Особенности переменного тока

Формулы вычисления мощностей

Для расчета установленной мощности электроустановки можно взять наглядный пример осветительной установки.

Осветительная установка

Установленная мощность ( ) вычисляется во время выбора ламп и по итогам технических расчетов. Для этого складываются мощности всех ламп накаливания в системе, и формула выглядит следующим образом:

, где  – номинальные мощности ламп накаливания,  – та же базовая величина для люминесцентных ламп с низким давлением,  – мощность дуговых ламп (ртутных, низкого давления).

По разным причинам, часть осветительных элементов может не работать. В этом случае расчетная мощность ( ) – это произведение установленного значения ( ) и коэффициента спроса, который рассчитывается по формуле:

=, где  – активная мощность за 30 минут работы системы. Тогда = .

Важно! Определение установленной и расчетной мощностей имеет важное значение для многих отраслей промышленности и энергетического комплекса. Расчеты этих величин используют при проектировании осветительных установок, организации электроснабжения в жилых домах, городского освещения и в других областях, которые нуждаются в обеспечении электричеством

Электротехническое оборудование

Знание установленных и расчетных значений мощностей позволяет вычислить допустимые нагрузки, которым будет подвергаться эксплуатируемое электротехническое оборудование, что позволит использовать его с максимальной эффективностью.

https://youtube.com/watch?v=9SOchV8MrD8

Мгновенная электрическая мощность

Мгновенной мощностью называется произведение мгновенных значений напряжения и силы тока на каком-либо участке электрической цепи.

По определению, электрическое напряжение — это отношение работы электрического поля, совершенной при переносе пробного электрического заряда из точки A{\displaystyle A} в точку B{\displaystyle B}, к величине пробного заряда. То есть можно сказать, что электрическое напряжение равно работе по переносу единичного заряда из точки A{\displaystyle A} в точку B{\displaystyle B}. Другими словами, при движении единичного заряда по участку электрической цепи он совершит работу, численно равную электрическому напряжению, действующему на участке цепи. Умножив работу на количество единичных зарядов, мы, таким образом, получаем работу, которую совершают эти заряды при движении от начала участка цепи до его конца. Мощность, по определению, — это работа в единицу времени. Введём обозначения:

U{\displaystyle U} — напряжение на участке A−B{\displaystyle A-B} (принимаем его постоянным на интервале Δt{\displaystyle \Delta t}),

Q{\displaystyle Q} — количество зарядов, прошедших от A{\displaystyle A} к B{\displaystyle B} за время Δt{\displaystyle \Delta t},

A{\displaystyle A} — работа, совершённая зарядом Q{\displaystyle Q} при движении по участку A−B{\displaystyle A-B},

P{\displaystyle P} — мощность.

Записывая вышеприведённые рассуждения, получаем:

PA−B=AΔt{\displaystyle P_{A-B}={\frac {A}{\Delta t}}}

Для единичного заряда на участке A−B{\displaystyle A-B}:

Pe(A−B)=UΔt{\displaystyle P_{e(A-B)}={\frac {U}{\Delta t}}}

Для всех зарядов:

PA−B=UΔt⋅Q=U⋅QΔt{\displaystyle P_{A-B}={\frac {U}{\Delta t}}\cdot {Q}={U}\cdot {\frac {Q}{\Delta t}}}

Поскольку ток есть электрический заряд, протекающий по проводнику в единицу времени, то есть I=QΔt{\displaystyle I={\frac {Q}{\Delta t}}} по определению, в результате получаем:

PA−B=U⋅I{\displaystyle P_{A-B}=U\cdot I}.

Полагая время бесконечно малым, можно принять, что величины напряжения и тока за это время тоже изменятся бесконечно мало. В итоге получаем следующее определение мгновенной электрической мощности:

мгновенная электрическая мощность p(t){\displaystyle p(t)}, выделяющаяся на участке электрической цепи, есть произведение мгновенных значений напряжения u(t){\displaystyle u(t)} и силы тока i(t){\displaystyle i(t)} на этом участке:

p(t)=u(t)⋅i(t).{\displaystyle p(t)=u(t)\cdot i(t).}

Если участок цепи содержит резистор c электрическим сопротивлением R{\displaystyle R}, то

p(t)=i(t)2⋅R=u(t)2R{\displaystyle p(t)=i(t)^{2}\cdot R={\frac {u(t)^{2}}{R}}}.

Дифференциальные выражения для электрической мощности

Мощность, выделяемая в единице объёма, равна:

w=dPdV=E⋅j{\displaystyle w={\frac {dP}{dV}}=\mathbf {E} \cdot \mathbf {j} },

где E{\displaystyle \mathbf {E} } — напряжённость электрического поля, j{\displaystyle \mathbf {j} } — плотность тока. Отрицательное значение скалярного произведения (векторы E{\displaystyle \mathbf {E} } и j{\displaystyle \mathbf {j} } противонаправлены или образуют тупой угол) означает, что в данной точке электрическая мощность не рассеивается, а генерируется за счёт работы сторонних сил.

В случае изотропной среды в линейном приближении:

w=σE2=E2ρ=ρj2=j2σ{\displaystyle w=\sigma E^{2}={\frac {E^{2}}{\rho }}=\rho j^{2}={\frac {j^{2}}{\sigma }}},

где σ=def1ρ{\displaystyle \sigma \,{\overset {\underset {\mathrm {def} }{}}{=}}\,{\frac {1}{\rho }}} — удельная проводимость, величина, обратная удельному сопротивлению.

В случае наличия анизотропии (например, в монокристалле или жидком кристалле, а также при наличии эффекта Холла) в линейном приближении:

w=σαβEαEβ{\displaystyle w=\sigma _{\alpha \beta }E_{\alpha }E_{\beta }},

где σαβ{\displaystyle \sigma _{\alpha \beta }} — тензор проводимости.

Измерительные приборы

В основном измерительные приборы для измерения мощности используются в электрофизике, так как в механике, зная определенный набор параметров (скорость и силу), можно самостоятельно высчитать мощность. Но таким же способом и в электрофизике можно высчитывать мощность по параметрам, а на самом деле, в повседневной жизни мы просто не используем измерительных приборов для фиксации механической мощности. Так как чаще всего эти параметры для определенных механизмов и так обозначают. Что касаемо электроники, основным прибором является ваттметр, используемый в быту в устройстве обычного электросчетчика.

Ваттметры можно разделить на несколько видов по частотам:

• • Низкочастотные
  • Радиочастотные
  • Оптические

Ваттметры могут быть как аналоговыми, так и цифровыми. Низкочастотные (НЧ) имеют в своем составе две катушки индуктивности, бывают как цифровыми, так и аналоговыми, применяются в промышленности и быту в составе обычных электросчетчиков. Ваттметры радиочастотные делятся на две группы: поглощаемой мощности и проходящей. Разница состоит в способе подключения ваттметра в сеть, проходящие подключают параллельно сети, поглощаемые в конце сети, как дополнительную нагрузку. Оптические ваттметры служат для определения мощности световых потоков и лазерных лучей. Применяются в основном на каких-либо производствах и в лабораториях.

Сколько же электроэнергии могут потреблять бытовые электроприборы.

1. Компьютер

Расчеты, которые будут показывать сколько тратит компьютер электроэнергии, будут проводиться приблизительно, так как все зависит от мощности блока питания вашего компьютера и конкретной работы, которую выполняет компьютер в данный момент.

Например, при мощности блока компьютера от 350 до 550 Ватт, он вряд ли будет потреблять всю мощность даже при режиме полной загруженности. Также необходимо учесть монитор — от 60 до 100 Ватт. В сумме, при среднестатистическом блоке питания компьютера 450 Ватт и монитора 100 Ватт, получится 550 Ватт или 0,55 кВт электроэнергии в час. Эта цифра сильно завышена. Для приблизительного расчета можно взять максимальное значение — 0,5 квт/ч.Таким образом при использовании компьютера 4 часа в день получается 60 квт/ч в месяц. (0,5*4*30). Теперь от этих цифр можно отталкиваться, например, при использовании компьютера 8 часов в день получаем 120 квт/ч. в месяц.

2. Холодильник

В техническом паспорте на холодильник указывается потребление электроэнергии в год. В основном эта цифра находится в пределах от 230 до 450 квт/ч. Поделив это значение на 12, получим от 20 до 38 квт/ч потребления электроэнергии в месяц. Данный показатель применим лишь для идеальных условий. Количество потребляемой мощности зависит от объема холодильника и от количества находящихся в нем продуктов. Также необходимо учесть и внешние условия, зависящие от времени года.

3. Телевизор

Телевизоры бывают разные. В среднем, для расчета, будем брать 100 вт/ч. Например, при просмотре телевизора вы тратите 5 часов в день — 0,5 квт/ч. В месяц — около 15 кВт/ч. ЖК-телевизоры с большой диагональю экрана потребляют 200-50 Вт в час. Также важную роль играет яркость экрана. Соответственно, число потраченных киловатт- часов в месяц спокойно умножаем на 1,5. Получается около 23 квт/ч, но это среднее значение, не стоит про это забывать. Плазменные телевизоры с большой диагональю потребляют от 300 до 500 ватт в час. Если у вас в квартире стоит несколько разных телевизоров — суммируйте значения.

4. Стиральная машина

Чтобы, определить сколько электроэнергии потребляет стиральная машинка, необходимо знать режим стирки, массы белья и типа материала. В среднем, мощность будет колеблется от 2 до 2,5 квт/ч. Однако, редко когда машины потребляют такое количество электроэнергии. Для расчетов можно взять от 1 до 1,5 квт/ч. При стирке 2 раза в неделю по 2 часа, получаем от 16 до 24 квт/ч.

5. Чайник и утюг

Больше всего в квартире энергию потребляют — чайник и утюг. Работая минимальное количество времени, они потребляют такое же количество электроэнергии, как некоторые приборы в месяц. При мощности чайника от 1,5 до 2,5 квт/ч, пользуясь им 4 раза в день по 5 минут, получим от 20 до 25 квт/ч в месяц. С утюгом аналогичная история. Мощность, у него примерно такая же, как и у чайника, если гладить 3 раза в неделю по 1 часу, то получится от 25 до 30 квт/ч в месяц.

Здесь перечислены не все приборы потребляющие электроэнергию, к ним еще можно отнести микровольновые печи, пылесосы, зарядные устройства телефонов и ноутбуки. Также нужно учесть лампы накаливания, которые в зависимости от их количества, мощности и времени работы, могут потреблять от 50 до 100 квт/ч электроэнергии в месяц.

В итоге, путем таких вычислений, получаем приблизительный расход на электроэнергию будет колебаться от 200 до 300 квт/ч в месяц.

Многие слышали, что возросшая плата за электроэнергию — целиком и полностью ваша вина. То вы много сидите за компьютером, то слишком долго смотрите телевизор, также слишком часто гладите и стираете. Но давайте, попробуем разобраться, сколько же электроэнергии могут потреблять бытовые электроприборы.

Как посчитать электроэнергию по мощности

Для того, чтобы определить потребление электрической энергии в час, необходимо знать мощность каждого электрического прибора, работающего в этот период.

У каждого прибора в технических характеристиках и на задней крышке обычно указывают его максимальную мощность. Поэтому, максимальное потребление электроэнергии в час будет равно данному значению.

Например, мы имеем чайник с максимальной мощностью 1200 Вт или 1,2 кВт, тогда, соответственно, потребление энергии у этого чайника в час будет равно 1,2 кВт*ч.

Этот расчёт справедлив для ситуаций, когда прибор работает на максимальной мощность. Если он будет работать в другом режиме (с меньшей мощностью), то тогда расчёт будет неточным. Например, если работает одна конфорка у плиты, мощностью 7,5 кВт, явно что потребление будет намного ниже максимального.

Watch this video on YouTube

Более точное потребление считают специальные устройства, которые могут подсоединяться как к отдельному прибору или розеточной группе, так и устанавливаться на всё жилое помещение в целом, например, счетчики электроэнергии. Некоторые из этих устройств могут передавать информацию в режиме реального времени на компьютер для последующего анализа, что довольно часто применяют в системах «умный дом» или для автоматического учета электроэнергии обслуживающими организациями.

Для того, чтобы сэкономить деньги, любой рачительный хозяин должен знать, какое количество энергии потребляет каждый прибор в его доме и на основании этого планировать использование каждого устройства (например, при двухтарифном счетчике ночью использование мощных приборов выйдет гораздо дешевле), а также отказываться от неэффективных по потреблению энергии приборов. Оценить разницу в потреблении электроэнергии светодиодных ламп и ламп накаливания можно в нашей статье на эту тему.

Дополнительные рекомендации

От мощности зависит довольно много вещей в нашей жизни. Поэтому мы хотим дать вам несколько советов, которые помогут обезопасить и приукрасить её.

Для сокращения расходов необходимо их оптимизировать. Например, когда вы выходите из комнаты, можно выключать в ней свет. Это сократит потребление энергии, и в конце месяца вам придут счета с более приятными цифрами. Помимо выключения света, есть много других способов сократить количество потребляемой энергии.

Можно использовать электрические приборы, которые потребляют меньше мощности. Например, чистота в вашей квартире не станет хуже, если пользоваться пылесосом средней мощности. Это относится и к другим бытовым приборам. Главное, чтобы качество вашей жизни не ухудшилось. А это можно осуществить, пользуясь приборами средней мощности. Ведь они делают все необходимое и потребляют не так много энергии.

Если вы так и не поняли все детали расчёта мощности, не мучайте себя. Лучше воспользуйтесь онлайн-калькулятором или установите на ваш смартфон специальное приложения для её расчёта

Помните, в жизни важно экономить не только энергию, но и время

Расчётами электрической мощности занимаются инженеры, которые разрабатывают бытовую технику. Они делают это для избежания короткого замыкания и пожаров. Помните, это нужно прежде всего для вашей безопасности.

Теперь вы знаете, как посчитать мощность, и в чём заключается суть этой физической величины. Выбирая бытовой прибор, вы будете иметь представление о том, какая мощность вам нужна для достижения той или иной цели. Успехов вам!

https://youtube.com/watch?v=YhmPNBvdRRc

Как повысить расчетную мощность

Для увеличения расчетных данных вводят дополнительный кабель с нужным сечением, величину которого определяют специалисты. Это дает гарантию, что пиковые нагрузки не выведут из строя электрическую систему. Процесс считается затруднительным из-за обязательного согласования работ с муниципальными структурами и дополнительными затратами.

Средние нагрузки

Вычисление нагрузок выполняется по двум причинам:

• Зная выделенную мощность для конкретного дома, его жильцы могут обратиться в компанию энергосбыта для того, чтобы получить именно те значения, которые им необходимы;
• Основываясь на средних нагрузках, выбираются номинальные токи защитных аппаратов и проводники с оптимальным сечением.

Важно! Для определения средних нагрузок необходимо вычислить установленную величину и знать расчетные коэффициенты, которые принимаются во внимание в вычислениях. Один из них – коэффициент спроса. Средние нагрузки нужно знать для вычисления количества потерянной электрической энергии за годовой период

Средние нагрузки нужно знать для вычисления количества потерянной электрической энергии за годовой период.

Для расчетов средней нагрузки (  используют также отношение общего количества потребляемой за смену энергии с максимальной загруженностью ( ) и длительностью смены, измеряемой в часах ( ):

Мощность постоянного тока

Так как значения силы тока и напряжения постоянны и равны мгновенным значениям в любой момент времени, то мощность можно вычислить по формуле:

P=I⋅U{\displaystyle P=I\cdot U}.

Для пассивной линейной цепи, в которой соблюдается закон Ома, можно записать:

P=I2⋅R=U2R{\displaystyle P=I^{2}\cdot R={\frac {U^{2}}{R}}}, где R{\displaystyle R} — электрическое сопротивление.

Если цепь содержит источник ЭДС, то отдаваемая им или поглощаемая на нём электрическая мощность равна:

P=I⋅E{\displaystyle P=I\cdot {\mathcal {E}}}, где E{\displaystyle {\mathcal {E}}} — ЭДС.

Если ток внутри ЭДС противонаправлен градиенту потенциала (течёт внутри ЭДС от плюса к минусу), то мощность поглощается источником ЭДС из сети (например, при работе электродвигателя или заряде аккумулятора), если сонаправлен (течёт внутри ЭДС от минуса к плюсу), то отдаётся источником в сеть (скажем, при работе гальванической батареи или генератора). При учёте внутреннего сопротивления источника ЭДС выделяемая на нём мощность p=I2⋅r{\displaystyle p=I^{2}\cdot r} прибавляется к поглощаемой или вычитается из отдаваемой.

Сравнительная таблица с техническими данными:

Что такое установленная мощность?

Многие модели электротехнического оборудования имеют специальную маркировку, которая указывает на количество тока, выдаваемое во время их нормальной работы в штатном режиме (номинальная величина).

Приборы энергопотребления

Чтобы выполнить расчет, суммируются номинальные значения этих показателей для всех устройств, работающих от электричества и размещенных на объекте. Под рассматриваемым понятием понимают ту мощность, которая генерируется или потребляется промышленным предприятием, территориальной единицей или обособленной отраслью. В качестве номинала может быть взят активный или полный показатель.

Действующая электроустановка

В энергетической промышленности под этим понятием подразумевают наибольшую активность электрической установки при работе в течении длительного промежутка времени без зафиксированных перегрузок, согласно технической инструкции.

Важно! Расчет рассматриваемой величины играет важную роль в процессе проектирования электрических установок. Полученные данные станут залогом бесперебойной работы оборудования на протяжении долгого времени

Как уменьшить потребление энергии холодильником?

Впрочем, ответственность за расход электричества бытовая техника несет наряду с ее владельцами. Как показывает практика, потребление энергии морозильниками и холодильниками зависит не только от того, насколько они совершенны, но и от особенностей эксплуатации. Как снизить потребление энергии?

Влажность

Повышенная влажность внутри холодильного, тем более — морозильного, отделения влечёт повышенный расход энергии компрессором. Таким образом, чем ниже влажность, тем меньше расход.

Самый простой способ снижения влажности — тщательная упаковка продуктов в плёнку. Кроме экономии энергии такой способ поможет увеличить срок хранения.

На рынке можно встретить модели холодильников с автоматическим регулированием влажности. Системы «анти-пот» используют нагревательные элементы, чтобы испарить видимые капельки конденсата. Однако влага, становясь невидимой, из внутреннего пространства холодильника не удаляется. При этом такие холодильники потребляют энергии на 5−10% больше обычных. С точки зрения экономии энергии такая технология не приносит пользы.

В морозильных камерах лишняя влага приводит к образованию снежной шубы, препятствующей теплообмену между испарителем и продуктами. Чем толще слой изморози, тем больше расход энергии. Таким образом, регулярное размораживание морозильного отделения в соответствии с рекомендациями изготовителя — эффективный метод экономии энергии.

Температура

Назначение холодильника в том, чтобы охлаждать продукты. Именно на охлаждение расходуется энергия, и чем ниже температура внутри холодильника (морозильника), тем больше энергии требуется для её поддержания. Очевидно, что замораживать до минимальной температуры продукты, которые планируется использовать через пару дней нерационально.

Совсем необязательно доводить температуру в холодильной камере до 0 градусов Цельсия. Для сохранности свежих продуктов вполне достаточно температуры +5 градусов. Рекомендуемая температура для морозильных камер бытовых холодильников — около 15−16 градусов мороза.

Чтобы проверить точность установки температуры поместите термометр в стакан с водой и оставьте в холодильной камере на сутки. Для измерения температуры в морозильной камере на тот же срок положите термометр между продуктами.

Дверцы

Как показывают исследования, 70% энергии, расходуемой холодильником, теряется впустую. «Виноваты» в этом дверцы холодильника. Держать их постоянно запертыми невозможно, но чем реже открывать, тем меньше расходуется энергии.

Для экономии, во-первых, отрегулируйте ножки холодильника так, как рекомендует инструкция, чтобы дверцы закрывались самопроизвольно под действием силы тяжести. Во-вторых, постарайтесь тратить меньше времени на загрузку и выгрузку продуктов. Для этого кладите продукты так, чтобы было сразу видно, где что лежит. Упакованные продукты размещайте таким образом, чтобы ярлык с названием был на виду.

Внимательно следите за состоянием уплотнителей. Они должны быть герметичны. Проверить герметичность можно с помощью полоски бумаги. Прижмите её дверью и попытайтесь вытащить. Если полоска вытаскивается легко, отрегулируйте замок и положение холодильника, при необходимости замените уплотнитель.