуют всю подаваемую электрическую мощность в тепло. Оборудование с двигателями, такое как холодильники и кондиционеры, будет иметь меньший коэффициент мощности.

Как это относится к ваттам и мощности?

Коэффициент мощности имеет решающее значение, если вы хотите узнать фактическое энергопотребление устройства.Ниже показано, как коэффициент мощности используется с нашим измерителем мощности для расчета реального энергопотребления небольшого телевизора.

Более крупным предприятиям необходимо иметь коэффициент мощности, близкий к «единице» (1), поскольку с них может взиматься плата, если они имеют низкий коэффициент мощности. Это связано с тем, что коммунальное предприятие должно подавать на объект больше тока (в амперах), чем требуется. При этом они несут больше потерь при передаче. Хорошая новость заключается в том, что предприятия могут предпринять шаги для увеличения коэффициента мощности.

Пример — расчет фактической мощности телевизора

На этикетке соответствия на этом телевизоре указана потребляемая мощность 130 Вт .

Проблема в том, что на этикетках соответствия часто указывается максимальная мощность , а не фактическая мощность. Единственный способ узнать реальную мощность — измерить ее с помощью подключаемого измерителя мощности. В течение двух часов измеритель мощности показал потребляемую мощность от 70 до 110 Вт — существенно меньше, чем указано на этикетке.

Такой ваттметр рассчитает фактическую мощность.

В какой-то момент измеритель мощности показал, что телевизор использует 243 вольта и 0.421 ампер. Если мы будем следовать общепринятому мнению и просто умножим Вольт и Ампер без коэффициента мощности, мы получим полную потребляемую мощность следующим образом: —

• Ампер (А) X Вольт (В) = ВА
• 243 В x 0,421 A = 102,3 ВА

… затем ложно представить его как 102,3 Вт

Когда мы добавляем в расчет коэффициент мощности, мы получаем совсем другую цифру. Поскольку в то время измеритель мощности показал коэффициент мощности 0,65, расчет будет:

• Амперы (А) x Вольт (В) x Коэффициент мощности = Ватты (Вт)
• 234 В x 0.421 А x 0,65 = 66,5 Вт

Надеюсь, теперь вы понимаете, почему так важно делать правильные вычисления.

К счастью, наши подключаемые измерители мощности сделают эти расчеты за вас. Наш измеритель мощности отображает реальную мощность (ватты), а также амперы (A), вольт (V) и коэффициент мощности, поэтому вы можете проверить расчет, если вам нужно.

Подключаемый измеритель мощности Reduction Revolution — наш самый дешевый и самый популярный вариант. Power Mate Lite (на фото выше) — это высокоточная модель, используемая профессиональными энергоаудиторами.

См. Также: наш бесплатный онлайн-калькулятор эксплуатационных расходов.

15.5: Питание в цепи переменного тока

Цели обучения

К концу раздела вы сможете:

• Опишите, как можно записать среднюю мощность от цепи переменного тока в терминах пикового тока и напряжения, а также среднеквадратичных значений тока и напряжения
• Определите соотношение между фазовым углом тока и напряжения и средней мощностью, известное как коэффициент мощности

Элемент схемы рассеивает или производит мощность в соответствии с \ (P = IV \), где I — ток через элемент, а \ (V \) — напряжение на нем.Поскольку ток и напряжение в цепи переменного тока зависят от времени, мгновенная мощность \ (p (t) = i (t) v (t) \) также зависит от времени. График \ (p (t) \) для различных элементов схемы показан на рисунке \ (\ PageIndex {1} \). Для резистора \ (i (t) \) и \ (v (t) \) синфазны и, следовательно, всегда имеют один и тот же знак. Для конденсатора или катушки индуктивности относительные знаки \ (i (t) \) и \ (v (t) \) меняются в течение цикла из-за разницы фаз. Следовательно, \ (p (t) \) в одни моменты времени положительно, а в другие — отрицательно, что указывает на то, что емкостные и индуктивные элементы вырабатывают мощность в одни моменты и поглощают ее в другие.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): График мгновенной мощности для различных элементов схемы. (a) Для резистора \ (P_ {ave} = I_0V_0 / 2 \), тогда как для (b) конденсатора и (c) катушки индуктивности \ (P_ {ave} = 0 \). (d) Для источника \ (P_ {ave} = I_0V_0 (cos \, \ phi) / 2 \), который может быть положительным, отрицательным или нулевым, в зависимости от \ (\ phi \).

Поскольку мгновенная мощность изменяется как по величине, так и по знаку в течение цикла, она редко имеет какое-либо практическое значение. То, что нас почти всегда интересует, — это усредненная по времени мощность, которую мы называем средней мощностью .T \ sin \ omega t \, \ cos \, \ omega t \, dt = 0. \ nonumber \]

Следовательно, средняя мощность, связанная с элементом схемы, равна

\ [\ boxed {P _ {\ mathrm {ave}} = \ frac {1} {2} I_ {0} V_ {0} \ cos \ phi.} \ Label {eq5} \]

В инженерных приложениях \ (\ cos \ phi \) известен как коэффициент мощности , который представляет собой величину, на которую мощность, передаваемая в цепи, меньше теоретического максимума цепи из-за отсутствия напряжения и тока. фазы.{2} R. \ label {eq10} \]

Это уравнение дополнительно подчеркивает, почему при обсуждении выбирается среднеквадратичное значение, а не пиковые значения. Оба уравнения \ ref {eq5} и \ ref {eq10} верны для средней мощности, но среднеквадратичные значения в формуле дают более четкое представление, поэтому дополнительный коэффициент 1/2 не требуется.

Переменные напряжения и токи обычно описываются их действующими значениями. Например, напряжение 110 В от бытовой розетки является среднеквадратичным значением. Амплитуда этого источника равна \ (110 \ sqrt {2} \, V = 156 \, V \).Поскольку большинство измерителей переменного тока откалиброваны по среднеквадратичным значениям, типичный вольтметр переменного тока, установленный на бытовой розетке, будет показывать 110 В.

Для конденсатора и катушки индуктивности \ (\ phi = \ pi / 2 \) и \ (- \ pi / 2 \, rad \), соответственно. Поскольку \ (\ cos \, \ pi / 2 = cos (- \ pi / 2) = 0 \), мы находим из уравнения \ ref {eq5}, что средняя мощность, рассеиваемая любым из этих элементов, равна \ (P_ {ave } = 0 \). Конденсаторы и катушки индуктивности поглощают энергию из цепи в течение одного полупериода, а затем разряжают ее обратно в цепь в течение другого полупериода.Это поведение проиллюстрировано на графиках на рисунках \ (\ PageIndex {1b} \) и \ (\ PageIndex {1c} \), которые показывают, что \ (p (t) \) колеблется синусоидально около нуля. 2}} = \ dfrac {R} {Z}.{-6} F \) и \ (R = 5.00 \, \ Omega \).

1. Какое действующее значение напряжения на генераторе?
2. Какое сопротивление цепи?
3. Какова средняя выходная мощность генератора?

Стратегия

Действующее значение напряжения — это амплитуда напряжения, умноженная на \ (1 / \ sqrt {2} \). Импеданс цепи включает сопротивление и реактивные сопротивления конденсатора и катушки индуктивности. Средняя мощность рассчитывается по формуле \ ref {eq30}, потому что у нас есть импеданс цепи \ (Z \), среднеквадратичное напряжение \ (V_ {rms} \) и сопротивление \ (R \).2 / R \), где В заменяет действующее значение напряжения.

Упражнение \ (\ PageIndex {1A} \)

Вольтметр переменного тока, подключенный к клеммам генератора переменного тока 45 Гц, показывает 7,07 В. Напишите выражение для ЭДС генератора.

Ответ

\ (v (t) = (10.