Еще раз про мощность: активную, реактивную, полную (P, Q, S), а также коэффициент мощности (PF). Мощность: определение и формула
Понятие мощности является физической величиной. Она представляет собой соотношение работы, производимой в определенный промежуток времени и сам временной промежуток. С помощью работы может быть измерено изменение энергии. Поэтому, мощность показывает, с какой скоростью преобразуется энергия в какой-либо системе.
Все эти понятия в полной мере относятся и к электрической мощности. Здесь учитывается работа (U), затрачиваемая на перемещение 1-го кулона. Электрический ток (I) учитывает число кулонов, перемещенных в течение одной секунды.
Виды электрической мощности
Исходя из зависимости мощности от силы тока и напряжения, следует вывод, что она может получиться от большого тока и малого напряжения и, наоборот, при малом токе и значительном напряжении. Этот эффект применяется при трансформаторных преобразованиях, когда электроэнергия передается на дальние расстояния.
Электрическая мощность может быть . В первом случае происходит безвозвратное преобразование данной мощности в другой вид энергии. Для ее измерения применяется , представляющий собой произведение вольта и ампера. При мощности, из-за появления индуктивности, возникает явление самоиндукции. В результате, электрическая энергия частично возвращается в сеть. При этом, значения тока и напряжения смещаются, вызывая общее отрицательное влияние на электросети. Данный вид мощности измеряется в вольт-амперах реактивных, состоящих из произведения рабочего тока и падения напряжения.
Единица измерения мощности
Мощность является одной из основных единиц, применяемых в электротехнике. Основной единицей измерения служит ватт, отражающий работу в течение определенного времени. На производстве и в бытовых условиях, чаще всего, мощность измеряется в , каждый из которых содержит 1000 ватт. Для измерения большого количества мощности используются мегаватты. Как правило, они применяются на различных видах электростанций, вырабатывающих электроэнергию.
Мощность потребителей указывается на специальных табличках или в техническом паспорте устройства. Зная заранее величину этого параметра, можно вычислить и другие показатели электрической сети - напряжение и величину потребляемого тока.
Как определить мощность тока
Автопроизводители из разных стран измеряют мощность своих автомобилей в различных единицах. Зачем? Ответ вы узнаете ниже
Читая статью про автомобили, будьте уверены, вы всегда будете встречаться с этими данными. С какими? С данными мощности автомобилей. Мощность двигателя автомобиля это один из важнейших показателей, актуальный в любое время, в любой ситуации. Как с практической, так и с теоретической точек зрения.
Всегда актуальны. По статистике одна из самых интересующих читателей частей информации о новинках кроется именно в мощности двигателей автомобилей. Таким образом на подсознательном уровне люди сравнивают модели, их преимущества и слабые стороны относительно друг друга лишь по одному параметру- мощности мотора.
Мощность как суть является мерой того, насколько быстро и как далеко двигатель при помощи физической работы может передвинуть машину вперед с помощью крутящего момента. В машиностроении этот явление обобщено понятием количества «работы», которую силовой агрегат автомобиля должен совершить для того чтобы продвинуть машину вперед. В качестве меры измерения такая работа получила с течением времени множество различных единиц. С некоторыми из них мы сегодня познакомимся поближе.
Киловатты (кВт)
С технической стороны вопроса, эта форма измерения является наиболее универсальным методом вычисления мощности. Ей пользуются инженеры по всему миру.
Ватт- это единица измерения входящая в систему СИ (Международную систему единиц), означает, то, какая мощность потребуется для выполнения работы в 1Дж за единицу времени.
В основном используется профессионалами, как более «правильный» с точки зрения фундаментальной науки показатель мощности. Как единица измерения в автомобильной сфере используется в основном в Южном полушарии, так исторически сложилось.
Метод измерения мощности в киловаттах на автомобилях в основном происходит путем нахождения величины крутящего момента, передаваемого от колес на динамометрическом стенде, затем для подсчетов применяется данное уравнение:
Киловатты, стали современной мерой фиксации выходной мощности автомобилей и возможно в будущем они станут общепринятой мировой мерой. По крайней мере, если посмотреть на любые официальные данные предлагаемые автопроизводителями вы обязательно увидите единицы кВт мощности двигателей внутреннего сгорания наравне с лошадиными силами.
Более того, с начинающимся ажиотажем вокруг автомобилей с электрическими двигателями, вхождение в обиход этой формы измерения станет еще более оправданной, ведь количество произведенной электродвигателем работы измеряются с помощью кВт⋅ч (киловатт-часов), которые определяют, как долго электродвигатель может производить определенное количество энергии, к примеру, для движения автомобиля.
Лошадиные силы (л.с.)
Введенная в обиход «маэстро» и по совместительству создателем продуктивных паровых двигателей - мистером Джеймсом Уаттом - это единица мощности, основанная на лошадиных силах каким-то образом жива и по сей день, пронеся подсчеты гениального инженера сквозь столетия. Она является основной единицей измерения мощности автомобилей во многих странах, в том числе и в России, используется не только в качестве измерения мощности двигателя внутреннего сгорания в официальных документах к моделям автомобилей, но и для расчетов налогообложения в автомобильной сфере, например, подсчет транспортного налога.
Так что же такое лошадиная сила (л.с.)? Как она появилась и как ее высчитывают? Как ее появление было связано с лошадьми?
Шотландия, изобретатель Джеймс Уатт довел до ума свое первое паровое устройство, которое могло бы помочь сотням промышленникам и ремесленникам в их будничном труде. И вроде бы двигатель был всем хорош, но как объяснить это обывателям? Ответ напрашивался сам собой, нужно было сравнить работу самого распространенного на тот момент «силового устройства» (лошади) с работой новой машины. Сказано сделано, Уатт засел за подсчеты.
ПОДСЧЕТЫ И СРАВНЕНИЕ ЕДИНИЦ ИЗМЕРЕНИЯ
В большинстве стран Европы лошадиная сила определяется как 75 кгс·м/с, мощность, затрачиваемая при равномерном вертикальном поднимании груза массой в 75 кг со скоростью 1 метр в секунду при ускорении свободного падения 9.8 м/с.
В Международной метрической системе СИ официально измеряется в ваттах. 1 л.с. (метрическая лошадиная сила) равна 735 Вт или 0.73 кВт.
В свою очередь 1 кВт равен 1.35 л.с.
Более того, в системе измерения в Соединенном Королевстве, а также в США лошадиные силы (horsepower, hp) приравнивают к 745 Вт, из-за чего есть небольшое расхождение с европейскими «лошадками». Таким образом 1 л.с. в США равна 1.0138 л.с. из Европы.
К примеру, мощность 3.8 литрового двигателя
Nissan
GT-
R составляет 570 л.с.
, в киловаттах она будет равна 419
, в hp 577
единицам.
Смотрите также:
Как Джеймс Уатт ввел в обиход свои паровые машины и понятие «лошадиная сила»
Сейчас точно никто не знает, насколько сильны были лошади, учувствовавшие в экспериментах Уатта, были ли они в расцвете сил или это были старые клячи. Однако сохранилось несколько легенд.
По одной из которых некий пивовар, первый покупатель парового агрегата Уатта, вероятно, чтобы сбить цену на машину изобретателя решил провести состязание. Лошадь в пивоваренном производстве привадила в действие водяной насос, взамен нее пивовар и хотел приобрести паровую машину.
Для того чтобы наверняка победить, не чистый на руку промышленник выбрал для соревнования самую сильную лошадь и путем манипуляций с кнутом и другими инструментами повышения производительности труда выжал из бедной животины максимальный КПД. В ответ на вызов Джеймс Уатт применив свою машину превысил выполненную лошадью работу по некоторым данным в 1.5 раза, что послужило принятием за образчик именно металлическое устройство, работавшее на водяном пару.
Вторая легенда наоборот, рассказывает нам, что сам Уатт немного «подкрутил» расчёты в свою пользу. Понадобилось это ему для того, чтобы убедить несговорчивых владельцев угольных шахт для переходя с тягловых лошадей на паровые машины. В 18 веке уголь их шахт поднимали при помощи лошадей веревкой через систему блоков. Подсчитав производительность среднестатистической лошади, Уатт применил коэффициент, умножив полученное число на 1.5, за счет чего его машина с легкостью выигрывала в производительности у любой лошади, совершавшей ту же работу.
Поскольку лошадиная сила значительно распространилась по всему Земному шару ввиду простоты подсчетов и понятности для пользователей, появились различные виды (определения) лошадиных сил: метрическая лошадиная сила, механическая лошадиная сила, котловая л.с., электрическая л.с. и водяная лошадиная сила .
Возможно в некоторых статьях и новостях, как в зарубежных, так и в отечественных вы не раз сталкивались с непонятными сокращениями, к примеру: nhp, rhp, bhp, shp, ihp, whp . Что они обозначают?
Nhp или rhp, Nominal horsepower, rated horsepower - полезная мощность, использовалась для оценки мощности паровых двигателей.
Bhp, Brake horsepower - эффективная мощность в л.с., мощность «снимаемая» с коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, не учитывает потери мощности от КПП и трансмиссии автомобиля.
Shp, Shaft horsepower - мощность двигателя на валу, это мощность, подводимая к валу винта, на вал турбины или на выходной вал автомобильной коробки передач. Брутто
Ihp, Indicated horsepower - индикаторная мощность в л.с., это теоретическая мощность поршневого двигателя, определяемая суммой мощности с коленчатого вала, эффективной мощности, и энергии расходуемой на трение.
По работе квартирного электросчётчика можно проследить, что накручивание киловатт-часов происходит тем быстрее, чем большая нагрузка подается на сеть. На этом основан один из способов того, как измеряется мощность. Существует несколько разновидностей показателя, обозначаемого по первой букве английского watt - W. От параметров электросхемы жилища зависит величина энергопотребления - оно прямо пропорционально мощности подключённых токоприёмников.
Виды электрической мощности
Физическая величина W представляет собой скорость изменения, передачи, потребления и преобразования энергии рассматриваемой системы. Конкретно определение мощности звучит как отношение выполняемой в какой-то период работы к промежутку времени действия: W=ΔА/Δ t, Дж/с=ватт (Вт).
В отношении электрической сети речь идёт о перемещении заряда под действием напряжения: А=U. Потенциал между двумя точками проводника - и есть показатель энергии движения единичного нуклона. Полная работа протекания всего количества электронов - Ап=U*Q, где Q - общее число зарядов в сети. В этом случае формула мощности приобретает вид W=U*Q/t, выражение Q/t - электроток (I), то есть W=U*I.
В энергетике различают несколько терминов W:
Характер установленного оборудования предопределяет избыточность Wр, когда преобладают ёмкостные приборы и потенциал увеличивается, или дефицитность, если превалирует индуктивность сети (напряжение снижается). При использовании принципа противоположности действия разработаны устройства, позволяющие компенсировать вредность Wр и повысить качество и эффективность энергоснабжения.
Влияние параметров сети на киловатты
Из формулы W=U*I, видно, что мощность зависит одновременно от двух характеристик энергосистемы - напряжения и силы тока. Их влияние на параметры сети паритетное. Процесс образования электрической мощности можно описать следующим образом:
- U - это работа, потраченная на перемещение 1 кулона;
- I - количество зарядов, протекающих через проводник за 1 секунду.
По расчётному значению W определяют потреблённую энергию сети, умножив величину мощности на время её расходования. Изменяя один из параметров W в сторону уменьшения или увеличения, можно сохранить энергетику системы на постоянном уровне - получить высокую силу тока при малом напряжении или большой потенциал сети при слабом движении кулонов.
Преобразовательные приборы, предназначенные для перемены параметров, называются трансформаторами напряжения или тока . Их устанавливают на повышающих или понижающих электроподстанциях для передачи энергии от источника к потребителям на дальние расстояния.
Способы измерения нагрузки
Узнать мощность прибора можно, обратившись к его инструкции или паспорту, а при отсутствии - посмотреть на шильдик, прикреплённый к корпусу. Если нет данных производителя, то доступны другие способы, чтобы определить энергетику оборудования. Основной из них - измерить нагрузку с помощью ваттметра
(прибора для фиксирования электрической мощности).
По назначению их разделяют на 3 класса: постоянного тока и низкочастотные (НЧ), оптические и высокоимпульсивные. Последние относят к радиодиапазону и дробят на 2 вида: включаемые в разрыв линии (проходящая мощность) и монтируемые в конечной точке маршрута как согласованная (поглощаемая) нагрузка. По способу доведения информации до оператора различают приборы цифровые и аналоговые - показывающие стрелочные и самопишущие. Краткие характеристики некоторых измерителей:
Помимо помощи специальных приборов, мощность узнают посредством применения расчётной формулы: в разрыв одного из питающих проводов включают амперметр, определяют ток и напряжение сети. Перемножение величин даст искомый результат.
Мощность является физическим показателем. Она определяет работу, производимую во временном отрезке и помогающую измерять энергетическое изменение. Благодаря единице измерения мощности тока легко определяется скоростное энергетическое течение энергии в любом пространственном промежутке.
Расчет и виды
Из-за прямой зависимости мощности от напряжения в сети и токовой нагрузки следует, что эта величина может появляться как от взаимодействия большого тока с малым напряжением, так и в результате возникновения значительного напряжения с малым током. Такой принцип применим для превращения в трансформаторах и при передаче электроэнергии на огромные расстояния.
Существует формула для расчета этого показателя. Она имеет вид P = A / t = I * U, где:
- Р является показателем токовой мощности, измеряется в ваттах;
- А - токовая работа на цепном участке, исчисляется джоулями;
- t выступает временным промежутком, на протяжении которого совершалась токовая работа, определяется в секундах;
- U является электронапряжением участка цепи, исчисляется Вольтами;
- I - токовая сила, исчисляется в амперах.
Электрическая мощность может иметь активные и реактивные показатели. В первом случае происходит преобразование мощностной силы в иную энергию. Ее измеряют в ваттах, так как она способствует преобразованию вольта и ампера.
Реактивный показатель мощности способствует возникновению самоиндукционного явления. Такое преобразование частично возвращает энергетические потоки обратно в сеть, из-за чего происходит смещение токовых значений и напряжения с отрицательным воздействием на электросеть.
Определение активного и реактивного показателя
Активная мощностная сила вычисляется путем определения общего значения однофазной цепи в синусоидальном токе за нужный временной промежуток. Формула расчета представлена в виде выражения Р = U * I * cos φ, где:
- U и I выступают в качестве среднеквадратичного токового значения и напряжения;
- cos φ является углом межфазного сдвига между этими двумя величинами.
Благодаря мощностной активности электроэнергия превращается в другие энергетические виды: тепловую и электромагнитную энергии. Любая электросеть с током синусоидального или несинусоидального направления определяет активность цепного участка суммированием мощностей каждого отдельного цепного промежутка. Электромощность трехфазного цепного участка определяется суммой каждой фазной мощности.
Аналогичным показателем активной мощностной силы считается величина мощности прохождения, которая рассчитывается путем разницы между ее падением и отражением.
Реактивный показатель измеряется в вольт-амперах. Он является величиной, применяемой для определения электротехнических нагрузок, создаваемых электромагнитными полями внутри цепи переменного тока. Единица измерения мощности электрического тока вычисляется умножением среднеквадратичного значения напряжения в сети U на переменный ток I и угол фазного синуса между этими величинами. Формула расчета выглядит следующим образом: Q = U * I * sin.
Если токовая нагрузка меньше напряжения, тогда фазное смещение носит положительное значение, если наоборот - отрицательное.
Величина измерения
Основной электротехнической единицей является мощность. Для того чтобы определить, в чем измеряется мощность электрического тока, нужно изучить основные характеристики этой величины. По законам физики ее измеряют в ваттах. В условиях производства и в быту величина переводится в киловатты. Вычисления крупных мощностных масштабов требуют перевода в мегаватты. Такой подход практикуется на электростанциях для получения электрической энергии. Работа исчисляется в джоулях. Величина определяется следующими соотношениями:
Потребительская мощностная сила обозначается на самом электроприборе или в паспорте к нему. Определив этот параметр, можно получить значения таких показателей, как напряжение и электрический ток. Используемые показатели указывают, в чем измеряется электрическая мощность, они могут выступать в виде ваттметров и варметров. Реактивная сила показателя мощности определяется фазометром, вольтметром и амперметром. Государственным эталоном того, в чем измеряется мощность тока, считается частотный диапазон от 40 до 2500 Гц.
Примеры вычислений
Для расчета тока чайника при электромощности 2 КВт используется формула I = P / U = (2 * 1000) / 220 = 9 А. Для запитывания прибора в электросеть не используется длина разъема в 6 А. Приведенный пример применим только тогда, когда полностью совпадает фазное и токовое напряжение. По такой формуле рассчитывается показатель всех бытовых приборов.
Если цепь является индуктивной или имеет большую емкость, то рассчитывать мощностную единицу тока необходимо, используя другие подходы. К примеру, мощность в двигателе с переменным током определяется с помощью формулы Р = I * U * cos.
При подключении прибора к трехфазной сети, где напряжение будет составлять 380 В, для определения показателя суммируются мощности каждой фазы в отдельности.
В качестве примера можно рассмотреть котел из трех фаз мощностной вместимостью 3 кВт, каждая из которых потребляет 1 кВт. Ток на фазе рассчитывается по формуле I = P / U * cos φ = (1 * 1000) / 220 = 4,5 А.
На любом приборе обозначается показатель электромощности. Передача большого мощностного объема, применяемая в производстве, осуществляется по линиям с высоким напряжением. Энергия преобразовывается с помощью подстанций в электроток и подается для использования в электросети.
Благодаря несложным расчетам определяется мощностная величина. Зная ее значение, можно сделать правильный подбор напряжения для полноценной работы приборов бытового и промышленного предназначения. Такой подход поможет избежать перегорания электроприборов и обезопасить электросети от перепадов напряжения.
