Elektrikoff09.ru

Журнал "Электросети"
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как рассчитать потребляемую мощность

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.

Мощность электрического тока

Что такое амперы

Следует освежить в памяти определение силы тока, который выражается в амперах. Из курса физики известно, что сила тока определяется количеством заряда, перенесенного через объем за определенный промежуток времени. Это не наглядно и не всегда понятно.

Проще принять, что ток является величиной нагрева элементов электрической цепи. Чем больше сила тока, тем большее количество теплоты будет выделяться.

Большое число бытовых и промышленных приборов и устройств используют именно нагревающее свойство тока:

  • Нагревательные устройства (электроплиты, чайники, утюги).
  • Лампы накаливания (свечение перегретой нити накаливания).

Предохранители, используемые для защиты от короткого замыкания, также используют нагревательное свойство тока. В плавких предохранителях это перегорание тонкой калиброванной проволоки, в автоматических выключателях – изгибание биметаллической пластины.

Устройство предохранителя

Среднеквадратичное значение напряжения

Итак, что же у нас получилось? Как и постоянное напряжение, так и переменное напряжение зажигали одну и ту же лампочку, которая кушала одну и ту же мощность. Значит эта осциллограмма

Среднеквадратичное (действующее, эффективное) значение

и вот эта осциллограмма

Среднеквадратичное (действующее, эффективное) значение

Чем то похожи? Но чем.

Среднеквадратичное значение напряжения — это такое значение переменного напряжения, при котором нагрузка потребляет столько же силы тока, как и при постоянном напряжении. То есть лампочка у нас потребляла 1,71 Ампер и при постоянном токе и при переменном. То есть, в двух этих случаях, мощность, которую потребляла лампочка, была одинакова.

Также среднеквадратичное напряжение еще называют действующим или эффективным значением напряжения. С помощью несложных умозаключений, инженеры-электрики пришли к выводу действующее (оно же среднеквадратичное) напряжение синусоидального сигнала любой частоты равняется максимальной его амплитуде, поделенной на корень из двух

Среднеквадратичное значение напряжения формула

Стоп! Мы ведь не разобрали, что такое максимальная амплитуда! На осциллограмме максимальная амплитуда выглядит примерно вот так:

Среднеквадратичное значение напряжения

Если даже посчитать по клеточкам и посмотреть, чему равняется одна клеточка по вертикали (смотрим внизу слева, она равняется 5 Вольт), то Umax = 17 Вольт. Делим это значение на корень из двух. Я беру это значение как 1,41. Получаем, что среднеквадратичное значение равняется 17/1,41=12,06 Вольт. Ну что, все верно 😉

Читайте так же:
Патроны для ламп с розеткой

Значит, когда нам говорят, что напряжение в розетке равняется 220 Вольт, то мы то знаем, что на самом деле это среднеквадратичное напряжение. Максимальная амплитуда этих 220 Вольт равняется 220х1,41=310 Вольт.

Где же среднеквадратичное напряжение и максимальная амплитуда сигнала прячутся на табличке измерений? Да вот же они!

Среднеквадратичное (действующее, эффективное) значение

Vk — это и есть среднеквадратичное напряжение этого сигнала.

Ma — это и есть Umax.

Способы определения мощности светодиода

На самом деле способов как узнать потребление не так уж и много, поэтому давайте остановимся на каждом из них и рассмотрим более подробно.

Мультиметром

Этот способ самый сложный и не является точным, прибегать к нему советую только в крайнем случае, когда достаточно хотя бы примерных значений.

Определить мощность лазерного светодиода при помощи мультиметра нельзя!

Имея на руках только один мультиметр (он же тестер), для измерения следует выполнить следующую последовательность действий:

  1. Собрать схему с подключенным светодиодом через токоограничивающий резистор на 500 Ом от блока питания с плавной регулировкой напряжения от 0 до 12 В. схема проверки мощности светодиода
  2. Плавно поднимая напряжение на блоке питания, следует постоянно измерять напряжение на блоке питания и светоизлучающем диоде, т.е. до резистора и после (в местах V1 и V2). В таком способе удобно использовать два мультиметра или два вольтметра. Изначально, значения напряжений будут почти одинаковы (разница не более 0,1В). При достижении определенного уровня, начнется ощутимый рост разницы измеряемых значений.
  3. Зафиксировать значение напряжение
  4. Подключить проверяемый светоизлучающий диод через резистор 10 Ом последовательно с амперметром. Если нет амперметра, используйте мультиметр. схема проверки мощности светодиода
  5. Поднимите напряжение до зафиксированного ранее значения V
  6. Зафиксируйте значение тока и, используя закон Ома, определите мощность светодиода.

Как это сделать, читайте ниже.

Иногда люди сталкиваются с интересной особенностью, проверяемый светоизлучающий диод исправен (проверяют светодиод мультиметром), но никак не светится при подаче на него питания. Оказывается, что он инфракрасный. Определить ИК — светодиод можно посмотрев на него через объектив камеры. Он будет светиться.

По закону Ома

В самом начале статье мы упоминали формулу мощности, которая вытекает из закона Ома. Там же приведен пример расчета потребления. Зная формулу (P=I*U), а также силу тока (I) и напряжение (U) светодиода, Вы без труда узнаете сколько потребляет светодиод.

Закон Ома

По внешнему виду

Определить сколько потребляет светодиод по внешнему виду практически не возможно, поэтому этим способом также рекомендую пользоваться только в крайнем случае, так сказать в безвыходной ситуации. Методика визуального определения сводится к возможности отнесения «узнаваемого» к какому-либо известному Вам типу светоизлучающего диода. Определяем для «подопытного» тип светодиода (а лучше марку и модель, это можно сделать по маркировке) и ищем к нему даташит, в котором можно найти точные характеристики, в том числе и мощность.

Читайте так же:
Ток потребления светодиодной лампы 220 в

Давайте посмотрим, как применить способ на практике. Например, на руках у нас имеется светоизлучающий диод, как на фото ниже.

Светодиод SMD 5050

Сразу видим, что это SMD LED. Зная то, что в названии SMD LED зашифрованы габариты. Берем штангенциркуль и меряем размеры. Получив значения ширины – 28 и длины – 35 мм, можно с уверенностью сказать, что это светодиод SMD 3528. Мощность SMD 3528 белого цвета составляет 0,06 Вт. Это значение является средним, т.к. оно может варьироваться плюс – минус 15% в зависимости от производителя.

Мощность светодиода зависит от излучаемого им цвета. Поэтому узнав характеристики для светодиода белого цвета, стоит знать, что для красного или зеленого они будут другие.

Рассмотренная выше методика применима к любому SMD LED и даже для светодиодной ленты, т.к. в ее основе лежат данные LED. Узнав мощность одного светоизлучающего диода на ленте, и посчитав их количество, Вы без труда узнаете мощность всей светодиодной ленты.

Для наглядной демонстрации определения мощности светодиодной ленты, рекомендуем посмотреть соответствующее видео с ютуба. При расчетах автор пользуется законом Ома.

Проблема экономии тока, потребляемого устройствами, — это не только их энергетический класс, но и то, как мы их используем. Лучше не спать, а выключать приборы.

Например, принтер, радио, компьютер — только если мы не будем использовать его менее чем за 16 минут. Нет необходимости держать их в режиме ожидания, если мы будем использовать их только через несколько дней.

Многие люди рекомендуют вынимать зарядные устройства из контактов, если они не заряжаются. Правда, экономия в пересчете на год невелика, но стоит выработать в себе такую привычку. Самое простое — это когда мы подключили их к силовой полосе. Одним движением отсоединяем их все.

Часто при подборе необходимой мощности различных силовых приборов мы сталкиваемся с заявлением, что ВА (вольт-амперы) это совсем не Вт (ватты). Это, естественно, вызывает недоумение, — ведь мощность, — это напряжение, умноженное на ток (P=U*I).

Так почему же все-таки ВА не равен Вт?

Читайте так же:
Схема включения лампочек по одному проводу

Базовые определения:

В сети переменного тока на полезную работу затрачивается не вся, а только часть мощности (это активная мощность в Ваттах):

  • Полная — общая комплексная суммарная мощность — ВА.
  • Активная (полезная) мощность — Ватт.

Это соотношение определяется коэффициентом мощности, — соотношение между общей комплексной суммарной мощностью (ВА) и активной (полезной) мощностью (Ватт).

Для абсолютного большинства устройств этот коэффициент равен 0.6 или 0.7. Этот коэффициент отношение ватт к вольт-амперам называется «коэффициентом мощности».

Таким образом, умножив значение общей комплексной суммарной мощности (ВА) на 0.6 (или 0,7) мы определим значение активной (полезной) мощностью (Ватт)

Напрмер, если общая комплексная суммарная мощность стабилизатора 500 ВА, то его активная (полезная) мощность 500*0,6 = 300 Вт. Т.е. к этому стабилизатору можно подключить нагрузку до 300 Вт.

Выводы и важые замечания:

При выборе блока питания, стабилизатора и проч. следует помнить, что:

  • ВА — это полная потребляемая мощность,
  • Вт — это активная (затраченная на совершение полезной работы) мощность.

Полная — общая комплексная суммарная потребляемая мощность (ВА), — это сумма реактивной и активной мощностей. Зачастую разные потребители имеют разное соотношение полной и активной мощности. Поэтому для определения суммарной мощности всех потребителей необходимо сложение полных мощностей оборудования, а не активных мощностей.

1. Общая комплексная суммарная мощность — ВА всегда больше, чем активная (полезная) мощность — Ватт.

2. Величина коэффициента мощности сильно зависит от конструкции и электрической схемы прибора. Например, для импульсных источников питания. Есть два основных типа импульсных источников питания:

  • Импульсные источники питания с коррекцией коэффициента мощности (PFC).
  • Импульсные источники питания с конденсатором на входе.

У импульсные источников питания с коррекцией коэффициента мощности (PFC) значения общей комплексной суммарной мощности (ВА) и активной (полезной) мощности (Ватт) почти равны, — их коэффициент мощности составляет от 0,99 до 1,0.

А в импульсных источниках питания с конденсатором на входе значение в ваттах (активная, полезная мощность), — составляет от 0,6 до 0,75 вольтамперной характеристики (т.е. коэффициент мощности составляет от 0,6 до 0,75).

Номинальная мощность импульсных блоков питания

Важное замечание: для импульсных блоков питания указваются предельные значения в ваттах и в вольт-амперах. При этом недопустимо превышение ни тех, ни других значений.

Для небольших импульсных блоков питания, как правило, указывается активная (полезная) мощность в ваттах, которая составляющий примерно 60% от общая комплексная суммарная мощность (т.е. вольтамперной характеристики). Но иногда производители указывают только вольтамперную характеристику. В этом случае, при рассчете нагрузки, следует принять допущение, что номинальная мощность в ваттах составляет 60% от указанной мощности в вольт-амперах.

Читайте так же:
Не вкручивать лампочку если не выключен выключатель

Таким образом, если вольтамперная характеристика нагрузки не будет превышать 60% вольтамперной характеристики блока питания, то это гарантирует отсутствие превышения мощности нагрузки в ваттах.

Т.е. если нет точных данных о мощности нагрузки в ваттах, то следует придерживаться правила: величина реальной активной нагрузки должна быть менее 60% вольтамперной характеристики блока питания.

Очевидно, что такой подход к расчетам обычно приводит к завышению мощности.

Косинус «фи» (cos(Fi))

Чаще всего мощность определяется в Ваттах. Еще эту мощность часто называют активной, — это мощность, выделяющаяся на чисто резистивной нагрузке (нагреватели, лампочки и т.д.). При этом активная мощность целиком растрачивается на полезную работу (нагрев, механическое движение), и обычно именно ее понимают под потребляемой мощностью.

Если это активная нагрузка, — чайник, лампа накаливания, нагреватель. то другой информации об этой нагрузке и не требуется. В этом случае, как правило, указывают только номинальную мощность в Вт и номинальное напряжение. В данном случае не имеет значения косинус «Fi» (угол между током и напряжением данной нагрузки), так как он равен нулю. А косинус нуля равен 1. И вэтом случае, активная мощность («P») равна произведению тока нагрузки и напряжения нагрузки, умноженных на этот cos(Fi).
Т.е. P = I*U*cos(Fi) = I*U*1 = I*U.

Простой пример для ТЭНа с cos(Fi)=1:
Полная — общая комплексная суммарная мощность S=10 кВА cos(Fi)=1.
Активная (полезная) мощность P=10*1=10 кВт.

У нагрузок, имеющих не только активное сопротивление, но и реактивное (индуктивность, емкость), как правило указывают величину мощности «P» в Ваттах, а так же указывать величину косинуса «фи» (cos(Fi)). При этом величина косинуса «фи» определяется соотношением активных и реактивных сопротивлений.

Например, если у электродвигателя указаны значения: P=5кВт, Сos(fi)=0.8, то это значит, что данный двигатель при работе (в номинальном режиме) потребляет полную мощность (сумму активной и реактивной мощностей):

  • Активную мощность «S» равную P/Cos(fi) = 5/0,8 = 6,25 кВа
  • и Реактивную мощность «Q» величиной U*I/Sin(fi).
  • А для определения номинального тока двигателя, нужно его мощность «S» разделить на рабочее напряжение (220)
    (прим.: ток указывается, как правило, на шильдике).

Так почему на генераторах (трансформаторах, стабилизаторах напряжения)
указывается мощность в ВА (вольт-амперах)?

Допустим, что на стабилизаторе напряжения указана мощность 10000 ВА.

Читайте так же:
Ток в неоновых лампочках

Если подключить к нему нагреватели, то мощность, отдаваемая трансформатором в нагреватели (в номинальном режиме работы трансформатора) не может превышать 10000 Вт. Вроде все сходится.

А если нагрузить стабилизатор напряжения катушкой индуктивности или электродвигателем с Сos(fi)=0.8? То данный стабилизатор при Сos(fi)=0.85 уже будет отдавать мощность не более 8500 Вт.

Т.е. мощность генераторов (трансформаторов и стабилизаторов напряжения) может определяться только в полной мощности (в нашем случае 1000 кВА).

Коэффициент мощности, косинус «фи» Сos(fi)

Это отношение средней мощности переменного тока к произведению действующих значений напряжения и тока. Наибольшее значение коэффициента мощности равно 1.

В случае синусоидального переменного тока, коэффициент мощности равен косинусу угла сдвига фаз между синусоидами напряжения и тока и определяется параметрами цепи:

Сos(fi) = r/Z
где:
fi («фи») — угол сдвига фаз,
r — активное сопротивление цепи,
Z — полное сопротивление цепи.

Коэффициент мощности может отличаться от 1 и в цепях с чисто активными сопротивлениями, если в них содержатся нелинейные участки. В этом случае коэффициент мощности уменьшается вследствие искажения формы кривых напряжения и тока.

Коэффициент мощности электрической цепи — это косинус фазового угла между основаниями кривых напряжения и тока.

Согласно другому определению, коэффициент мощности — это соотношение активной и полной энергий. Коэффициент мощности (Сos φ = Активная мощность/Полная мощность = P/S (Вт/ВА), потребляемых нагрузкой.

Коэффициент мощности — комплексный показатель, характеризующий линейные и нелинейные искажения, вносимые нагрузкой в электросеть.

Типовые значения коэффициента мощности:

1.00 — идеальное значение;
0.95 — хороший показатель;
0.90 — удовлетворительный показатель;
0.80 — средний показатель современных электродвигателей;
0.70 — низкий показатель;
0.60 — плохой показатель.

Мощность бытовых приборов, потребление электроэнергии

  • Телевизор Led – 50-150Вт.
  • Холодильник класса А – 100-300Вт. (только во время работы компрессора)
  • Ноутбук – 20-50Вт
  • Лампа энергосберегающая – 30Вт, Светодиодная 3-9Вт
  • Котел настенный (электроника + встроенный насос) – 70-130Вт.
  • Роутер – 10-20Вт.
  • Кондиционер 9 – 700-900Вт.
  • Эл. Чайник – 1500Вт.
  • Микроволновка – 500-700Вт.
  • Стиральная машина – 600 – 900Вт.
  • Видеорегистратор + 4 камеры – 30-50Вт.

Все мощности указаны в час работы прибора, стоит учитывать, что большинство приборов работают непродолжительное время, чайник подогрев – 5мин, холодильник включается раз в 2-3 часа на час для поддержания темп. Насос котла тоже работает по мере поддержания температуры теплоносителя. Так же можно рассчитать и другие приборы по этому принципу.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector