Мощность электрического тока: особенности, формулы расчета

Работа в различных условиях

Модуль комплексного показателя интенсивности передвижения равняется показателю полной нагрузки. Действительная составляющая часть приравнивается к активной силе, а мнимая считается реактивным видом. Имеет место положительный или отрицательный знак, что зависит от интенсивности загруженности цепи. Комплексная мощность должна соответствовать сопряженному электрическому сопротивлению. Положительная нагрузка характеризуется соотношением Р > 0, а знак минус проявляется в случае Р < 0.

Измерение мощностных характеристик переменного потока электронов проводится при пропускании равного по значению тока по фазным проводникам. Показатели силы течения заряженных частиц с применением нулевого проводника имеют ничтожную размерность. Равномерная или симметричная фазовая нагрузка в трехфазной магистрали зависит от величины протекающих токов. Неравномерная или несимметричная нагрузка зависит от прохождения потока по нейтральным или нулевым кабелям. Общий мощностной уровень находится суммированием.

Если присутствует фазовый сдвиг между напряжением и силой тока, то он совпадает с углом смещения между векторными радиусами показателей электротока. В условиях переменного напряжения совпадение векторных радиусов тока и вольтажа отмечается только при отсутствии в цепи конденсаторов и катушек индукции. Установка индукторов не мешает совпадению фазных значений. При этом происходит векторное вращение равной интенсивности. График смещения внутреннего угла остается постоянным.

Если в магистрали происходит сдвиг напряжения и переменного тока, то мощностные показатели представляются значением с отрицательным знаком, так как калькулятор перемножает положительные и отрицательные величины. Продолжительность периодов зависит от уровня смещения фаз. При этом длительность отрицательных нагрузок определяет характеристики сдвига. При расчетах используются показатели сопротивления, которые знакомы из физического закона Ома.

Единица измерения мощности

Вместо соотношения, принято использовать единицу «ватт» (Вт)

Измеряют W и в лошадиных силах (л.с.). В электротехнике эта единица не применяется. Но иногда требуется сравнить, к примеру, мощность дизельного двигателя, выражаемую обычно в л.с., и электрического, определяемую в Вт.

Соотношение следующее: 1 л.с. = 735,5 Вт (в англоязычных странах — 745,7 Вт). Между тем, желающие обзавестись ИБП, стабилизатором или автономным электрогенератором обнаруживают, что мощность в характеристиках устройства указана вовсе не в ваттах, а в вольт-амперах (ВА). Поскольку W = U * I, то мощность действительно можно выражать в таких единицах, то есть = .

Но почему же не используют привычные ватты? Так поступают, чтобы отличить W полную (это она измеряется в ВА) от так называемой активной. Дело в том, что в электроприемниках с обмотками, прежде всего электродвигателях и трансформаторах (например, блоки питания), в полезную работу превращается не вся потребляемая электроэнергия, а только ее часть.

Обмотка — это катушка, а протекающий в катушке ток, как было сказано, создает сильное магнитное поле. Если ток переменный, то и параметры поля изменяются, а такое поле, согласно открытому М. Фарадеем закону электромагнитной индукции, наводит в самой катушке ЭДС самоиндукции.

Последняя направлена против изменения силы тока при ее возрастании (первая четверть периода), а при снижении (вторая четверть) — в одном с ней направлении.

На преодоление ЭДС самоиндукции тратится часть энергии, именуемая реактивной мощностью. Данное явление станет более понятным при рассмотрении аналогичного в механике. Если точильщик вращает точильный круг вперед-назад, то часть энергии тратится не на полезную работу (правка лезвия), а на преодоление инерции круга.

В каждом полупериоде круг требуется раскрутить, затем остановить. Это и есть аналог реактивной мощности. То, какая часть полной потребляемой электрической мощности превратится в полезную работу и есть доля активной мощности, выражается характеристикой «cosФ»: cosϕ = Wакт / Wпол, где Wакт — активная мощность, Wпол — полная мощность.

Что такое коэффициент мощности

Параметр cosϕ указывается в характеристиках всех подобных токоприемников. Необходимо учитывать, что приводимая в характеристиках мощность является не активной в полном смысле, а мощностью на выходе. Если это электродвигатель, то указывается механическая W на его валу.

То есть при расчетах требуется учитывать еще и КПД, ведь часть активной мощности будет затрачена на преодоление трения в подшипниках, перемагничивание сердечника, охлаждение и пр. Таким образом, полная потребляемая мощность при известной активной (указывается в характеристиках) определяется так: Wпол = Wакт / (КПД * cosϕ). Вот как это применяется на практике.

Положим, требуется подобрать ИБП для компьютера с блоком питания мощностью 400 Вт, средние параметры таких блоков:

КПД: 65% – 70% (0,65 – 0,7);
cosϕ: 0,7.

Тогда потребуется ИБП мощностью не менее: W = 400 / (0,65 * 0,7) = 879,12 ВА.

Например, подбирается стабилизатор для холодильника с такими характеристиками:

мощность: 0,6 кВт;
КПД: 0,75;
cosϕ: 0,8.

Его мощность должна составлять: W = 600 / (0.75 * 0.8) = 1000 ВА. Таким образом, известная мощность электрогенератора или ИБП не позволяет без сведений о характеристиках электроприемника судить о том, какую он выдаст активную мощность. Источник мощностью 3000 ВА при cosϕ = 0,8 выдаст 2,4 кВт полезной мощности, а при cosϕ = 0,7 — только 2,1 кВт (без учета КПД электроприемника).

Недавно в России с целью реализации стандарта энергосбережения 2007 г. была принята сертификация «80+», требующая поддерживать КПД компьютерных блоков питания на уровне 80% или выше.

Взаимосвязь величин

Чтобы лучше понять предназначение этой единицы, следует иметь представление о том, что такое мощность. Многие думают, что это просто сила. Однако в физике это совершенно разные величины, которые друг к другу почти не имеют никакого отношения. Если говорить максимально кратко, закрывая глаза на некоторые незначительные нюансы, то мощность — это скорость, с которой тот или иной объект потребляет энергию.

Вам это будет интересно Как надавать первую медицинскую помощь при ударе током

Например, лампочка осветительного прибора может светиться ярко или тускло. Всё зависит от того, с какой скоростью ею потребляется электрическая энергия. Если горит ярко, значит, энергия расходуется быстро. Когда свет, исходящий от лампы, тусклый, она потребляет энергию с небольшой скоростью. Еще проще можно сказать так:

если лампа светится ярко, значит, ее мощность высока;
если же свет ее тусклый, значит, она обладает небольшой силой.

Например, если взять движущийся автомобиль, то он обладает определенной силой. Чем быстрее потребляется вырабатываемая топливом в бензобаке энергия, тем мощнее автомобиль. Правда, автомобилисты измеряют мощность своих «железных коней» в других единицах, называемых лошадиными силами. Однако это вовсе не означает, что традиционные ватты для этого случая неприменимы. Одну единицу легко можно перевести в другую, зная, что одна лошадиная сила — это примерно 735 Вт. Всего существует три вида мощности:

Электрическая. Именно ее имеют в виду, когда говорят о лампочках или других электроприборах.
Механическая. «Лошадиные силы» автомобиля как раз относятся к этой категории.
Тепловая. О том, насколько большой тепловой мощностью обладает тот или иной объект, можно судить по его температуре.

Мощность — это скорость, с которой потребляется энергия. Пытаясь понять, чему равен 1 ватт, какая энергия и за какое время должна использоваться объектом, чтобы о нем можно было сказать, что его мощность равна одному ватту, физики выводили такую величину, как мощность, исходя из других простых величин — времени и энергии. Они взяли их основные единицы измерения и условились считать, что если физическое тело получает или вырабатывает 1 джоуль энергии за 1 секунду, значит, оно обладает мощностью 1ватт.

Вам это будет интересно История создания электричества, его виды и применение в науке и жизни

В основе этого простого определения лежит формула: N=A/t. Обозначение знаков здесь следующее:

N — это обозначение мощности;
A в физике традиционно обозначает работу, которая измеряется в тех же единицах, что и энергия;
t — это обозначение времени.

Лошадиная сила в транспортном налогообложении [ править | править код ]

Россия

В России величина транспортного налога зависит от мощности двигателя в лошадиных силах. Пересчёт в лошадиные силы осуществляется путём умножения мощности двигателя, выраженной в кВт, на множитель, равный 1,35962 (то есть используется переводной коэффициент 1 л. с. = (1 / 1,35962) кВт). Хотя законом вопрос не урегулирован, налоговые органы советуют при таком пересчете во внесистемные единицы мощности (л. с.) округлять с точностью до второго знака после запятой .

Каждый регион имеет право увеличивать или уменьшать размер налога в пределах федеральных норм.

Если мощность меньше 100 л. с., то, например, в Московской области платится 7 рублей/л. с. в год, а если чуть больше — уже 29 рублей/л. с. в год. Причем, от 101 л. с. до 150 л. с. ставка налога одинакова. Таким образом, из-за разных значений мощности цена меняется с менее чем 700 до нескольких тысяч рублей в год. Этот факт приводит к досадным курьёзам. Так, мощность южнокорейского автомобиля Hyundai Accent равна строго 75 кВт, то есть 102 л. с. Для американского автовладельца получилась бы ещё более обидная цифра 100,7 hp, но в США налог не зависит от лошадиных сил. В США некоторые налоги (дорожный, экологический) включены в цену бензина [ источник не указан 3488 дней

] , кроме того, ежегодно надо платить налог с личного имущества (personal property tax), прямо пропорциональный цене автомобиля.

Что показывает мультиметр при выборе различных режимов работы?

Они располагаются вокруг круглого переключателя, с помощью которого можно устанавливать необходимый режим. На переключателе место контакта обозначено точкой или рельефным треугольничком. Обозначения разделены на сектора. Практически все современные мультиметры имеют подобную разбивку и круглый переключатель.

Сектор OFF. Если установить переключатель в это положение – прибор выключен. Есть и модели, которые автоматически выключаются через некоторое время. Это очень удобно, потому что я например во время работы его забываю выключать, да и не удобно когда меряешь, потом паяешь все время выключать его. Батареи хватает надолго.

2 и 8 – два сектора с обозначением V, этим символом обозначается напряжение в вольтах. Если просто символ V – то измеряется постоянное напряжение, если V, измеряется переменное напряжение. Стоящие рядом цифры показывают диапазон измеряемого напряжения. Причем постоянное измеряется от 200m (милливольт) до 1000 вольт, а переменное от 100 до 750 вольт.

3 и 4 – два сектора для измерения постоянного тока. Красным выделен всего один диапазон для измерения тока до 10 ампер. Остальные диапазоны составляют: от 0 до 200, 2000 микроампер, от 0 до 20, 200 миллиампер. В обычной жизни десяти ампер вполне хватает, при измерении силы тока мультиметр включается в цепь путем подключения щупов в нужное гнездо, специально предназначенное для измерения силы тока. Как-то раз я впервые попробовал измерить силу тока в розетке своим первой простенькой моделью тестера. Пришлось менять щупы на новые — штатные выгорели.

5 (пятый) сектор. Значок похож на Wi-Fi. Установка переключателя в этом положении позволяет проводить звуковую прозвонку цепи например нагревательного элемента.

6 (шестой) сектор – установка переключателя в данное положение проверяет исправность диодов. Проверка диодов — очень востребованная тема среди автомобилистов. Можно самому проверить исправность например диодного моста автомобильного генератора:

7 – символ Ω. Здесь измеряется сопротивление 0 до 200, 2000 Ом, от 0 до 20, 200 или 2000 кОм. Так же очень востребованный режим. В любой электрической схеме больше всего элементов сопротивления. Бывает, что измерением сопротивления быстро находишь неисправность:

Электрическая мощность

Основная статья: Электрическая мощность

Электри́ческая мощность — физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии.

Мгновенная электрическая мощность P ( t ) {\displaystyle P(t)} участка электрической цепи:

P ( t ) = I ( t ) ⋅ U ( t ) {\displaystyle P(t)=I(t)\cdot U(t)\,} где I ( t ) {\displaystyle I(t)} — мгновенный ток через участок цепи; U ( t ) {\displaystyle U(t)} — мгновенное напряжение на этом участке.

При изучении сетей переменного тока, помимо мгновенной мощности, соответствующей общефизическому определению, вводятся также понятия:

активной мощности, равной среднему за период значению мгновенной мощности, мгновенная активная мощность:

p ( t ) = 1 2 ⋅ U m ⋅ I m ⋅ cos ⁡ φ − 1 2 ⋅ U m ⋅ I m ⋅ cos ⁡ φ cos ⁡ ( 2 ω t ) . {\displaystyle p(t)={1 \over 2}\cdot U_{m}\cdot I_{m}\cdot \cos \varphi -{1 \over 2}\cdot U_{m}\cdot I_{m}\cdot \cos \varphi \cos(2\omega t).}

реактивной мощности, которая соответствует энергии, циркулирующей без диссипации от источника к потребителю и обратно, мгновенная реактивная мощность:

при φ > 0 : {\displaystyle \varphi >0{:}} q ( t ) = 1 2 ⋅ U m ⋅ I m ⋅ sin ⁡ φ ⋅ cos ⁡ ( 2 ω t + π 2 ) , {\displaystyle q(t)={\frac {1}{2}}\cdot U_{m}\cdot I_{m}\cdot \sin \varphi \cdot \cos {\Bigl (}2\omega t+{\frac {\pi }{2}}{\Bigr )},} при φ < 0 : {\displaystyle \varphi <0{:}} q ( t ) = 1 2 ⋅ U m ⋅ I m ⋅ sin ⁡ φ ⋅ cos ⁡ ( 2 ω t − π 2 ) . {\displaystyle q(t)={\frac {1}{2}}\cdot U_{m}\cdot I_{m}\cdot \sin \varphi \cdot \cos {\Bigl (}2\omega t-{\frac {\pi }{2}}{\Bigr )}.}

полной мощности, вычисляемой как произведение действующих значений тока и напряжения без учёта сдвига фаз. мгновенная полная мощность:

s ( t ) = 1 2 ⋅ U m ⋅ I m ⋅ cos ⁡ φ − 1 2 ⋅ U m ⋅ I m ⋅ c o s ( 2 ω t − φ ) , {\displaystyle s(t)={1 \over 2}\cdot U_{m}\cdot I_{m}\cdot \cos \varphi -{1 \over 2}\cdot U_{m}\cdot I_{m}\cdot cos{\Bigl (}2\omega t-\varphi {\Bigr )},} где I m {\displaystyle I_{m}} — амплитуда тока; U m {\displaystyle U_{m}} — амплитуда напряжения; φ {\displaystyle \varphi } — угол между начальным углом напряжения ψ u {\displaystyle \psi _{u}} и начальным углом силы тока ψ i {\displaystyle \psi _{i}} — ( φ = ψ u − ψ i ) ; {\displaystyle (\varphi =\psi _{u}-\psi _{i}){;}} ω {\displaystyle \omega } — угловая скорость; t {\displaystyle t} — время.

Приборы для измерения электрической мощности и мощности излучения

Этот раздел не завершён.

Вы поможете проекту, исправив и дополнив его.

Аналоговый стрелочный ваттметр

Ваттметры (в том числе варметры) — измерительные приборы, предназначенные для определения мощности электрического тока или электромагнитного излучения.

По назначению и диапазону частот ваттметры можно разделить на три категории — низкочастотные (и постоянного тока), радиочастотные и оптические.

Ваттметры радиодиапазона по назначению делятся на два вида: проходящей мощности, включаемые в разрыв линии передачи, и поглощаемой мощности, подключаемые к концу линии в качестве согласованной нагрузки. В зависимости от способа функционального преобразования измерительной информации и её вывода оператору ваттметры бывают аналоговые (показывающие и самопишущие) и цифровые.

Электроизмерительные приборы: виды и особенности

Измерение основных электрических величин требует большого разнообразия приборов. В зависимости от физического принципа, положенного в основу их работы, все они делятся на следующие группы:

Электромеханические приборы обязательно имеют в конструкции подвижную часть. К этой большой группе измерительных средств относятся электродинамические, ферродинамические, магнитоэлектрические, электромагнитные, электростатические, индукционные приборы. Например, магнитоэлектрический принцип, применяющийся очень широко, может быть положен в основу таких устройств, как вольтметры, амперметры, омметры, гальванометры. На индукционном принципе основаны счетчики электроэнергии, частотомеры и т. д.
Электронные приборы отличаются наличием дополнительных блоков: преобразователей физических величин, усилителей, преобразователей и пр. Как правило, в приборах этого типа измеряемая величина преобразуется в напряжение, и конструктивной основой их служит вольтметр. Электронные измерительные приборы применяются в качестве частотомеров, измерителей емкости, сопротивления, индуктивности, осциллографов.
Термоэлектрические приборы сочетают в своей конструкции измерительное устройство магнитоэлектрического типа и термопреобразователь, образуемый термопарой и нагревателем, через который протекает измеряемый ток. Приборы этого типа используются в основном при измерениях высокочастотных токов.
Электрохимические. Принцип их работы базируется на процессах, которые протекают на электродах либо в исследуемой среде в межэлектродном пространстве. Применяются приборы этого типа для измерения электропроводности, количества электричества и некоторых неэлектрических величин.

По функциональным особенностям различают следующие виды приборов для измерения электрических величин:

Показывающие (сигнализирующие) – это устройства, позволяющие производить только непосредственное считывание измерительной информации, такие как ваттметры или амперметры.
Регистрирующие – приборы, допускающие возможность регистрации показаний, например, электронные осциллографы.

По типу сигнала приборы делятся на аналоговые и цифровые. Если устройство вырабатывает сигнал, представляющий собой непрерывную функцию измеряемой величины, оно является аналоговым, например, вольтметр, показания которого выдаются при помощи шкалы со стрелкой. В том случае, если в устройстве автоматически вырабатывается сигнал в виде потока дискретных значений, поступающий на дисплей в численной форме, говорят о цифровом измерительном средстве.

Цифровые приборы имеют некоторые недостатки по сравнению с аналоговыми: меньшая надежность, потребность в источнике питания, более высокая стоимость. Однако их отличают и существенные преимущества, в целом делающие применение цифровых устройств более предпочтительным: удобство эксплуатации, высокая точность и помехоустойчивость, возможность универсализации, сочетания с ЭВМ и дистанционной передачи сигнала без потери точности.

Конвертер Ватт в Амперы

Электрические системы часто требуют сложного анализа при проектировании, ведь нужно оперировать множеством различных величин, ватты, вольты, амперы и т.д. При этом точно необходимо высчитать их соотношение при определенной нагрузке на механизм. В некоторых системах напряжение фиксированное, например, в домашней сети, а вот мощность и сила тока обозначают разные понятия, хоть и являются взаимозаменяемыми величинами.

Онлайн калькулятор по расчету ватт в амперы

Для получения результата обязательно указывать напряжение и потребляемую мощность.

В таких случая очень важно иметь помощника, дабы точно перевести ваты в амперы при постоянном значении напряжения. Нам поможет перевести амперы в ватты калькулятор онлайн

Перед тем как воспользоваться интернет-программой по расчету величин, нужно иметь представление о значении необходимых данных

Нам поможет перевести амперы в ватты калькулятор онлайн. Перед тем как воспользоваться интернет-программой по расчету величин, нужно иметь представление о значении необходимых данных.

Мощность – это скорость потребления энергии. Например, лампочка в 100 Вт использует энергию – 100 джоулей за секунду.
Ампер – величина измерения силы электрического тока, определяется в кулонах и показывает число электронов, которые прошли через определенное сечение проводника за указанное время.
В вольтах измеряется напряжение протекания электрического тока.

Чтобы перевод ватт в амперы калькулятор используется очень просто, пользователь должен ввести в указанные графы показатель напряжения (В), далее потребляемую мощность агрегата (Вт) и нажать кнопку рассчитать. Через несколько секунд программа покажет точный результат силы тока в амперах. Формула сколько ватт в ампере

Внимание: если показатель величины имеет дробное число, значит его нужно вписывать в систему через точку, а не запятую. Таким образом, перевести ватты в амперы калькулятором мощности позволяет за считанное время, Вам не нужно расписывать сложные формулы и думать над их ре. шением

Все просто и доступно!

шением. Все просто и доступно!

Таблица значений Таблица расчета Ампер и нагрузки в Ватт

Как узнать ток, зная мощность и напряжение?

В металлах, из которых сделаны провода, находятся свободные электроны, участвующие в работе. На клеммах источника тока создается сила, заставляющая заряды перемещаться по проводнику. Эта сила называется электродвижущей (э. д. с.). В постоянных цепях электроны выходят из источника с одной клеммы и «втягиваются» другой. При движении электронов совершается какая-то работа, зависящая от напряжения и тока. Связь силы тока с мощностью и напряжением видна в формуле:

P = UI,

где P – мощность, Вт; U – напряжение, В; I – ток, А.

Что такое ток? Для наглядности возьмем несколько рек, вода в которых течет с одинаковой скоростью. Однако русло у всех разное: одни реки широкие, другие узкие, какие-то глубокие или мелкие. Понятно, что объем воды, проходящий через контрольную точку, у всех будет разным. Выходит, что чем глубже или шире река, тем большее воды проходит по ней.

То же самое относится к электронам – чем больше их проходит через точку на проводнике, тем больший ток мы имеем. В отличие от рек, которые в половодье могут разливаться, избыток носителей заряда не может выходить за пределы провода. Как рассчитать пропускную способность кабеля рассмотрим в последнем подзаголовке.

Сравним зависимость силы тока от мощности и напряжения. Для этого воспользуемся приведенной выше формулой.

Сначала все значения следует привести к единой системе. Если мощность выражена в киловаттах или милливаттах, их нужно перевести в ватты. В одном киловатте 1 000 ватт. В одном ватте содержится 1 000 милливатт. То же самое относится и к напряжению. Если переделать формулу в такой вид: I = , то можно рассчитать ток. Например, есть утюг мощностью 1,2 кВт, как узнать ток?

Вольтметром измеряем напряжение в розетке, если прибора нет, можно считать его равным 220 В. Киловатты утюга переводим в ватты, получаем 1 200 ватт. Эти значения вставляем в формулу:

Преобразование тока

Поскольку электрическая мощность выражается произведением напряжения на силу тока, то из закона сохранения энергии следует: если при передаче одной и той же мощности напряжение повысить, сила тока пропорционально уменьшится, и наоборот.

Преобразованием напряжения переменного тока занимается специальное устройство — трансформатор. В самом простом виде он состоит из двух обмоток, надетых на магнитопровод.

Магнитное поле, возбуждаемое в первичной обмотке, наводит ЭДС во вторичной (закон электромагнитной индукции) и величина ее соотносится с напряжением на выводах первичной обмотки так же, как число витков в обмотках.

Если, к примеру, первичная обмотка содержит 300 витков, и на нее подается переменное напряжение с действующим значением 220 В, то в цепи вторичной обмотки со 150-ю витками возникнет ЭДС в 110 В, то есть в 2 раза меньшая. Поскольку мощность останется практически постоянной (потерями на нагрев и перемагничивание сердечника пренебрегаем), то сила тока в цепи вторичной катушки окажется, наоборот, вдвое выше тока в первичной катушке.

Потому вторичные обмотки понижающих трансформаторов наматывают проводом большего сечения, чем первичные. С повышающим трансформатором все происходит с точностью до наоборот. Снижение силы тока за счет увеличения напряжения применяется при передаче электроэнергии на значительные расстояния.

Сгенерированный электростанцией ток напряжением 10-20 кВ преобразуют находящейся тут же подстанцией, поднимая напряжение до сотен кВ.

В населенных пунктах напряжение снова понижают местными трансформаторными подстанциями, уже до 220 В, и в таком виде электроэнергия поступает в распределительную сеть.

Наибольшей величины этот параметр достигает на ЛЭП «Экибастуз — Кокчетав» — 1,15 МВ (мегавольт). При этом многократно падает сила тока, а поскольку работа тока в проводнике, состоящая в его нагреве, выражается формулой W = I2 * R (R — сопротивление проводника), то и потери значительно сокращаются.

Киловатты (кВт)-

С технической стороны вопроса эта форма измерения считается наиболее универсальным методом вычисления мощности силового агрегата. Ей пользуются инженеры всего мирового пространства.

Ватт- это единица измерения которая входит в систему СИ (Международную систему единиц) и которая означает, сколько потребуется мощности для выполнения работы в 1Дж за единицу времени.

В основном данный метод-подсчет используется профессионалами, как «наиболее правильный» с точки зрения фундаментальной науки в показателях мощности. Как единица измерения в автомобильной сфере она используется в основном в Южном полушарии нашей планеты, так уж исторически сложилось.

Метод измерения мощности в киловаттах на автомобилях в основном происходит путем нахождения величины крутящего момента передаваемого от колес на динамометрическом стенде, а затем для подсчетов применяется данное уравнение:

Киловатты стали современной мерой фиксации выходной мощности автомобилей и возможно в будущем они станут общепринятой мировой мерой подсчета. По крайней мере, если посмотреть на любые официальные данные предлагаемые автопроизводителями, то обязательно можно увидеть единицы кВт мощности двигателей внутреннего сгорания установленные наравне с лошадиными силами.

Работа и мощность – определения и формулы

Каждое тело, совершающее движение, можно охарактеризовать работой. Иными словами, она характеризует действие сил.

Работа определяется как:Произведение модуля силы и пути пройденного телом, умноженное на косинус угла между направлением силы и движения.

Работа измеряется в Джоулях:1 = = [кг* м2/c2]

К примеру, тело A под действием силы в 5 Н, прошло 10 м. Определить работу совершенную телом.

Так как направление движения и действия силы совпадают, то угол между вектором силы и вектором перемещения будет равен 0°. Формула упроститься, потому что косинус угла в 0° равен 1.

Подставляя исходные параметры в формулу, находим:A= 15 Дж.

Рассмотрим другой пример, тело массой 2 кг, двигаясь с ускорением 6 м/ с2, прошло 10 м. Определить работу проделанную телом, если оно двигалось по наклоненной плоскости вверх под углом 60°.

Для начала, вычислим какую силу нужно приложить, что бы сообщить телу ускорение 6 м/ с2.

F = 2 кг * 6 м/ с2 = 12 H.Под действием силы 12H, тело прошло 10 м. Работу можно вычислить по уже известной формуле:

Где, а равно 30°. Подставляя исходные данные в формулу получаем:A= 103, 2 Дж.

Мощность

Множество машин механизмов выполняют одну и ту же работу за различный промежуток времени. Для их сравнения вводится понятие мощности.Мощность – это величина, показывающая объем работы выполненный за единицу времени.

Мощность измеряется в Ватт, в честь Шотландского инженера Джеймса Ватта.1 = 1 [Дж/c].

К примеру, большой кран поднял груз весом 10 т на высоту 30 м за 1 мин. Маленький кран на эту же высоту за 1 мин поднял 2 т кирпича. Сравнить мощности кранов.Определим работу выполняемую кранами. Груз поднимается на 30м, при этом преодолевая силу тяжести, поэтому сила, затрачиваемая на поднятие груза, будет равна силе взаимодействия Земли и груза(F = m * g). А работа – произведению сил на расстояние пройденное грузами, то есть на высоту.

Для большого крана A1 = 10 000 кг * 30 м * 10 м / с2 = 3 000 000 Дж, а для маленького A2 = 2 000 кг * 30 м * 10 м / с2 = 600 000 Дж.Мощность можно вычислить, разделив работу на время. Оба крана подняли груз за 1 мин (60 сек).

Отсюда:N1 = 3 000 000 Дж/60 c = 50 000 Вт = 50 кВт.N2 = 600 000 Дж/ 60 c = 10 000 Вт = 10 к Вт.Из выше приведенных данных наглядно видно, что первый кран в 5 раз мощнее второго.

Нагрузка насосов и типы нагрузки электродвигателя

Выделяют следующие типы нагрузок:

Постоянная мощность

Термин «постоянная мощность» используется для определённых типов нагрузки, в которых требуется меньший вращающий момент при увеличении скорости вращения, и наоборот. Нагрузки при постоянной мощности обычно применяются в металлообработке, например, сверлении, прокатке и т.п.

Постоянный вращающий момент

Как видно из названия – «постоянный вращающий момент» – подразумевается, что величина вращающего момента, необходимого для приведения в действие какого- либо механизма, постоянна, независимо от скорости вращения. Примером такого режима работы могут служить конвейеры.

Переменный вращающий момент и мощность

«Переменный вращающий момент» – эта категория представляет для нас наибольший интерес. Этот момент имеет отношение к нагрузкам, для которых требуется низкий вращающий момент при низкой частоте вращения, а при увеличении скорости вращения требуется более высокий вращающий момент. Типичным примером являются центробежные насосы.

Вся остальная часть данного раздела будет посвящена исключительно переменному вращающему моменту и мощности.

Определив, что для центробежных насосов типичным является переменный вращающий момент, мы должны проанализировать и оценить некоторые характеристики центробежного насоса. Использование приводов с переменной частотой вращения обусловлено особыми законами физики. В данном случае это законы подобия, которые описывают соотношение между разностями давления и расходами.

Во-первых, подача насоса прямо пропорциональна частоте вращения. Это означает, что если насос будет работать с частотой вращения на 25% больше, подача увеличится на 25%.

Во-вторых, напор насоса будет меняться пропорционально квадрату изменения скорости вращения. Если частота вращения увеличивается на 25%, напор возрастает на 56%.

В-третьих, что особенно интересно, мощность пропорциональна кубу изменения скорости вращения. Это означает, что если требуемая частота вращения уменьшается на 50%, это равняется 87,5%-ному уменьшению потребляемой мощности.

Итак, законы подобия объясняют, почему использование приводов с переменной частотой вращения более целесообразно в тех областях применения, где требуются переменные значения расхода и давления. Grundfos предлагает ряд электродвигателей со встроенным частотным преобразователем, который регулирует частоту вращения для достижения именно этой цели.

Так же как подача, давление и мощность, потребная величина вращающего момента зависит от скорости вращения.

На рисунке показан центробежный насос в разрезе. Требования к вращающему моменту для такого типа нагрузки почти противоположны требованиям при «постоянной мощности». Для нагрузок при переменном вращающем моменте потребный вращающий момент при низкой частоте вращения – мал, а потребный вращающий момент при высокой частоте вращения – велик. В математическом выражении вращающий момент пропорционален квадрату скорости вращения, а мощность – кубу скорости вращения.

Это можно проиллюстрировать на примере характеристики вращающий момент/частота вращения, которую мы использовали ранее, когда рассказывали о вращающем моменте электродвигателя:

Когда электродвигатель набирает скорость от нуля до номинальной скорости, вращающий момент может значительно меняться. Величина вращающего момента, необходимая при определённой нагрузке, также изменяется с частотой вращения. Чтобы электродвигатель подходил для определённой нагрузки, необходимо чтобы величина вращающего момента электродвигателя всегда превышала вращающий момент, необходимый для данной нагрузки.

В примере, центробежный насос при номинальной нагрузке имеет вращающий момент, равный 70 Нм, что соответствует 22 кВт при номинальной частоте вращения 3000 мин-1. В данном случае насосу при пуске требуется 20% вращающего момента при номинальной нагрузке, т.е. приблизительно 14 Нм. После пуска вращающий момент немного падает, а затем, по мере того, как насос набирает скорость, увеличивается до величины полной нагрузки.

Очевидно, что нам необходим насос, который будет обеспечивать требуемые значения расход/напор (Q/H). Это значит, что нельзя допускать остановок электродвигателя, кроме того, электродвигатель должен постоянно ускоряться до тех пор, пока не достигнет номинальной скорости. Следовательно, необходимо, чтобы характеристика вращающего момента совпадала или превышала характеристику нагрузки на всём диапазоне от 0% до 100% скорости вращения. Любой «избыточный» момент, т.е. разница между кривой нагрузки и кривой электродвигателя, используется как ускорение вращения.

Как обозначаются электродвигатели различных конструкций

Обычно используются следующие обозначения:

М101 – устанавливается горизонтально и фиксируется на лапах, приваренных к станине либо составляющих с ней единое целое.
М201 – также горизонтальная установка, но двигатель подвешивается на лапах, размещенных сверху на станине.
М301 – фланцевый двигатель с горизонтальной установкой; кольцевой фланец с центрирующей заточкой и отверстиями для болтов расположен на щите подшипника.
М302 – двигатель устанавливается вертикально (рабочий конец вала располагается в нижней части); закрепляется на подшипниковом щите с помощью фланца.
М303 – тип установки как у М302, но рабочий конец вала располагается наверху.
М102 – как М302, но закрепление производится на лапах.
М103 – как М102, но при установке рабочий конец вала находится сверху.
М202 – как М302, но закрепление осуществляется фланцем на щите и лапами на станине.
М203 – как М202, но конец рабочего вала находится в верхней части.

Важность маркировки полярности

В соответствии со схемой на рисунке 8 (выше) обозначения полярности (которые указывают на положение измерительного щупа вольтметра) указывают, что источники складываются друг с другом. Источники напряжения складываются друг с другом, чтобы сформировать общее напряжение, поэтому мы добавляем 24 вольта к -17 вольтам, чтобы получить 7 вольт: всё еще правильный ответ.

Если мы позволим маркировке полярности определять наше решение, складывать или вычитать значения напряжения (независимо от того, представляют ли эти маркировки полярности истинную полярность или только положение измерительного провода вольтметра), и включим математические знаки этих значений напряжений в наши расчеты, результат всегда будет правильным.

Опять же, маркировка полярности служит ориентиром для размещения математических знаков значений напряжений в правильном контексте.

То же самое верно и для переменного напряжения, за исключением того, что математический знак заменяется углом фазы. Чтобы связать друг с другом несколько переменных напряжений с разными углами фазы, нам нужна маркировка полярности, чтобы обеспечить систему отсчета для углов фаз этих напряжений.

Возьмем, к примеру, следующую схему:

Рисунок 9 – Угол фазы заменяет знак ±

Маркировка полярности показывает, что эти два источника напряжения складываются друг с другом, поэтому для определения общего напряжения на резисторе мы должны сложить значения напряжения 10 В 0° и 6 В ∠ 45° вместе, чтобы получить 14,861 В 16,59 °.

Однако было бы вполне приемлемо представить 6-вольтовый источник как 6 В 225°, с обратной маркировкой полярности, и при этом получить такое же общее напряжение:

Рисунок 10 – Переключение проводов вольтметра на источнике 6 В изменяет угол фазы на 180°

6 В 45° с минусом слева и плюсом справа – это точно то же самое, что 6 В ∠ 225 ° с плюсом слева и минусом справа: изменение маркировки полярности идеально дополняет добавление 180° к значению угла фазы:

Рисунок 11 – Изменение полярности добавляет 180° к углу фазы

Что такое мощность электрического тока и как ее рассчитать