Определение мощности электрического тока: обозначение и единицы измерения

Что такое мощность электрического тока

Классическое понятие относится к работе по перемещению заряда из точки F1 в точку F2. Мощность – это количество используемой энергии. Это значение определяется не только расстоянием. Параметры зарядки имеют определенное значение.

Формула мощности электрического тока

Для практических расчетов использовать основное определение нецелесообразно. Ниже приведены формулы, которые помогут вам определить потребляемую мощность, используя стандартные параметры блока питания и паспортные данные подключаемых устройств.

При отсутствии этой информации в сопроводительной документации получить необходимые данные можно на официальном сайте производителя или с помощью специальных измерений.

Мощность электрического тока через напряжение и ток

Поскольку разность потенциалов (F1-F2) соответствует напряжению (U), несложно сделать вывод о допустимости использования условий, определенных законом Ома. Мощность (Р) также характеризуется силой тока (I) на определенном участке цепи. Окончательное выражение:

П = У * И.

В международной системе СИ мощность обозначается как ватт (Вт). Для малых и больших значений используется несколько префиксов: «милли-», «микро-», «мега-» и другие. Легко понять, как указывается мощность:

5800 Вт = 5,8 кВт = 5,8 кВт.

Мощность электрического тока через напряжение и сопротивление

По аналогии с предыдущими рассуждениями силу можно выразить следующим образом:

Р = U2/R.

Чему равна мощность электрического тока через ток и сопротивление

Для простых преобразований расход энергии определяется следующим образом:

Р = I2 * Р.

В этом и предыдущем разделе показана зависимость мощности от величины подключенного сопротивления. При рассмотрении полной цепи учитываются внутреннее сопротивление источника и проводимость соединений.

Чтобы не ошибиться в расчетах, можете скопировать это изображение с основными формулами

От чего зависит мощность тока

В реальных цепях движению электронов препятствует электрическое сопротивление, характеризующее потери в проводнике. В цепях с источником переменного тока существенным становится синусоидальное изменение электрических параметров. Следующие данные помогут вам выбрать лучший метод расчета, основанный на реальных условиях.

Мгновенная электрическая мощность

В соответствии с названием значение этого параметра определяется мгновенными значениями измеряемых величин. Основное определение можно рассматривать с учетом движения элементарного заряда (q), которое осуществляется за время Δt.

На совершение работы будет использована мощность электрического тока PF1-F2 = U/ ∆t или (U/ ∆t) * q = U * (q/ ∆t) с учетом переданного заряда. Поскольку ток по стандартному определению равен заряду, идущему от F1 к F2 (I = q / Δt), легко вывести окончательную формулу:

Как установить розетку в гипс

PF1-F2=U*I.

Взяв бесконечно малый интервал времени, можно получить соответствующее определение мощности для участка цепи:

P(t) = U(t) * I(t).

Аналогичные выводы делаются с учетом соответствующего значения сопротивления:

P (t) = (I (t))2 * R = (U(t))2/R.

К вашему сведению. Из последних формул видно, что сопротивление не зависит от времени.

Дифференциальные выражения для электрической мощности

В реальных проводниках потери энергии на единицу объема имеют решающее значение. Такие ситуации оцениваются с учетом плотности тока (j). Мощность (удельная) определяется выражением Pуд = (j2) * Rуд. Для облегчения оценки часто используют проводимость, противоположную соответствующему сопротивлению.

Что такое мощность постоянного тока

Приведенные выше формулы без поправочных коэффициентов используются для расчета цепей, подключенных к источнику постоянного тока. Используйте обычный мультиметр с соответствующим положением переключателя, чтобы определить сопротивление подключенной нагрузки.

Подключив измерительный прибор последовательно, проверяют силу тока, параллельно проверяют напряжение. Чтобы узнать, сколько будет потреблять такая схема, воспользуйтесь формулами:

P = I * U или P = U2 / R = I2 * R.

Таким образом, вы можете измерить постоянный ток с помощью мультиметра

К вашему сведению. Когда батарея подключена в режиме зарядки, направления тока в источнике и нагрузке совпадают. Электроэнергия в этом случае потребляется нагрузкой. При обратном направлении токов энергия поглощается источником ЭДС.

По какой формуле вычисляется

Расчет силы тока по мощности и напряжению в сети постоянного тока

Для расчета мощности I (ток) необходимо значение U (напряжение) разделить на значение сопротивления.

Расчет силы тока по мощности и напряжению:

Я = U ÷ R

Измеряется в амперах.

Для такого случая электрическая мощность P (активная мощность) может быть рассчитана как произведение электрической мощности I на значение U.

Формула расчета мощности по току и напряжению:

Р=У×И

Все составляющие в этих двух формулах характерны для постоянного тока и называются активными.

На основе этих двух формул мы также можем вывести еще две формулы, по которым можно распознать P:

Р = I2 × R

Р = U2 ÷ R

Однофазные нагрузки

В однофазных сетях переменного тока требуется рассчитывать отдельно нагрузки P и Q, затем их нужно сложить с помощью векторного исчисления.

С=П+К

В скалярной форме это будет выглядеть так:

S = √P2 + Q2

В результате расчет P, Q, S выглядит как прямоугольный треугольник. Два катета этого треугольника представляют компоненты P и Q, а гипотенуза — их алгебраическую сумму.

S измеряется в вольт-амперах (ВА), Q измеряется в реактивных вольт-амперах (ВАр), P измеряется в ваттах (Вт).

Зная значения катетов 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 правильной характеристики подключенной нагрузки. Трехфазные сети получили широкое распространение благодаря простоте эксплуатации и небольшим материальным затратам.

Трехфазные цепи можно соединить двумя способами – звездой и треугольником. На всех схемах фазы обозначаются символами А, В, С. Нулевой провод обозначается символом N.

При соединении звездой различают два вида U (напряжения) — фазное и линейное. Фаза U определяется как U между фазой и нейтралью. Линейное U определяется как U между двумя фазами.

Эти два U связаны:

UL = UФ × √3

Линейный и фазный электрические токи при соединении звездой равны между собой: IL = IФ

Форма расчета S при соединении звездочкой:

S = SA + SB + SC = 3 × U × I

Активный П:

P = 3 × Uf × If × cosφ

Реактивный вопрос:

Q = √3 × Uf × If × sinφ.

При соединении треугольником фазное и линейное U равны между собой: UL = UФ

Линейная I при соединении треугольником определяется по формуле:

ИЛ = ЕСЛИ × √3

Формулы силы электрического тока при соединении треугольником:

• S = 3 × Sf = √3 × Uf × If;
• Р = √3 × Uf × If × cosφ;
• Q = √3 × Uf × If × sinφ.

Читайте также: Магнитный двигатель: миф или реальность, устройство, виды

Средняя P в активной нагрузке

В электрических сетях Р измеряют с помощью специального прибора — ваттметра. Схемы подключения зависят от того, как подключена нагрузка.

В случае симметричной нагрузки Р измеряют в одной фазе, а результат умножают на три. В случае несбалансированной нагрузки для измерения требуются три прибора.

Параметры P для электросети или установки являются важными данными для электрического устройства. Передаются данные о потреблении Р активного типа за определенный период времени, то есть передается средний расход Р за расчетный период времени.

Подбор номинала автоматического выключателя

Автоматические выключатели защищают электрооборудование от токов короткого замыкания и перегрузок.

В аварийном режиме отключают защищаемую цепь с помощью теплового или электромагнитного расцепителя.

Тепловой расцепитель состоит из биметаллической пластины с разными коэффициентами теплового расширения. При превышении номинального тока пластина прогибается и приводит в действие расцепляющий механизм.

Магнитный расцепитель имеет соленоид с подвижным сердечником. При превышении заданного I электромагнитное поле в катушке увеличивается, сердечник втягивается в катушку соленоида, в результате чего срабатывает спусковой механизм.

Минимум I, при котором должен срабатывать тепловой расцепитель, устанавливается с помощью регулировочного винта.

Рабочий ток электромагнитного расцепителя при коротком замыкании равен произведению установленного срабатывания на номинальный электрический ток расцепителя.

В механике

Механическая сила (Н) равна отношению работы ко времени ее совершения.

Основная формула:

N = A/t, где A — работа, t — время, необходимое для ее выполнения.

Если вспомнить, что работа есть произведение модуля силы, модуля перемещения и косинуса угла между ними, то получим формулу измерения работы.

Если направления модуля приложенной силы и модуля смещения объекта совпадают, то угол будет равен 0 градусов, а его косинус равен 1. В этом случае формулу можно упростить:

А=Ф×С

Мы используем эту формулу для расчета мощности:

N = А / т = F × S / т = F × V

В последнем выражении исходим из того, что скорость (V) равна отношению между движением объекта и временем, когда это движение произошло.

В электротехнике

В общем, электрическая мощность (P) указывает на скорость передачи энергии. Он равен произведению напряжения в этой части цепи на величину тока, проходящего через эту часть.

P = I × U, где I — ток, U — напряжение.

В электротехнике есть несколько видов мощности: активная, реактивная, полная, пиковая и т д. Но это тема для отдельного материала, сейчас потренируемся решать задачи, исходя из общего представления об этой величине. Давайте посмотрим, как найти силу, используя приведенные выше физические формулы.

Задача 1

Предположим, человек поднимает из колодца ведро с водой, используя силу 60 Н. Глубина колодца 10 м, а время, необходимое для его подъема, составляет 30 секунд. Какова будет сила человека в этом случае?

Решение:

Найдем сначала количество работы, используя тот факт, что известно расстояние перемещения (глубина скважины 10 м) и приложенная сила 60 Н.

A = F × S = 60 Н × 10 м = 600 Дж

Когда стоимость работы и времени известна, нетрудно найти мощность:

N = A / t = 600 Дж / 30 сек = 20 Вт

Ответ: мощность человека, когда он поднимает ведро, составляет 20 Вт.

Задача 2

В комнате есть лампа мощностью 100 Вт. Напряжение домашней электросети 220 В. Какой ток проходит через эту лампу?

Решение:

Мы знаем, что P = 100 Вт и U = 220 В.

Поскольку P = I × U, следовательно, I = P/U.

I = 100/220 = 0,45 А.

Мощность переменного тока

В таких схемах нельзя использовать формулы для мгновенных значений, так как конечное значение будет меняться от минимального до максимального с изменением частоты сети. В стандартной однофазной сети 220 В поддерживается синусоидальная форма волны 50 Гц.

Однако допустимо использовать рассмотренные выше простые условия (P=U*I и др.) при подключении нагрузки с резистивными характеристиками:

• ТЭНы для стиральных машин;
• нагревательные катушки инфракрасных излучателей;
• лампочки с вольфрамовой нитью.

Используя это выражение, найдите величину силы, высвобождаемой при нагрузке.

Активная мощность

Ситуация коренным образом меняется при включении мощного электродвигателя или конденсатора. Такие нагрузки образуют колебательный контур, обменивающийся энергией с источником тока. Полезные функции в этом случае выполняет только активный компонент (Pact). Он рассчитывается следующим образом:

• U*I — постоянный ток (переменный с резистивной нагрузкой);
• U * I * cos ϕ – для ~220В, однофазное;
• U * √3 * cos ϕ = U * 1,7321 * cos ϕ — три фазы, U * √3 * ~380В.

Реактивная мощность

Этот параметр, несмотря на отсутствие полезной работы, следует учитывать для правильной оценки важных параметров сети. Дело в том, что проводники нагреваются при прохождении тока в любом направлении. Циклические энергетические воздействия при достаточно высокой интенсивности:

• разрушают жилы и защитные оболочки кабелей;
• спровоцировать короткое замыкание;
• повредить обмотки электрических станций и трансформаторов.

Реактивная составляющая определяется по формуле:

Preact = U * I * sin ϕ.

Принимает отрицательное (положительное) значение при подключении к нагрузке с соответственно емкостными (индуктивными) свойствами.

Как измеряется выходная мощность в таких ситуациях, ясно из определения. Поскольку речь идет об изменении параметров электрического (магнитного) поля, конечный результат обозначают реактивными вольт-амперами (сокращенно единица — вар).

Полная мощность

Если рассматриваемые величины выразить векторами, то образуется треугольник. Длина сторон будет соответствовать энергопотреблению определенного компонента. Угол между кажущейся (Ptotal) и активной мощностью (ϕ) используется в расчетах для расчетов. Общая формула:

Pобщ = √((Ковенант)2 + (Ковенант)2).

Комплексная мощность

Потребление энергии при необходимости может быть выражено в комплексных величинах. Используйте основные пропорции. Вместо сопротивления используется импеданс.

Измерения

Как показано выше, некоторые предварительные данные могут быть получены в ходе практических измерений. Функции типовых специализированных устройств отмечены ниже.

Прямые замеры

Ваттметры выпускаются в различных модификациях для сетей ~220В и ~380В. В процессе выполнения рабочих операций вносятся соответствующие коррективы. Зонды следует подключать в соответствии с инструкциями производителя и соответствующим размещением проводников. Как правило, в конструкции устройств применяют две катушки с параллельным и последовательным подключением к нагрузке. Для повышения точности используются профессиональные приборы категории «лаборатория.

Косвенные замеры

Эти операции выполняются с помощью мультиметров. Измеряются сопротивление, ток и напряжение, после чего рассчитывается мощность.

Фазометры

Эти приборы измеряют фазовый сдвиг между несколькими электрическими параметрами. При таком блоке можно определить cos ϕ, если паспортное значение отсутствует в сопроводительных документах на оборудование.

Регулирование cos

Отрицательное влияние реактивных компонентов, указанное выше, компенсируется специальными дополнениями к общей электрической схеме. Расчеты выполняются по представленным формулам.

Мощность некоторых электрических приборов

При обустройстве современной квартиры часто приходится решать задачу согласования нагрузок в отдельных линиях. Чтобы предотвратить несчастные случаи, необходимо правильно установить автоматический выключатель. Начните с подготовки параметров кабелей. Затем осуществляется управление группами подключенных бытовых приборов. Типичные параметры потребляемой мощности (Вт):

• персональный компьютер — 170-1250;
• портативный компьютер — 40-280;
• ЖК телевизор — 120-265;
• железо — 450-1850;
• кондиционер — 1200 — 2500.

Какая машина подойдет, определяется с учетом всех значимых факторов. Особое внимание уделяется нагрузкам с высокими значениями реактивной составляющей мощности.