Как рассчитать потребляемую мощность электроприбора?
Поговорим о том, как рассчитать потребляемую мощность. Для проведения вычислений потребуются элементарные знания из школьного курса электродинамики, связанные с напряжением, током, мощностью.
Параметры для вычислений
Чтобы рассчитать потребляемую мощность по току, необходимо знать его силу, а также величину напряжения источника. Мощность (Р) вычисляют путем перемножения тока на электрическое напряжение.
Формула для вычислений
Для того чтобы понять, как рассчитать потребляемую мощность электроприбора, остановимся на определении каждой физической величины, используемой в формуле.
Силой тока называют величину электрического заряда, который проходит через заданную площадь проводника за единицу времени.
Напряжение — это физическая величина, которая характеризуется электрическим полем, создаваемым током.
Единицей мощности является Вт, который представляет собой произведение 1А на 1В.
Особенности вычисления
К примеру, можно рассчитать потребляемую мощность электроэнергии при токе в цепи 3 А, напряжении 100 В. Величина мощности в таком случае составит 300 Вт.
В качестве внесистемной единицы измерения мощности используют вольт-ампер. Силу стараются указывать на прерывателях цепи (автоматических выключателях). Это максимальное значение, при котором будет происходить срабатывание прерывателя.
Кроме того, параметры напряжения и значение тока всегда присутствуют в документации, прилагаемой к приборам, и пишутся на его корпусе.
Значения этих физических величин, характерные для основных электрических приборов, можно отыскать в специализированных справочниках. Например, для бытовых осветительных приборов нормой считается сила тока в диапазоне пятнадцати ампер. Для мощных приборов, используемых в домашнем хозяйстве, сила тока может достигать 60 ампер. Показатель электрического напряжения в сети составляет 220 В.
Математические действия
Для того чтобы понять, как рассчитать потребляемую мощность, воспользуемся конкретным примером. Если показатель напряжения сети составляет 220 В, а по цепи протекает ток 2 А, то потребляемая мощность данного прибора составит 440 Вт.
Как рассчитать потребляемый ток, если дано значение силы тока? К примеру, при мощности 48 Вт и напряжении 24 В для определения силы тока нужно разделить величину мощности на напряжение. Ток в цепи составляет 2 А.
Как рассчитать потребляемый ток, зная мощность? Максимальный ток в цепи можно определить по величине мощности и электрического напряжения. Например, при 100 Вт и 2 В для вычисления тока мощность делим на напряжение, получаем 50 А.
Правила расчета потребляемой мощности
Поговорим о том, как рассчитать потребляемую мощность приборов, используемых в быту. Сначала его нужно внимательно осмотреть. Часто указывают мощность на самом корпусе прибора, для этого производителем штампуется специальная наклейка. Что можно прочитать на такой этикетке? Величину силы тока, параметры напряжения, а также максимальную мощность данного прибора. В некоторых случаях подобные сведения указываются изготовителем на шильдике бытового прибора.
Потребители оплачивают электрическую энергию именно на основе потребленной мощности, выражаемой в киловаттах. Номинальный ее показатель предполагает величину мощности, которая нужна для стабильного функционирования прибора. К примеру, для бытовых холодильников, этот параметр составляет 500 Вт.
Для экономии электрической энергии и денежных ресурсов, важно провести полные расчеты. Как рассчитать мощность потребляемой энергии во всем доме? Рассмотрим конкретный образец.
Расчет мощности лампочек
К примеру, при использовании двух электрических лампочек, имеющих мощности 100 Вт и 23 Вт, можно оценить экономическую целесообразность приобретения лампы меньшей мощности. Попробуем пояснить данное предположение на конкретном расчете. Итак, при вычитании из большего параметра меньшего, получаем разницу 77 В. При оплате счета за потребляемую электрическую энергию, начисления осуществляются на основе потребленных кВт/час. При работе ламп на протяжении длительного временного промежутка, можно, путем умножения, определить разницу в оплате за 23- и 100-ваттной лампы.
Чтобы лучше понять, как рассчитать потребляемую мощность, возьмем пример, когда в квартире используется десять лампочек, мощность каждой из которых составляет 100 Вт.
В сумме лампы потребляют 1000 Вт, то есть 1 кВт. Если за год они горят 2000 часов, это составляет 2000 кВт. При средней стоимости одного киловатт-часа 5 рублей придется заплатить за годовое использование ламп 50000 рублей. Для того чтобы снизить материальные расходы, многие владельцы квартир и домов уже давно установили энергосберегающие лампы.
Некоторые приборы потребляют электрическую энергию даже в тех случаях, когда они не работают, но остаются включенными в розетку. Если на приборе продолжает гореть светодиод, это свидетельствует о потреблении им некоторой мощности.
При вычислении потребляемой мощности по формуле результат получается весьма условным. Поэтому в случае, когда необходимо получение достоверного результата, используют ваттметры.
Заключение
В связи с постоянным ростом цен на электрическую энергию вопросы, касающиеся расчета потребляемой мощности, поиска способов экономии, являются своевременными и актуальными.
Практичные владельцы городских квартир и загородных особняков стараются заранее анализировать потребляемую мощность приобретаемых приборов, чтобы не оплачивать потом огромные счета за электроэнергию. Фундаментальные вычисления суммарной потребляемой мощности электрической энергии для индивидуального дома выполняют на стадии проектирования системы электрификации. В таком случае можно не только избежать лишних затрат на электрическую энергию, но и не допускать перегрузок, которые могут привести к порче приборов и даже к возгоранию.
Среди распространенных бытовых приборов, которые нужно учесть при вычислении суммарной потребляемой мощности, отметим лампы накаливания, электрическую плиту, холодильник, кухонный комбайн, пылесос, персональный комьютер, кофемашину, аэрогриль, электрический чайник, кухонную вытяжку, посудомоечную машину, бойлер.
Каждый из них рассчитан на потребление определенной мощности, то есть, будет «включен» в квитанцию за электрическую энергию. Самым простым способом достижения экономии семейного бюджета можно считать приобретение приборов для домашнего применения, имеющих класс энергосбережения А++.
Источник
Как рассчитать потребляемую мощность
Для выбора сечения питающих кабелей и проводов при прокладке электрических сетей потребителей нужно знать, приборы какой мощности будут в них включены. Как рассчитать потребляемую мощность того или иного электрического прибора, можно узнать, разобравшись в самом понятии мощности. Для этого хватит информации из школьной программы и элементарных понятий о токе, напряжении, сопротивлении. К тому же эти знания нужны при приобретении бытовых электроприборов.
Полная мощность и ее составляющие
Электрическая мощность – это величина, отвечающая за скорость изменения или передачи электроэнергии. Полная мощность обозначается буквой S и находится как произведение действующих значений тока и напряжения. Её единица измерения – вольт-ампер (В·А; V·A).
Полная мощность может складываться из двух составляющих: активной (P) и реактивной (Q).
Активная мощность измеряется в ваттах (Вт; W), реактивная – в варах (Вар).
Это зависит от того, какой тип нагрузки включён в цепь потребления электроэнергии.
Активная нагрузка
Такой тип нагрузки представляет собой элемент, оказывающий сопротивление электрическому току. В результате чего ток выполняет работу по нагреву нагрузки, и электричество превращается в тепло. Если к батарейке последовательно подключить резистор на любое сопротивление, то ток, проходящий по замкнутой цепи, будет нагревать его до тех пор, пока батарейка не разрядится.
Внимание! В качестве активной нагрузки в сетях переменного тока можно привести пример теплового электронагревателя (ТЭНа). Тепловыделение на нём – результат работы электричества.
К подобным потребителям также относятся спирали лампочек, электроплиты, духовки, утюг, кипятильник.
Емкостная нагрузка
В качестве такой нагрузки выступают аппараты, которые могут аккумулировать энергию в электрополях и создавать движение (колебание) мощности от источника к нагрузке и обратно. Ёмкостной нагрузкой служат конденсаторы, кабельные линии (ёмкость между жилами), последовательно и параллельно соединённые в контур конденсаторы и катушки индуктивности. Усилители звуковой мощности, синхронные электрические двигатели в перевозбуждённом режиме тоже нагружают линии ёмкостной составляющей.
Индуктивная нагрузка
Когда потребителем электричества является определённое оборудование, включающее в свой состав:
- трансформаторы;
- трёхфазные асинхронные двигатели, насосы.
На табличках, прикреплённых к оборудованию, можно увидеть такую характеристику, как cos ϕ. Это коэффициент сдвига фаз между током и напряжением в сети переменного тока, в которую будет включено оборудование. Его ещё называют коэффициентом мощности, чем ближе cos ϕ к единице, тем лучше.
Важно! Когда в устройстве содержатся индуктивные или ёмкостные компоненты: трансформаторы, дроссели, обмотки, конденсаторы, синусоидальный ток отстаёт по фазе от напряжения на некоторый угол. В идеале ёмкость обеспечивает сдвиг фазы на -900, а индуктивность – на + 900.
Ёмкостная и индуктивная составляющие в сумме образуют реактивную мощность. Тогда формула полной мощности имеет вид:
где:
- S – полная мощность (ВА);
- P – активная часть (Вт);
- Q – реактивная часть (Вар).
Если отобразить это графически, тогда можно увидеть, что векторное сложение P и Q будет полной величиной S – гипотенузой треугольника мощности.
Негативное воздействие реактивной нагрузки
Реактивная нагрузка не выполняет никакой полезной работы. Колебания реактивной составляющей от источника к потребителю только вызывают паразитные потери. Кроме того, промышленные предприятия обязаны платить за отпущенную им реактивную энергию. Это вызвано тем, что в большинстве своём приёмники энергии – электродвигатели и трансформаторы. Количество потреблённого электричества (кВт⋅ч) не всё идёт на полезную работу, а оплачивать нужно и её реактивную составляющую.
Решить эту проблему помогут конденсаторные компенсационные установки. Ведь если включить параллельно индуктивной нагрузке ёмкостную, то можно свести действие паразитных токов к минимуму. На подстанциях, питающих потребителей, устанавливаются такие установки.
Параметры для вычислений
Расчеты потребляемой мощности невозможно произвести, не зная следующих параметров:
- силы тока, потребляемого нагрузкой – I (А);
- напряжения питания, выдаваемого источником – U (В).
Если речь идёт не только об активной мощности, то нужно знать величину cos ϕ. Ее указывают на табличке, прикреплённой к прибору. В некоторых случаях необходимо знать и сопротивление нагрузки.
Формула для вычислений
Все данные, необходимые для подставления в формулу при вычислениях, можно либо измерить, либо взять из характеристик используемых приборов.
К сведению. Если в паспортных данных указана величина cos ϕ, значит, получаемое устройством электричество будет иметь реактивную составляющую. Это тоже нужно учитывать при вычислениях.
Формула для вычисления имеет вид:
где:
- I – ток в амперах;
- U – напряжение в вольтах;
- cos ϕ – сдвиг фаз.
В случае активной нагрузки сдвиг фаз в формулу не подставляется, и она имеет вид:
Особенности вычисления
Чтобы вычислить мощность, не обладая полными данными о потребляемом токе и напряжении, можно воспользоваться средними характеристиками. Обратившись к справочникам, можно узнать, что осветительное оборудование может потреблять ток до 15 А. Максимальный ток мощных приборов доходит до 50-60 А. Коэффициент мощности, если он не указан или не известен, можно брать 0,7 – это среднее значение.
Однофазное напряжение в бытовой сети – 220 В. Его линейное значение в трёхфазных сетях равно 380 В.
Математические действия
Основная формула позволяет вычислять неизвестную величину, когда известны две других. К примеру, если известен потребляемый прибором ток I = 2 А и напряжение сети U = 220 В, то потребляемая мощность равна Р = 2*220 = 440 Вт.
К примеру, известно, что утюг потребляет 2 кВт, а напряжение в розетке – 220 В, то можно найти силу тока, на которую рассчитано сечение жил питающего шнура.
I = P/U = 2000/220 = 9,1 А.
В случае дольных величин при использовании для вычислений калькулятора полученные значения округляют до десятых единиц искомой величины.
Правила расчета потребляемой мощности
В быту, когда возникает необходимость самостоятельно определить мощность потребления электроэнергии, выполняют следующее:
- определяют напряжение, необходимое для питания прибора;
- узнают из паспортных данных номинальную силу тока.
Как узнать мощность электроприбора, если вообще не известен ни один параметр? Бытовые электроприборы рассчитаны на напряжение 220 В.
Чтобы определить мощность, допустимо измерить потребляемый ток. Это можно сделать с помощью прибора амперметра. Его включают в цепь последовательно, предварительно выставив самый большой предел измерений – не меньше сотни ампер. Токоизмерительные клещи помогут без особого труда измерить ток, для чего один из проводников обхватывается датчиком клещей, и показания отображаются на дисплее. Зная напряжение, умножают его на измеренный ток, получают величину потребляемой мощности.
Расчет мощности лампочек
Подбор мощности ламп накаливания зависит от желаемой величины освещённости жилого помещения. Одна лампочка мощностью 100 Вт, работая в тёмное время суток не менее 12 часов, потребляет мощность 1,2 кВт. За месяц это составит 36 кВт, за год – не менее 432 кВт. Если лампочек в квартире 10 шт., то суммарное годовое потребление составит 4320 кВт. При цене за 1 кВт электроэнергии – 5 рублей, сумма получается приличная – 21000 рублей. Поэтому замена ламп накаливания на энергосберегающие источники света: светодиодные лампы, светодиодные ленты и им подобные, позволяет экономить средства. Кроме того, снижение мощности таких лампочек не снижает величины светового потока. Пониженное напряжение питания светодиодных лент также понижает величину потребляемой мощности.
Измерение мощности приборами
Для измерения Р можно воспользоваться специальными приборами. Для этого подойдёт мультиметр, к которому можно подключить токоизмерительные клещи. Как измерить мощность мультиметром? Тестер включается на режим измерения переменного напряжения, клещи должны обхватывать только один проводник, подводимый к нагрузке.
Разделение проводников в кабеле не всегда удобно. К тому же после измерений нужно рассчитывать мощность по формуле.
Измеритель мощности
Для измерения можно использовать специальный прибор – ваттметр. Прибор включается в розетку, в его выходное гнездо включают нагрузку, мощность которой нужно измерять. Результаты проводимого измерения выводятся на дисплей уже в киловаттах.
Измерение мощности с помощью электросчетчика
Используя квартирный счётчик электроэнергии, можно также проверить потребляемую мощность отдельного прибора. Для этого необходимо:
- выключить все потребители энергии, оставив в режиме потребления лишь тестируемый прибор;
- отметить показания на текущий момент и зафиксировать их значения через час;
- произвести вычитания последних значений из предыдущих показаний;
- результат будет измеренной величиной.
Основной недостаток такого блока действий – отключение других необходимых бытовых приборов.
Информация. При использовании этого метода, пользуясь моментом, можно посмотреть, нет ли скрытой утечки тока, и исправность счётчика. При отключении всех приборов электросчётчик должен остановиться.
Потребляемая энергия
Расчёт потребляемой энергии для дома или квартиры не представляет особой сложности. Для этого требуется выполнить следующий алгоритм действий:
- составить таблицу всех электроприборов, используемых в доме, включая и лампы освещения;
- в отдельные графы вынести: мощность прибора, часы работы в сутки;
- для каждого потребителя энергии посчитать (путём умножения мощности на время работы) среднесуточное потребление;
- просуммировать все полученные величины мощности.
Такой расчёт даст реальную картину потребления электроэнергии. Пользуясь этими данными, можно контролировать расход и корректировать потребляемую суточную мощность каждого прибора.
Не важно, каким способом рассчитывается или измеряется потребляемая мощность. Главная задача процесса – грамотно подобрать сечение проводников для устройства проводки, подвода питающих кабелей и обеспечить срабатывание автоматической защиты. Кабель, подводящий напряжение в помещение, должен выдерживать одновременное включение всех потребителей, расположенных в нём длительное время. Его выбор напрямую зависит от точности определения мощности потребителей.
Видео
Источник
Формула мощности электрического тока, расчет по мощности и напряжению
Для того, чтобы обеспечить безопасность при эксплуатации промышленных и бытовых электрических приборов, необходимо правильно вычислить сечение питающей проводки и кабеля. Ошибочный выбор сечения жил кабеля может привести из-за короткого замыкания к возгоранию проводки и к возникновению пожара в здании.
Что такое мощность (Р) электротока
Электрическая мощность является физической величиной, характеризующей скорость преобразования или передачи электрической энергии. Единицей измерения по Международной системе единиц (СИ) является ватт, в нашей стране обозначается Вт, международное обозначение — W.
Что влияет на мощность тока
На мощность (Р) влияет величина силы тока и величина приложенного напряжения. Расчет параметров электроэнергии выполняется еще на стадии проектирования электрических сетей объекта. Полученные данные позволяют правильно выбрать питающий кабель, к которому будут подключаться потребители. Для расчетов силы электротока используется значения напряжения сети и полной нагрузки электрических приборов. В соответствии с величиной силы электротока выбирается сечение жил кабелей и проводов.
Отличия мощности при постоянном и переменном напряжении
Ведем обозначения электрических величин, которые приняты в нашей стране:
- Р − активная мощность, измеряется в ваттах, обозначается Вт;
- Q − реактивная мощность, измеряется в вольт амперах реактивных, обозначается ВАр;
- S − полная мощность, измеряется в вольт амперах, обозначается ВА;
- U − напряжение, измеряется в вольтах, обозначается ВА;
- I − ток, измеряется в амперах, обозначается А;
- R − сопротивление, измеряется в омах, обозначается Ом.
Назовем основные отличия P на постоянном и Q на переменном электротоке. Расчет P на постоянном электротоке получается наиболее простым. Для участков электрической цепи справедлив закон Ома. В этом законе задействованы только величина приложенного U (напряжения) и величина сопротивления R.
Расчет S (полной мощности) на переменном электротоке производится несколько сложнее. Кроме P, имеется Q и вводится понятие коэффициента мощности. Алгебраически складывая активную P и реактивную Q, получают общую S.
По какой формуле вычисляется
Расчет силы тока по мощности и напряжению в сети постоянного тока
Для расчета силы I (тока), надо величину U (напряжения) разделить на величину сопротивления.
Расчет силы тока по мощности и напряжению:
Измеряется в амперах.
Для такого случая электрическую Р (активную мощность) можно посчитать как произведение силы электрического I на величину U.
Формула расчета мощности по току и напряжению:
Все компоненты в этих двух формулах характерны для постоянного электротока и их называют активными.
Исходя из этих двух формул, можно вывести также еще две формулы, по которым можно узнавать P:
Однофазные нагрузки
В однофазных сетях переменного электротока требуется произвести вычисление отдельно для Р и Q нагрузки, затем надо при помощи векторного исчисления их сложить.
В скалярном виде это будет выглядеть так:
В результате расчет P, Q, S имеет вид прямоугольного треугольника. Два катета этого треугольника представляют собой P и Q составляющие, а гипотенуза — их алгебраическую сумму.
S измеряется в вольт-амперах (ВА), Q измеряется в вольт-амперах-реактивных (ВАр), Р измеряется в ваттах (Вт).
Зная величины катетов для треугольников, можно рассчитать коэффициент мощности (cos φ). Как это сделать, показано на изображении треугольника.
Расчет в трехфазной сети
Переменный I (ток) отличается от постоянного по всем параметрам, особенно наличием нескольких фаз. Расчет P в трехфазной нагрузке необходим для правильного определения характеристик подключаемой нагрузки. Трехфазные сети широко применяются в связи с удобством эксплуатации и малыми материальными затратами.
Трехфазные цепи могут соединяться двумя способами – звездой и треугольником. На всех схемах фазы обозначают символами А, В, С. Нейтральный провод обозначают символом N.
При соединении звездой различают два вида U (напряжения) – фазное и линейное. Фазное U определяется как U между фазой и нейтральным проводом. Линейное U определяется как U между двумя фазами.
Эти два U связаны между собой соотношением:
Линейные и фазные электротоки при соединении звездой равны друг другу: IЛ = IФ
Форма расчета S при соединении звездой:
S = SA + SB + SC = 3 × U × I
Р = 3 × Uф × Iф × cos φ
Q = √3 × Uф × Iф × sin φ.
При соединении треугольником фазное и линейное U равны друг другу: UЛ = UФ
Линейный I при соединении треугольником определяется по формуле:
Формулы мощности электрического тока при соединении треугольником:
- S = 3 × Sф = √3 × Uф × Iф;
- Р = √3 × Uф × Iф × cosφ;
- Q = √3 × Uф × Iф × sinφ.
Средняя P в активной нагрузке
В электрических сетях P измеряют при помощи специального прибора – ваттметра. Схемы подключения находятся в зависимости от способа подключения нагрузки.
При симметричной нагрузке P измеряется в одной фазе, а полученный результат умножают на три. В случае несимметричной нагрузки для измерения потребуется три прибора.
Параметры P электросети или установки являются важными данными электрического прибора. Данные по потреблению P активного типа передаются за определенный период времени, то есть передается средняя потребляемая P за расчетный период времени.
Подбор номинала автоматического выключателя
Автоматические выключатели защищают электрические аппараты от токов короткого замыкания и перегрузок.
При аварийном режиме они обесточивают защищаемую цепь при помощи теплового или электромагнитного механизма расцепления.
Тепловой расцепитель состоит из биметаллической пластины с различными коэффициентами теплового расширения. Если номинальный ток превышен, пластина изгибается и приводит в действие механизм расцепления.
У электромагнитного расцепителя имеется соленоид с подвижным сердечником. При превышении заданного I, в катушке увеличивается электромагнитное поле, сердечник втягивается в катушку соленоида, в результате чего срабатывает механизм расцепления.
Минимальный I, при котором тепловой расцепитель должен сработать, устанавливается с помощью регулировочного винта.
Ток срабатывания у электромагнитного расцепителя при коротком замыкании равен произведению установленного срабатывания на номинальный электроток расцепителя.
Видео о законах электротехники
Из следующего видео можно узнать, что такое электричество, мощность электрического тока. Даны примеры практического применения законов электротехники.
Источник