Меню

Измерение мощности электрического оборудования



Как определить потребляемую мощность электроприбора?

Электричество в массовом масштабе используется во всех сферах современной жизни. Необходимая эксплуатационная гибкость электросети обеспечивается использованием розеток к которым подключаются те или иные приборы. Мощность подключаемого устройства не должна превышать определенного максимального значения.

Что такое потребляемая мощность?

Потребляемая мощность — это численная мера количества электрической энергии, необходимой для функционирования электроприбора или преобразуемой им в процессе функционирования. Для статических устройств (плита, утюг, телевизор, осветительные приборы) энергия тока при работе переходит в тепло). При преобразовании (электродвигатели) – энергия электрического тока преобразуется в механическую энергию.

Основная единица электрической мощности – Ватт, ее численное значение

где U – напряжение, Вольты, I – ток, амперы.

Иногда этот параметр указывают в В×А (V×А у импортной техники), что более правильно для переменного тока. Разница между Ваттами и В×А для бытовых сетей мала и ее можно не учитывать.

Потребляемая электрическая мощность важна при планировании проводки (от нее зависит сечение проводов, а также выбор номиналов и количество защитных автоматов). При эксплуатации она определяет затраты на содержание жилища.

Проблема правильной эксплуатации бытовой электрической сети

С конструктивной точки зрения бытовая электрическая сеть отработана до высокой степени совершенства: ее нормальная эксплуатация не требует специальных знаний.

Сеть рассчитана на определенные условия эксплуатации, нарушение которых приводит к полному или частичному отказу, а в тяжелых случаях – к возникновению пожара.

Условие правильной эксплуатации – отсутствие перегрузки.

При этом нагрузочная способность розеток и потребление подключаемой к ним техники измеряется различными единицами:

  • для розеток это максимально допустимый переменный ток (6 А у традиционных советских розеток старого жилого фонда, 10 или даже 16 А у розеток европейского стиля);
  • подключаемое оборудование характеризуются мощностью, которая измеряется в Ваттах (для мощных устройств вместо Ватт указываются более крупные единицы: киловатты (1 кВт = 1000 Вт), что позволяет не путаться в многочисленных нулях).

Отсюда возникает необходимость:

  • определения связи мощности и тока;
  • нахождения мощности отдельного электрического прибора.

Связь между Ваттами и Амперами проста и следует прямо из приведенного выше определения Ватта. Задача упрощается тем, что напряжение исправной бытовой сети всегда одинаково (220 или 230 В). Отсюда по току всегда находится мощность.

Как определить?

Для решения задачи нахождения мощности можно воспользоваться различными способами. Все они доступны для применения даже при знаниях в области физики и электротехники на уровне школьной программы.

Чаще мощность находят через определение тока, иногда можно обойтись без промежуточных процедур и определит ее сразу.

Смотрим в техпаспорт

Обычно потребляемая мощность указывается в паспорте или описании устройства и дублируется на фирменной табличке-шильдике. Последняя находится на задней стенке корпуса или его основании.

В случае отсутствия описания этот параметр можно узнать по интернету, для чего достаточно воспользоваться поиском по названию устройства.

Указываемая производителем техники мощность относится к пиковой и потребляется от сети только при полной нагрузки, что встречается достаточно редко. Образовавшаяся разница рассматривается как запас. На нормативном уровне этот запас определяют через коэффициент мощности.

Закон Ома в помощь

Мощность большинства бытовых электрических устройств можно довольно точно оценить экспериментально-расчетным путем с привлечением известного еще со средней школы закона Ома. Этот эмпирический закон связывает между собой напряжение, ток и сопротивление R нагрузки как:

P = U 2 /R.
U = 230 В, а сопротивление измеряется тестером. Далее следует простой расчет по формуле
P = 48 400/R Вт.

Например, при R = 200 Ом получаем мощность Р = 240 Вт.

Метод не учитывает так называемое реактивное сопротивление прибора, которое создается в первую очередь входными трансформаторами и дросселями, и поэтому получаемая оценка дает некоторое завышение.

Используем электросчетчик

При определении мощности по счетчику можно поступить двумя различными способами. В обоих случаях от бытовой сети должен питаться только тестируемый прибор. Все без исключения остальные потребители должны быть отключены.

При первом подходе для замера мощности привлекается оптический индикатор счетчика, интенсивность вспышек которого пропорциональна потребляемой мощности. Коэффициент пропорциональности указан на лицевой панели в единицах imp/kWh или имп/кВтч, рисунок 1, где imp – количество импульсов (вспышек индикатора) на один киловатт час.

Лицевая панель бытового счетчика электроэнергии с оптическим индикатором

Рисунок 1. Лицевая панель бытового счетчика электроэнергии с оптическим индикатором

После включения исследуемого устройства необходимо начать считать вспышки индикатора на протяжении 15 или 20 минут. Затем полученное значение умножается на 3 или на 4 (при 20- или 15-минутном интервале замера, соответственно) и делится на коэффициент с лицевой панели. Результат выкладки дает мощность прибора в кВт, который в ряде случаев умножением на 1000 удобно перевести в Ватты.

Пример. Для счетчика имеем k = 1600 импульсов на киловатт час. При 20 минутном интервале замера индикатор сработал (вспыхнул) 160 раз. Тогда мощность устройства составит 160*3/1600 = 0,3 кВт или 300 Вт.

При втором подходе также используется 15- или 20-минутный интервал времени, но расход электроэнергии определяется уже по цифровой шкале. Например, при разности показаний за 20 минут 0,2 кВт×час мощность агрегата составляет 0,2 × 3 = 0,6 кВт или 600 Вт.

Ваттметром

Современный бытовой измеритель мощности или ваттметр удобен для использования, так как:

  • включается непосредственно в разрыв цепи, для чего снабжен вилкой и розеткой, см. рисунок 2;
  • оборудован легко читаемым цифровым индикатором и снабжен внутренними цепями автоматической настройки, что исключает ошибки в показаниях;
  • отличается хорошими массогабаритными показателями.
Читайте также:  Индивидуальная компенсация реактивной мощности асинхронных двигателей

Прибор готов к работе немедленно после включения.

Цифровой бытовой ваттметр

Рис. 2. Цифровой бытовой ваттметр

Единственный его недостаток – узкая специализация, поэтому этот прибор редко встречается в домашнем хозяйстве.

Прямое измерение тока

Методы той группы отличаются более высокой точностью за счет того, что основаны на прямом измерении тока. Существуют два прибора для выполнения этой процедуры в бытовых условиях.

Замер токовыми клещами

Наиболее удобны для использования токовые клещи, которые не требуют разрыва контролируемой цепи. Выполнены как ручное устройство с измерительным узлом на основе тороидального сердечника. Для замера тока узел раскрывают на манер губок клещей, после чего закрывают с охватом провода, рисунок 3. Действующее значение тока находится по изменению магнитного поля, которое фиксируется датчиком Холла.

Измерение токовыми клещами

Рис. 3. Измерение токовыми клещами

Замер тестером

Второй способ основан на применении тестера, который переключают в режим амперметра и включают в разрыв цепи. Сложности реализации этой процедуры простыми средствами делают его мало популярным на практике. Нельзя сбрасывать со счетов также то, что некоторые модели тестеров не имеют токовой защиты и выходят из строя (сгорают) при неправильном выборе диапазона (токовой перегрузке).

Заключение

Как видим, мощность электроприборов может быть определена различными способами. Выбор конкретного из них зависит от уровня технической подготовки пользователя и наличия у него необходимых приборов, а доступность нескольких из них вполне может привлекаться как средство контроля правильности выполнения расчетов и измерений.

Простота реализации любого из рассмотренных способов позволяет гарантировать отсутствие перегрузки силовых розеток и достаточно быстро и довольно точно определять фактический потребляемый ток в том случае, если у электрического устройства отсутствуют паспортные данные.

Источник

Как правильно рассчитать потребляемую мощность

Количество потребляемой электроэнергии приборами бытовой техники, освещения, отопления, кондиционирования и вентиляции, напрямую влияет на сумму оплаты за электричество. Любое оборудование поглощает энергию в объёме соответствующей мощности прибора. Эта важная характеристика является основой для расчёта потребления электроэнергии. Как рассчитать потребляемую мощность электроприборов и определить расход электричества — это вопросы, ответы на которые даны в этой статье.

Подключение потребителя электроэнергии:

кофеварка

Что такое мощность электропотребителя

Этот физический параметр отражает потребление определённого количества электричества за единицу времени. По-иному — отношение работы к промежутку времени, за который она была выполнена. Практически на каждом электроприборе есть маркировка. Например, надпись на лампочке «60 Вт» означает, что она за 1 час истратит именно это количество энергии. А вот если на перфораторе указана характеристика — 800 Вт, то за полчаса его работы будет израсходовано 400 Вт.

Происхождение единицы измерения киловатт/час

Интенсивное изучение электричества учёными Европы началось примерно в XVII веке, тогда же были сделаны основополагающие открытия, положившие началу и развитию такой науки, как электротехника. Шотландский инженер, изобретатель-механик (1736–1819 г.г.) Джеймс Уатт ввёл в обиход первую единицу мощности — лошадиную силу.

Портрет Джеймса Уатта:

Портрет Джеймса Уатта

В 1782 году Британская ассоциация инженеров присвоила фамилию учёного единице измерителя мощности — Ватт. Нужно иметь в виду, что на русском языке английская буква «W» имеет двойное прочтение, как «В» или «Уа». Поэтому фамилию изобретателя читаем Уатт, а единицу измерения — Ватт. В 1889 году единица измерения получила мировое признание. Лишь в 1960 году «Ватт» официально вошёл в международную систему СИ, как измеритель мощности любого вида энергии, будь-то она тепловой, механической или электрической.

Расход электроэнергии, потреблённой за определённый промежуток времени, измеряют в Вт/ч. Чтобы сократить количество символов при обозначении мощности потребления электроприбором электроэнергии, была введена в обиход такая единица, как киловатт/час — кВт/ч (1000 Вт/ч).

Определение потребляемой мощности

Вычисление потребления электроэнергии по мощности можно осуществить несколькими способами. Они описаны далее.

Данные на шильдике

Со временем сложилась общепринятая практика — обозначать технические параметры бытовых приборов на шильдиках. Чтобы узнать потребляемую мощность, достаточно прочитать данные на табличке.

Шильдики

Расчёт по формуле

Зная напряжение в источнике тока (розетка бытовой сети, батарейки или аккумулятор) и ток, который потребляет прибор, нет ничего проще, как определить потребляемую мощность электроприбора. В этом случае формула расчёта будет выглядеть так:

N = VxI. Где N — мощность (Вт); V — напряжение (В); I — сила тока (А).

Мультиметр

Например, с помощью мультиметра в режиме амперметра узнают силу тока, на которую рассчитана электропила — 8.2 ампер. Так как оборудование работает от бытовой электросети напряжением 220 вольт, то посчитать расход электроэнергии пилой будет довольно просто: 220×8.2 = 1800 Вт = 1.8 кВт.

Схема измерения силы тока мультиметром:

Схема измерения силы тока мультиметром

Измерение ваттметром

Это универсальный способ того, как рассчитать потребление электроэнергии с помощью подобного прибора. В настоящее время его довольно просто приобрести в сетевой торговле в одном из китайских интернет-магазинов.

Ваттметр

Ваттметр — измеритель мощности различных электрических потребителей. Устройство определяет силовую характеристику прибора любого назначения, работающего от бытовой электросети. На его тыльной стороне находится вилка, которую вставляют в розетку. В передней части корпуса под дисплеем расположена своя розетка. К ней подсоединяют испытуемое оборудование.

Читайте также:  Как определить мощность предприятия общественного питания 1

Использование этого тестера — это один из способов, как рассчитать расход электроэнергии любого бытового электроприбора. Измеритель мощности является своеобразным мостиком, соединяющим через себя потребителя с источником тока. Им производят измерения в течение определённого времени. Потом можно рассчитать, сколько денег «тратит» холодильник или стиральная машина. В тестере есть встроенный аккумулятор, который нужен для запоминания полученных ранее показаний и расчёта денежных затрат за потреблённое электричество. Иными словами, ваттметр можно охарактеризовать как индивидуальный электросчётчик, который обслуживает один электроприбор.

Метод исключения

При таком способе в роли измерителя мощности выступает электросчётчик. Допустим, что в доме работает электрооборудование, на котором нет шильдика, документация на него давно утеряна или её не было вообще. Есть самый простой способ, как рассчитать расход электроэнергии — это метод исключения. Поступают следующим образом: в квартире или доме обесточивают все приборы, гасят освещение, на электросчётчике блочные тумблеры ставят в положение «Выкл.» кроме одного.

Снятие показаний электросчётчика:

Снятие показаний электросчётчика

Нужный прибор включают на возможно длительное время. Следует зафиксировать количество потреблённого электричества в течение 1 часа. Если обстоятельства не позволяют сделать это, то включение производят в течение временного промежутка, кратного 60 минутам.

Например, если оборудование проработало 10 или 20 минут, то результат соответственно умножают на 6 или 3. Если в течение часа прибор потребил 800 Вт, то это значит, что его мощность равна 0.8 кВт/ч. Если вывести среднее количество часов работы электропотребителя в месяц, то можно определить затраты, которые приносит данное оборудование. Для этого показатель умножают на стоимость 1 кВт/ч.

Калькулятор потребляемой мощности

В качестве измерителя мощности можно использовать онлайн-калькулятор. Один из его вариантов всегда можно найти в интернете. Основное предназначение сетевого сервиса поможет в том, как определить мощность всех потребителей электрического тока, находящихся в доме, квартире или офисе. Полученные результаты носят ориентировочный характер, но с их помощью можно посчитать траты электричества разными типами потребителей.

Пользуясь калькулятором, хозяева жилья могут рассчитывать будущие расходы на оплату электроэнергии. Зная слабые места в общей картине энергопотребления, можно оптимизировать режим работы основных электроприборов. Это может принести существенную экономию семейному бюджету.

Калькулятор прост в обращении. В окна интерфейса вводят соответствующие данные о приборах освещения — мощность и количество ламп разного типа, затем вносят информацию об электроприборах: холодильнике, телевизоре, стиральной машине и прочей бытовой технике, компьютере, сопутствующей оргтехнике и различных электроинструментах. После этого в окно «Стоимость 1 кВт» вводят действующий тариф на электроэнергию. Нажав курсором на кнопку «Рассчитать», получают расчётное значение энергопотребления за месяц, а также сумму к оплате за электричество.

Информативный способ

В интернете есть много информации о мощностях различных бытовых приборов. Хозяева жилья знают и могут составить перечень потребителей электроэнергии с указанием их средней мощности, взятой в сети. Также жильцы могут посчитать определённое количество рабочих часов приборов в сутки. Отсюда получают конечный результат расхода электроэнергии за месяц.

Для силовых установок (к ним относится оборудование с электромоторами) следует вводить поправочный коэффициент k = 1.2, учитывающий резкий рост пусковой мощности. В следующей таблице указан стандартный список бытовых приборов. Он может существенно отличаться от списка, в котором будет присутствовать оборудование приусадебного хозяйства — это станки, насосы, газонокосилки и многое другое.

Средняя мощность бытовых приборов:

Средняя мощность бытовых приборов

После прочтения данной статьи становится понятно, что такое потребляемая мощность электроприборов и как её можно рассчитать. Правильность любого расчёта расходов на оплату электричества проверяется счётом местной электрокомпании. При существенном расхождении результатов, нужно пересмотреть методику подсчёта потребляемой мощности всех электроприборов. Надо знать, что все способы подсчётов не будут точными, зато они смогут подсказать, где можно сэкономить электроэнергию.

Видео по теме

Источник

§102. Измерение мощности и электрической энергии

Измерение мощности. В цепях постоянного тока мощность измеряют электро- или ферродинамическим ваттметром. Мощность может быть также подсчитана перемножением значений тока и напряжения, измеренных амперметром и вольтметром.

В цепях однофазного тока измерение мощности может быть осуществлено электродинамическим, ферродинамическим или индукционным ваттметром. Ваттметр 4 (рис. 336) имеет две катушки: токовую 2, которая включается в цепь последовательно, и напряжения 3, которая включается в цепь параллельно.

Ваттметр является прибором, требующим при включении соблюдения правильной полярности, поэтому его генераторные зажимы (зажимы, к которым присоединяют проводники, идущие со стороны источника 1) обозначают звездочками.

Рис. 336. Схема для измерения мощности

Рис. 336. Схема для измерения мощности

Для расширения пределов измерения ваттметров их токовые катушки включают в цепь при помощи шунтов или измерительных трансформаторов тока, а катушки напряжения — через добавочные резисторы или измерительные трансформаторы напряжения.

Измерение электрической энергии. Способ измерения . Для учета электрической энергии, получаемой потребителями или отдаваемой источниками тока, применяют счетчики электрической энергии. Счетчик электрической энергии по принципу своего действия аналогичен ваттметру. Однако в отличие от ваттметров вместо спиральной пружины, создающей противодействующий момент, в счетчиках предусматривают устройство, подобное электромагнитному демпферу, создающее тормозящее усилие, пропорциональное частоте вращения подвижной системы. Поэтому при включении прибора в электрическую цепь возникающий вращающий момент будет вызывать не отклонение подвижной системы на некоторый угол, а вращение ее с определенной частотой.

Читайте также:  Зная мощность как рассчитать сечение кабеля по мощности

Число оборотов подвижной части прибора будет пропорционально произведению мощности электрического тока на время, в течение которого он действует, т. е. количеству электрической энергии, проходящей через прибор. Число оборотов счетчика фиксируется счетным механизмом. Передаточное число этого механизма выбирают так, чтобы по показаниям счетчика можно было отсчитывать не обороты, а непосредственно электрическую энергию в киловатт-часах.

Наибольшее распространение получили ферродинамические и индукционные счетчики; первые применяют в цепях постоянного тока, вторые — в цепях переменного тока. Счетчики электрической энергии включают в электрические цепи постоянного и переменного тока так же, как и ваттметры.

Ферродинамический счетчик (рис. 337) устанавливают на э. п. с. постоянного тока. Он имеет две катушки: неподвижную 4 и подвижную 6. Неподвижная токовая катушка 4 разделена на две части, которые охватывают ферромагнитный сердечник 5 (обычно из пермаллоя). Последний позволяет создать в приборе сильное магнитное поле и значительный вращающий момент, обеспечивающий нормальную работу счетчика в условиях тряски и вибраций. Применение пермаллоя способствует уменьшению погрешности счетного механизма 2 от гистерезиса магнитной системы (он имеет весьма узкую петлю гистерезиса).

Чтобы уменьшить влияние внешних магнитных полей на показания счетчика, магнитные потоки отдельных частей токовой катушки имеют взаимно противоположное направление (астатическая система). При этом внешнее поле, ослабляя поток одной части, соответственно усиливает поток другой части и оказывает в целом небольшое влияние на результирующий вращающий момент, создаваемый прибором. Подвижная катушка 6 счетчика (катушка напряжения) расположена на якоре, выполненном в виде диска из изоляционного материала или в виде алюминиевой чаши. Катушка состоит из отдельных секций, соединенных с пластинами коллектора 7 (эти соединения на рис. 337 не показаны), по которому скользят щетки из тонких серебряных пластин.

Ферродинамический счетчик работает принципиально как двигатель постоянного тока, обмотка якоря которого подключена параллельно, а обмотка возбуждения — последовательно с потребителем электроэнергии. Якорь вращается в воздушном зазоре между полюсами сердечника. Тормозной момент создается в результате взаимодействия потока постоянного магнита 1 с вихревыми токами, возникающими в алюминиевом диске 3 при его вращении.

Для компенсации влияния момента трения и уменьшения благодаря этому погрешности прибора в ферродинамических счетчиках устанавливают компенсационную катушку или в магнитном поле неподвижной (токовой) катушки помещают лепесток из пермаллоя, который имеет высокую магнитную проницаемость при малой напряженности поля. При небольших нагрузках этот лепесток усиливает магнитный поток токовой катушки, что приводит к увеличению вращающего момента и компенсации трения. При увеличении нагрузки индукция магнитного поля катушки увеличивается, лепесток насыщается и его компенсирующее действие перестает возрастать.

При работе счетчика на э. п. с. возможны сильные толчки и удары, при которых щетки могут отскакивать от коллекторных пластин. При этом под щетками будет возникать искрение. Для его предотвращения между щетками включают конденсатор С и резистор R1. Компенсация температурной погрешности осуществляется с помощью термистора Rт (полупроводникового прибора, сопротивление которого зависит от температуры). Он включается совместно с добавочным резистором R2 параллельно подвижной катушке. Чтобы уменьшить влияние тряски и вибраций на работу счетчиков, их устанавливают на э. п. с. на резинометаллических амортизаторах.

Индукционный счетчик имеет два электромагнита (рис. 338,а), между которыми расположен алюминиевый диск 7. Вращающий момент в приборе создается в результате взаимодействия переменных магнитных потоков Ф1 и Ф2, созданных катушками электромагнитов, с вихревыми токами Iв1 и Iв2, индуцируемыми ими в алюминиевом диске (так же, как и в обычном индукционном измерительном механизме, см. § 99).

В индукционном счетчике вращающий момент М должен быть пропорционален мощности P=UIcos?. Для этого катушку 6 одного из электромагнитов (токовую) включают последовательно с нагрузкой 5, а катушку 2 другого (катушку напряжения) — параллельно нагрузке. В этом случае магнитный поток Ф1 будет пропорционален току I в цепи нагрузки, а поток Ф2 — напряжению U, приложенному к нагрузке. Для обеспечения требуемого угла сдвига фаз ? между потоками Ф1 и Ф2 (чтобы sin? = cos?) в электромагните катушки напряжения предусмотрен магнитный шунт 3, через который часть потока Ф2 замыкается

Рис. 337. Ферродинамический счетчик электрической энергииРис. 337. Ферродинамический счетчик электрической энергии

Рис. 338. Индукционный счетчик электрической энергииРис. 338. Индукционный счетчик электрической энергии

помимо диска 7. Угол сдвига фаз между потоками Ф1 и Ф2 точно регулируется изменением положения металлического экрана 1, расположенного на пути потока, ответвляющегося через магнитный шунт 3.

Тормозной момент создается так же, как в ферродинамическом счетчике. Компенсация момента трения осуществляется путем создания небольшой несимметрии в магнитной цепи одного из электромагнитов с помощью стального винта.

Для предотвращения вращения якоря при отсутствии нагрузки под действием усилия, созданного устройством, компенсирующим трение, на оси счетчика укрепляется стальной тормозной крючок. Этот крючок притягивается к тормозному магниту 4, благодаря чему предотвращается возможность вращения подвижной системы без нагрузки.

При работе же счетчика под нагрузкой тормозной крючок практически не влияет на его показания.

Чтобы диск счетчика вращался в требуемом направлении, необходимо соблюдать определенный порядок подключения проводов к его зажимам. Нагрузочные зажимы прибора, к которым подключают провода, идущие от потребителя, обозначают буквами Я (рис. 338,б), генераторные зажимы, к которым подключают провода от источника тока или от сети переменного тока,— буквами Г.

Источник