Как рассчитать мощность электрического тока

Владельцы квартир, частных домов и других электрифицированных объектов часто сталкиваются с вопросом определения значений основных электрических величин, так как рассчитать мощность по допустимой силе тока и известному напряжению или решить обратную задачу не очень просто.

Прямое применение известного закона Ома без учета особенностей бытовых сетей и приборов может привести к неверному результату.

В этом материале мы разберемся, что такое мощность и расскажем о том, как вычислить этот показатель.

Основные понятия величин

Электротехнические расчеты базируются на общеизвестных соотношениях между силой тока (I, Ампер), величиной напряжения (U, Вольт), значения мощности (P, Ватт) и сопротивления (R, Ом). Практические расчеты обычно требуют знания значений первой тройки.

Числовых выражений перечисленных величин, предупредим, недостаточно – нужны дополнительные характеристики, раскрывающие режим электропотребления.

Сила электрического тока

Расчет достаточного сечения жил и номинала автоматического выключателя для конкретной ветки электросети проводят согласно значению максимально возможной для этого участка силы тока. Это необходимо для предотвращения ситуации возгорания проводки, что часто приводит к возникновению пожара.

Рабочие параметры автоматов и УЗО выбирают согласно нормативным требованиям. Для определения допустимого сечения жил в зависимости от максимально возможной силы тока необходимо использовать таблицу, предоставленную производителем продукции, потому что кабеля чаще всего произведены по ТУ, а не по ГОСТ.

Кабель по ГОСТ и по ТУ

Имея одинаковую маркировку, кабеля, произведенные по ГОСТу (слева) и по ТУ (справа) отличаются как визуально, так и по основным характеристикам

Так как рассчитать силу электрического тока можно по потребляемой приборами мощности и напряжению сети, то необходимо правильно определить значения этих двух показателей.

Напряжение в бытовых сетях

Многие владельцы квартир считают, что стандартное напряжение в фазе для бытовых нужд приблизительно равно 220 В. В большинство случаев это действительно так. Хотя по ГОСТ 29322-2014 с 01.10.2015 в пределах Российской Федерации должен был произойти переход на совместимую со странами ЕЭС систему 230 В.

Отклонение в 5% от эталона является допустимым на любой срок, а 10% – на период, не превышающий 1 час. Таким образом по старым правилам значение напряжения может колебаться в диапазоне от 198 до 242 В, а по действующему ГОСТу – от 207 до 253 В.

Также есть случаи, когда напряжение в сети длительное время значительно ниже нормативного. Такая ситуация возникает тогда, когда суммарная мощность подключенных к ветке электроприборов гораздо выше запланированной и при включении большинства из них происходит «просадка сети».

Как рассчитать мощность электрического тока?

Эта проблема возникает в зоне ответственности организаций, отвечающих за поставку электроэнергии, и связана она с перегрузкой распределительных трансформаторов, изношенностью подстанций или с недостаточным сечением проводов.

Сгоревший электромотор холодильника

Пониженное входное напряжение приводит не только к изменению параметра силы тока и возможному срабатыванию защиты, но и к быстрой поломке электроприборов, содержащих асинхронные электродвигатели или сложную электронику

Для выяснения значения реального напряжения нужно периодически проводить замеры с использованием вольтметра. Если показатели сильно «гуляют», то необходимо применение стабилизатора или более дорогого преобразователя с функцией накопителя электроэнергии.

Нюансы в понятии мощности электроприборов

Все потребляющие электричество устройства имеют такой параметр как мощность. Чем больше этот показатель, тем больше энергии забирает прибор из цепи.

Всего существует три вида мощности:

  • Активная (P). Характеризует скорость перевода электрической энергии в иной вид, например электромагнитный или тепловой. Ее нужно учитывать при расчете необратимых затрат электроэнергии, а значит, и стоимости работы прибора. Единица измерения – Вт.
  • Реактивная (Q). Характеризует энергию, которая приходит от источника (трансформатора) к реактивным элементам потребителя (конденсаторы, обмотки двигателя), но потом практически мгновенно возвращается к источнику. Единица измерения – Вт или вар (расшифровка – вольт-ампер реактивный).
  • Полная (S). Характеризует нагрузку, которую потребитель налагает на элементы цепи. Ее используют при вычислении площади сечения кабеля и выборе номинала автоматов, то есть расчет силы тока производят по полной мощности всех подключенных в цепь электроприборов. Единица измерения – Вт или V*A (В*А – вольт амперы).

Все эти параметры можно пересчитать через угол сдвига фаз, который возникает между вектором напряжения и током (f):

К бытовым устройствам, у которых полная мощность может существенно превышать активную, относят холодильники, стиральные машины, люминесцентные и некоторые энергосберегающие лампы, а также блоки силовой электроники.

Параметры асинхронного двигателя бытового прибора

На двигателях обычно указывают активную мощность и коэффициент. В этом случае полная мощность вычисляется так: S = P / cos(f) = 750 / 0.78 = 962 Вт

Также есть такое понятие как пиковая или стартовая мощность. Дело в том, что для разгона двигателей требуется гораздо больше усилий, чем для поддержания их вращения. Поэтому при включении таких приборов как холодильник или стиральная машина происходит кратковременный всплеск нагрузки на участке цепи.

Стартовые токи могут быть выше рабочих в несколько раз. При расчете необходимого сечения кабелей и подборе номинала автомата следует это учитывать.

Для этого нужно определить прибор с наибольшей разницей стартовой и рабочей мощности и добавить ее к общему значению. Стартовые токи остальных устройств можно не учитывать, так как вероятность одновременного срабатывания на включение двигателей у разных потребителей практически равна нулю.

Формулы расчета мощности

Мощность — это физическая величина, равная отношению количества работы ко времени совершения этой работы.
Мощность электрического тока (P) — это величина, характеризующая скорость преобразования электрической энергии в другие виды энергии. Международная единица измерения — Ватт (Вт/W).

— Мощность по току и напряжению (постоянный ток): P = I × U
— Мощность по току и напряжению (переменный ток однофазный): P = I × U × cos φ
— Мощность по току и напряжению (переменный ток трехфазный): P = I × U × cos φ × √3
— Мощность по току и сопротивлению: P = I 2 × R
— Мощность по напряжению и сопротивлению: P = U 2 / R

  • I – сила тока, А;
  • U – напряжение, В;
  • R – сопротивление, Ом;
  • cos φ – коэффициент мощности.

Расчет мощности (закон Ома)

Расчет косинуса фи (cos φ)

φ – угол сдвига между фазой тока и напряжения, причем если последний опережает ток сдвиг считается положительным, если отстает, то отрицательным.

cos φ – безразмерная величина, которая равна отношению активной мощности к полной и показывает насколько эффективно используется энергия.

Формула расчета косинуса фи: cos φ = S / P

  • S – полная мощность, ВА (Вольт-ампер);
  • P – активная мощность, Вт.

Активная мощность (P) — реальная, полезная, настоящая мощность, эта нагрузка поглощает всю энергию и превращает ее в полезную работу, например, свет от лампочки. Сдвиг по фазе отсутствует.

Формула расчета активной мощности: P (Вт) = I × U × cos φ

Реактивная мощность (Q) — безваттная (бесполезная) мощность, которая характеризуется тем, что не участвует в работе, а передается обратно к источнику. Наличие реактивной составляющей считается вредной характеристикой цепи, поскольку главная цель существующего электроснабжения — это сокращение издержек, а не перекачивание ее туда и обратно. Такой эффект создают катушки и конденсаторы.

Формула расчета реактивной мощности: P (ВАР) = I × U × sin φ

Полная мощность электроприбора (S) — это суммарная величина, которая включает в себе как активную, так и реактивную составляющие мощности.

Формула расчета полной мощности: S (ВА) = I × U или S = √( P 2 + Q 2 )

Полная, активная и реактивная мощность

Как использовать калькулятор

Укажите значение известных параметров, например, силу тока и напряжение, после этого калькулятор произведет расчёт значения мощности тока и выдаст его в указанных единицах измерения.

Точность расчетов калькулятора мощности электрического зависит от нескольких факторов:

  1. Точность измерительных приборов: точность измерения сопротивления, напряжения или силы тока влияет на точность расчетов. Если измерительные приборы не точны, то и результаты расчетов будут неточными.
  2. Точность данных: данные, используемые для расчета, такие как сопротивление проводника и напряжение, должны быть точными. Если данные неточные, то и результаты расчетов будут неточными.
  3. Температура: температура проводника может влиять на точность расчетов, так как сопротивление проводника меняется с температурой.
  4. Состояние проводника: качество проводника может влиять на точность расчетов. Например, если проводник окислился или поврежден, то его сопротивление может измениться и привести к неточным результатам.
  5. Влияние других элементов в цепи: на точность расчетов могут влиять другие элементы в цепи, такие как резисторы, конденсаторы и индуктивности. Если эти элементы не учитываются при расчете, то результаты могут быть неточными.
  6. Напряжение питания: точность расчетов также может зависеть от напряжения питания и его устойчивости.
  7. Условия окружающей среды: окружающая среда может влиять на точность измерений и, следовательно, на точность расчетов. Например, высокая влажность может повредить измерительные приборы и привести к неточным результатам.

Учитывая все эти факторы, следует стремиться к использованию точных измерительных приборов и точных данных для расчета. Кроме того, необходимо учитывать все элементы в цепи и условия окружающей среды, чтобы получить наиболее точные результаты.

Где можно применить калькулятор

Калькулятор мощности электрического тока можно применить во многих областях, где необходимо рассчитывать электрическую мощность или силу тока. Некоторые примеры:

  1. Для расчета мощности электропотребления домашних приборов, таких как холодильники, кондиционеры, компьютеры и другие устройства.
  2. В инженерии и строительстве, для расчета мощности электрооборудования и распределения нагрузки на электрические системы.
  3. В промышленности, для расчета мощности электродвигателей, генераторов и другого оборудования.
  4. В научных исследованиях, для измерения силы тока в электрических цепях и для расчета мощности, потребляемой электронными устройствами.
  5. В обучении и образовании, для демонстрации принципов электрической мощности и силы тока, а также для проведения лабораторных работ.

Калькулятор мощности электрического тока может быть полезным инструментом во многих сферах жизни и работы, где требуется работа с электроэнергией.

Как определить максимальную нагрузку тока

Полезная мощность показывает максимальное значение при ситуации, когда сопротивление нагрузки R сравнивается с таким же параметром внутри источника — r.

P max = E2 / 4r, где E — это движущая сила источника тока.

Для расчета предельной токовой нагрузки для электрического устройства нужно знать параметр номинальной нагрузки и напряжение переменного тока на входе. Технический паспорт прибора, руководство или эмблема содержат первый показатель.

Например, когда номинальный параметр бытовой техники (P) составляет 12 Вт, максимальная величина потребляемого тока при переменном напряжении составит для:

  • 120 В – I = 12/120 = 0,100 А или 100 мА.
  • 220 В – I = 12 / 220= 0,055A или 55 мА.

При необходимости, количество потребленной электроэнергии выражается через комплексную величину. С этой целью применяют базовые соотношения, импеданс используют вместо сопротивления.

Каждую современную квартиру нужно оснащать электрическими приборами. Для их подключения к сети необходимо составить принципиальную схему, где согласованно друг с другом распределятся нагрузки, подключенные к отдельным линиям. Нужно встраивать автоматический выключатель на основании ПУЭ для недопущения аварийных случаев.

Вначале уточняются параметры электропроводки. Затем проверяются по схеме группы для подключения к сети бытовых электроприборов.

Стандартные характеристики электрической мощности потребления (Вт):

  • стационарный компьютер – 170-1 250;
  • жидкокристаллический телевизор – 120 – 265;
  • ноутбук – 40-280;
  • кондиционер – 1 200 – 2 500;
  • утюг – 450-1850.

Для защиты сети необходим автомат, его выбираем с учетом всех существенных факторов.

Автомат

Важно уделить внимание нагрузкам, имеющим повышенные параметры реактивной энергии.

Расчет косинуса фи (cos φ)

φ – угол сдвига между фазой тока и напряжения, причем если последний опережает ток сдвиг считается положительным, если отстает, то отрицательным.

cos φ – безразмерная величина, которая равна отношению активной мощности к полной и показывает насколько эффективно используется энергия.

Формула расчета косинуса фи: cos φ = S / P

  • S – полная мощность, ВА (Вольт-ампер);
  • P – активная мощность, Вт.

Активная мощность (P) — реальная, полезная, настоящая мощность, эта нагрузка поглощает всю энергию и превращает ее в полезную работу, например, свет от лампочки. Сдвиг по фазе отсутствует.

Формула расчета активной мощности: P (Вт) = I × U × cos φ

Реактивная мощность (Q) — безваттная (бесполезная) мощность, которая характеризуется тем, что не участвует в работе, а передается обратно к источнику. Наличие реактивной составляющей считается вредной характеристикой цепи, поскольку главная цель существующего электроснабжения — это сокращение издержек, а не перекачивание ее туда и обратно. Такой эффект создают катушки и конденсаторы.

Формула расчета реактивной мощности: P (ВАР) = I × U × sin φ

Полная мощность электроприбора (S) — это суммарная величина, которая включает в себе как активную, так и реактивную составляющие мощности.

Формула расчета полной мощности: S (ВА) = I × U или S = √( P 2 + Q 2 )

Полная, активная и реактивная мощность

Электрическая мощность

Физика

Электри́ческая мо́щность, работа, совершаемая электрическим током в единицу времени. В цепях постоянного тока электрическая мощность равна произведению электрического напряжения U (в вольтах) и силы тока I (в амперах).

В цепях переменного тока различают мгновенную, активную, реактивную и полную мощности. Мгновенная электрическая мощность равна произведению мгновенных значений U и I. Активная электрическая мощность – среднее за период значение мгновенной мощности переменного тока; характеризует скорость преобразования электрической энергии в другие виды энергии (например, тепловую , световую , механическую ). В цепях однофазного (синусоидального) тока активная электрическая мощность P = UI ∙ cos φ, для трёхфазного тока P = √3 ∙ UI ∙ cos φ; U и I – действующие (среднеквадратические за период) значения напряжения и силы тока, φ – угол сдвига фаз между I и U. Активная электрическая мощность может быть выражена через I или U и активное сопротивление электрической цепи r либо её проводимость G по формуле: P = I²r = U²G. В любой электрической цепи активная электрическая мощность равна сумме активных мощностей отдельных участков цепи. Единица активной электрической мощности – ватт . Реактивная электрическая мощность характеризует скорость накопления энергии в конденсаторах и катушках индуктивности , а также обмен энергией между отдельными участками электрической цепи (в частности, между генератором и приёмником). В цепях синусоидального тока реактивная электрическая мощность участка Q = UI ∙ sin φ. Единица реактивной мощности – вар . Полная (кажущаяся) электрическая мощность характеризует мощность, отдаваемую в цепь источником переменного тока. Для цепей синусоидального тока полная мощность связана с активной и реактивной электрическими мощностями соотношением: S = √(P² + Q²) = UI. Единица полной электрической мощности – вольт-ампер (В·А). Для цепей несинусоидального тока электрическая мощность равна сумме средних мощностей отдельных гармоник .

Редакция технологий и техники. Первая публикация: Большая российская энциклопедия, 2012.

Опубликовано 12 июля 2023 г. в 11:43 (GMT+3). Последнее обновление 12 июля 2023 г. в 11:43 (GMT+3). Связаться с редакцией

Информация

Физика

Области знаний: Электрические цепи и сигналы

Закон Ома для цепей переменного тока

В общем, закон Ома можно применить и к цепям переменного тока . Если нагрузка индуктивная или емкостная, то также учитывается реактивное сопротивление нагрузки. Следовательно, с некоторыми изменениями закона Ома, учитывающими влияние реактивного сопротивления, его можно применять к цепям переменного тока. Из-за индуктивности и емкости в переменном токе будет значительный фазовый угол между напряжением и током. А также сопротивление переменному току называется импедансом и обозначается как Z. Таким образом, закон Ома для цепей переменного тока задается как E = IZ I = E/Z Z = E/I Где E — напряжение в цепи переменного тока, I — текущий ток, Z — импеданс. Все параметры в приведенном выше уравнении представлены в комплексной форме, которая включает фазовый угол. Подобно круговой диаграмме цепи постоянного тока, круговая диаграмма закона Ома для цепи переменного тока приведена ниже.

Электрическая мощность и закон Ома ТЕРМОЭЛЕМЕНТ

Пример закона Ома (цепи переменного тока)

Рассмотрим приведенную ниже схему, в которой нагрузка переменного тока (сочетание резистивной и индуктивной) подключена к источнику переменного тока 10 В, 60 Гц. Нагрузка имеет сопротивление 5 Ом и индуктивность 10 мГн.

Электрическая мощность и закон Ома ТЕРМОЭЛЕМЕНТ

Тогда значение импеданса нагрузки Z = R + jX L Z = 5 + j (2∏ × f × L) Z = 5+ j (2×3,14×60×10×10-3) Z = 5 + j3,76 Ом или 6,26 Ом при фазовом угле -37,016 Ток, протекающий по цепи, равен I = V/Z = 10/(5+ j3,76) = 1,597 А при фазовом угле -37,016
Для расчета параметров сети для подключения нагревателей вы можете воспользоваться данными в данной статье основными формулами, или же просто позвоните нашим специалистам компании Термоэлемент по телефону и получите полную бесплатную консультацию и помощь с выбором нужных параметров нагревателей для вашей задачи по нагреву.

Оцените статью
TutShema
Добавить комментарий