Мощностью называется физическая величина, которая показывает, насколько движется энергия внутри электрической цепи конкретного оборудования. Что она собой представляет, в каких единицах выражается, в чем измеряется мощность, какие есть для этого приборы? Об этом и другом далее.
Мощностью называется скалярный вид физической величины, который равен скорости изменения с преобразованием, передачей или потреблением системной энергии. Согласно более узкому понятию, это показатель, который равен отношению затраченного времени на работы к самому периоду, который тратится на работу. Обозначается в механике символом N. В электротехнической науке используется буква P. Нередко можно увидеть также символ W, от слова ватт.
Мощность
Различается полезная, полная и номинальная в машинном двигателе. Полезная это сила двигателя, за исключением затрат, которые потрачены на работу всех остальных систем. Полная - указанная сила без вычетов, а номинальная - указанная и гарантированная заводом.
Дополнительная информация! Стоит отметить, что также есть мощность звука и взрывного звука. В первом случае это скалярная величина, связанная со звуковыми волнами и звуковой энергией, которая также измеряется в ваттах, а вторая связана с энерговыделением тротиловых разложений.
Основное понятие в учебном пособии
В чем измеряется
Устаревшей измерительной единицей считается лошадиная сила. Отвечая четко на вопрос, в чем измеряется механическая мощность, стоит отметить, что согласно современным международным показателям, единица мощности это ватт. Стоит отметить, что ватт - производная единица, которая связана с другими. Она равна Джоулю в секунду или килограмму, умноженному на метр в квадрате, поделенный на секунду. Также ватт это вольт, умноженный на ампер.
Важно отметить, что ватт делиться на мега, кило и вольт ампер.
Формулы для измерения
Мощность - величина, которая непосредственным образом связана с другими показателями. Так, она прямым образом связана со временем, силой, скоростью, вектором силы и скоростью, модулем силы и скорости, моментом силы и частотой вращения. Нередко в формулах при вычислении электрической мощностной разновидности задействуется также число Пи, показатель сопротивления, мгновенный ток с напряжением на конкретном участке электрической сети, активная, полная и реактивная сила. Непосредственным участником в вычислении является амплитуда с угловой скоростью и начальной силой тока с напряжением.
Электрическая
Электрической мощностью называется величина, которая показывает, с какой скоростью или преобразованием двигается электрическая энергия. Для изучения мгновенной электрической мощностной характеристики на определенном участке цепи, необходимо знать значение тока и напряжения мгновенного тока и перемножить данные значения.
Чтобы понять, сколько составляет активный, полный, реактивный или мгновенный реактивный мощностный показатель, нужно знать точные цифры амплитуды тока, амплитуды напряжения, угла тока с напряжением, а также угловую скорость и время, поскольку все существующие физические формулы сводятся к этим параметрам. Также в формулах задействуется синус, косинус угла и значение 1/2.
Понятие электрической мощности
Гидравлическая
Гидравлическим мощностным показателем в гидромашине или гидроцилиндре называется произведение машинного перепада давления на жидкостный расход. Как правило, это основная формулировка, взятая из единственной существующей формулы для вычисления.
Обратите внимание! Больше алгебраических и инженерных правил можно найти в прикладной науке о движениях жидкостей и газов, а именно в гидравлике.
Постоянного и переменного тока
Что касается мощности постоянного с переменным током, то чаще всего их причисляют к электрической разновидности. Конкретного понятия для двух разновидностей нет, однако их можно вычислить, исходя из имеющихся алгебраических установок. Так, мощностью постоянного тока является произведение силы тока и постоянного напряжения или же удвоенное значение силы тока на электрическое сопротивление, которое, в свою очередь, вычисляется делением двойного напряжения на обычное сопротивление.
Что касается переменного тока, это произведение силы тока с напряжением и косинусом сдвига фаз. При этом беспрепятственно можно посчитать только активную и реактивную разновидность. Узнать полное мощностное значение можно через векторную зависимость этих показателей и площади.
Чтобы измерить эти показатели, можно воспользоваться как указанными выше приборами, так и фазометром. Этот прибор служит, чтобы вычислить реактивную разновидность по государственному эталону.
Понятие переменной мощности тока
В целом, мощность - это величина, основное предназначение которой показывать силу работы конкретного прибора и во многих случаях скорость деятельности, взаимодействуя с ним. Она бывает механической, электрической, гидравлической и для постоянного с переменным током. Измеряется по международной системе в ваттах и киловаттах. Приборами для ее вычисления выступает вольтметр, ваттметр. Основные формулы для самостоятельного расчета перечислены выше.
Важнейшей задачей статистики оборудования является измерение мощности двигателей предприятия. Мощностью двигателя называется его способность выполнять определенную работу за единицу времени (секунду). Основной единицей измерения мощности является киловатт (кВт). Поскольку энергетическое оборудование предприятия может включать двигатели, мощность которых выражается в различных единицах, суммарная мощность всех двигателей выражается в киловаттах. Для этого пользуются такими постоянными соотношениями:
Мощность двигателей можно охарактеризовать с разных точек зрения.
в Зависимости от конструкции двигателя мощности различают теоретическую, индикаторную и эффективную (настоящую).
Мощность теоретическая (#) определяется путем расчетов, исходя из предположения об отсутствии в двигателе механических потерь (от трения) и тепловых потерь (от излучения). Теоретическая мощность может быть вычислена для любых двигателей.
Мощность индикаторная (#/вс) - мощность двигателя с учетом тепловых, но без учета механических потерь. Измеряется М.нд на том органе двигателя, где заканчиваются потери от излучения.
Третьим видом конструктивных мощностей является мощность эффективная (Г Это действительная мощность, учитывающий потери теплового и механического характера. Измеряется на рабочем валу двигателя.
в Зависимости от интенсивности работы двигателя мощность его может меняться, поэтому различают такие мощности с нагрузкой: нормальную (экономическую), максимально длительную и максимально короткое время.
Мощность нормальная (Л/^ г) является мощностью, при которой двигатель наиболее экономно расходует топливо и энергию на единицу силы, то есть имеет самый высокий коэффициент полезного действия (к.п.д.). При отклонении нагрузки вверх или вниз от нормальной к. к.д. снижается.
в Основном с целью получения максимального количества энергии при эксплуатации силовых устройств для них устанавливается режим максимальной нагрузки, при котором двигатель без ущерба для своего состояния может работать неопределенно длительный период. Мощность, характерная для максимальной нагрузки большинства силовых двигателей, называется максимально длительной (Ммт{)-
Мощностью максимально кратковременной (№) называется предельная нагрузка двигателя, за которого он без аварии может работать короткое время, обычно не более 30 мин.
Все три вида мощности нагрузки являются потенциальными, поскольку определяют не действительное, а возможное нагрузки. Для полноты характеристики мощности двигателя следует одновременно учитывать его мощность, по конструкции и по нагрузке. Как правило, это будет мощность максимально длительная эффективная.
Для характеристики мощностей двигателей по эксплуатационному назначению различают присоединенную мощность, установленную, имеющуюся, пиковую, резервную, среднюю фактическую и среднегодовую.
Присоединенной мощностью (Мприсд) называется мощность всех приемников, присоединенных к электростанции, в том числе мощность электромоторов чужого тока у абонентов и электромоторов своего тока.
Крупные электростанции обеспечивают электроэнергией абонентов, имеющих различные графики нагрузки. Например, утром резко возрастает потребность в энергии производства и городского транспорта (трамвай, троллейбус), но уменьшается на освещение; в вечерние часы прекращается работа части предприятий, но резко возрастает потребность зрелищных заведений в электрической энергии. За счет неодночасного присоединения абонентов к станции присоединенная мощность обычно больше мощности станции в 2-2,5 раза. Итак, станция мощностью в 30 тыс. кВт может обслуживать абонентов, мощность приемников тока которых составляет 60 тыс. кВт и более.
Мощность установлена (л/) является общей максимально длительной эффективной мощностью установленных двигателей (для электростанции - мощность электрогенераторов).
Поскольку часть двигателей, находящихся в ремонте и ожидающих ремонта, не может быть использована, большое значение приобретает имеющаяся мощность (Мнаяві) - суммарная мощность всех устройств, за вычетом тех, что находятся в ремонте или ожидающие его.
За определенный период, например за сутки, месяц или квартал, важно определить максимум нагрузки, который называют пиковой мощностью ША.
Разница между имеющейся и пиковой мощностями называется резервной мощностью. Она состоит из двух частей, имеющих разное экономическое значение: по мощности резервных двигателей, предназначенных дня замены тех, что работают, в случае аварии, и с недогрузки двигателей, работающих в час пик.
Для многих практических расчетов определяется средняя фактическая мощность Л. Рассчитывается она для отдельного двигателя путем деления выработанной за период энергии в киловатт-часах на фактическое время работы в часах, то есть
Чтобы вычислить среднюю фактическую мощность нескольких двигателей, которые работают совместно, надо производимую ими энергию разделить на время работы всех двигателей, уменьшенный на время их совместной работы. Так, формула средней фактической мощности двух двигателей, работающих совместно в той или иной комбинации, будет иметь вид
Пример 7.1
Вычислить среднюю фактическую мощность двух двигателей, из которых первый работал с 6 до 16 часов, и произвел 630 кВт х час энергии, а второй работал с 8 до 23 часов, и произвел 715 кВт х час энергии.
Общее количество произведенной энергии: 630 + 715 = 1345 кВт х ч.
Общее время работы двигателей: (16-6) + (23-8) =25 часов.
Время совместной работы двигателей: (16-8) = 8 часов.
Кроме средней фактической мощности, вычисляют мощность среднегодовую {М), которая показывает, сколько киловатт часов энергии в среднем за год произведено в течение одного часа.
Для этого произведенная энергия делится на количество часов уроке-8760. всегда меньше, чем причем их соотношение А^УЛ^ характеризует степень использования двигателя во времени за годовой период.
На предприятиях установлены двигатели, которые выполняют различные функции: первичные двигатели производят механическую энергию, а вторичные - трансформируют механическую энергию в электрическую (электрогенераторы) или электрическую в механическую и тепловую (электромоторы и электроаппараты).
Если для определения суммарной мощности предприятия сложить мощность первичных и вторичных двигателей, то будет допущен повторный счет; кроме того, в расчет суммарной мощности должна входить только мощность, которая используется в производственном процессе. Следовательно, мощность двигателей, установленных на силовой станции предприятия, энергия которых отпускается на сторону, не следует учитывать при определении энергетической мощности определенного предприятия, поскольку она будет учтена на предприятиях - потребителях энергии.
Рис. 7.1. в
Из рис. 7.1 видно, что первичные двигатели могут непосредственно приводить в движение рабочие машины или передавать механическую энергию електрогенераторам для трансформации ее в электрическую; электроэнергия собственных электрогенераторов может быть использована как для питания электромоторов и электроаппаратов своего и смешанного тока, так и для обеспечения хозяйственных нужд предприятия. Часть электроэнергии может быть отпущена на сторону. В то же время энергия, полученная со стороны, обеспечивает работу электромоторов и электроаппаратов чужого и смешанного тока. Самостоятельно учитывается мощность первичных двигателей прямого действия и мощность транспортных двигателей. Просуммировав мощности первичных и вторичных двигателей, мы допустим двойной счет. Поэтому применяется формула вычисления энергетической мощности предприятия, которая полностью исключает повторный счет:
В общей мощности первичных двигателей №) учитывается также мощность двигателей прямого действия и тех, что используются на заводском транспорте.
Формула 7.3 не только исключает повторный счет мощности, но и разграничивает мощность механического и электрического привода.
Мощность механического привода равна разнице между мощностью всех первичных двигателей предприятия и мощностью той их части, которая обслуживает электрогенераторы (Мпд-М^^^^). Эта разница есть мощностью первичных двигателей, непосредственно связанных с рабочими машинами (с помощью трансмиссии или системы зубчатых колес).
Мощность электрического привода определяется как сумма мощностей электромоторов и электроаппаратов, то есть вторичных двигателей, которые непосредственно обслуживают производственный процесс.
Иногда при вычислении энергетической мощности предприятия мощность первичных двигателей, обслуживающих электрогенераторы Гп.д.обсл.ел.ген)> неизвестна. Чтобы ее определить, надо мощность электрогенераторов умножить на коэффициент 1,04. Происхождение этого коэффициента следующее: средний коэффициент полезного действия электрогенераторов принимаем равным 0,96, а это означает, что мощность первичных двигателей, которые их обслуживают можно получить делением мощности первичных двигателей на 0,96 или умножением на_= 1,04. 0,96
Для определения количества энергии, потребленной предприятием, пользуются формулой, аналогичной той, которая используется для вычисления суммарной мощности:
Пример 7.2
Вычислить потенциальную и среднюю фактическую мощность предприятия, зная, что предприятие работало 200 часов и мало в своем распоряжении следующее энергетическое оборудование:
^^=400+50+350 0,736+100 0,736 - 250-1,04 + 220 + 600 = І34І,2л5ж.
Для вычисления Иф необходимо определить энергию, потребленную предприятием:
Ещйпр = 80000 + 42000 o 0,736+10000 - 0,736 - 48000 o 1,04 + 42000 + 90000 = 200352 кВт.
Что такое сила и мощность? В чем измеряется данный показатель, какие при этом используются приборы, и как названные применяются на практике, мы рассмотрим далее в статье.
Сила
В мире все тела физической природы начинают движение благодаря силе. При ее воздействии, с попутным или противоположным направлением движения тела, совершается работа. Таким образом, на тело воздействует какая-либо сила.
Так, велосипед трогается с места благодаря силе ног человека, а на поезд действует сила тяги электровоза. Подобное воздействие случается при любом движении. Работа силы - это величина, в которой умножается модуль силы, модуль перемещения точки ее приложения и косинус угла между векторами этих показателей. Формула в этом случае выглядит следующим образом:
A = F · s · cos (F, s)
Если угол между этими векторами не равен нулю, то работа производится всегда. При этом она может иметь как положительное, так и отрицательное значение. На тело не будет действовать сила при угле, равном 90°.
Рассмотрим для примера телегу, которую тянет мускульная сила лошади. Другими словами, работу совершает сила тяги в направлении движения телеги. А вот направленная вниз или перпендикулярно, работы не совершает (кстати, лошадиные силы — это то, в чем измеряется мощность двигателя).
Работа силы является скалярной величиной и измеряется в джоулях. Она может быть:
- равнодействующей (при воздействии нескольких сил);
- непостоянной (тогда вычисление производится с интегралом).
Мощность
В чем измеряется эта величина? Для начала разберем, что она из себя представляет. Понятно, что движение тело начинает за счет силы, совершающей Однако на практике, помимо этого, необходимо знать, как именно она совершается.
Работа может быть завершена в разные сроки. Например, одно и то же действие может совершить маленький моторчик или большой электрический двигатель. Вопрос только в том, за какое время оно будет произведено. Величина, отвечающая за такую задачу, — это мощность. В чем измеряется она, становится понятным из определения - это отношение работы за конкретное время к его величине:
Путем логических действий приходим к следующей формуле:
то есть произведение векторов силы на скорость движения - и есть мощность. В чем измеряется она? По международной системе СИ, единицей измерения данной величины является 1 Ватт.
Ватт и другие единицы измерения мощности
Ватт означает мощность, где за одну секунду производится работа в один джоуль. Последнюю единицу назвали так в честь англичанина Дж.Уатта, который изобрел и соорудил первую паровую машину. Но он при этом использовал другую величину - лошадиную силу, каковая применяется и по сей день. приблизительно равна 735,5 Ватт.
Таким образом, кроме Ватта, мощность измеряют в метрической лошадиной силе. А при очень малом значении также используют Эрг, равный десяти в минус седьмой степени Ватт. Возможно и измерение в одной единице массы/силы/метров в секунду, что равно 9,81 Ватт.
Мощность в двигателе
Названная величина является одной из самых важных в любом моторе, который бывает самой разной мощности. Например, электрическая бритва имеет сотые доли киловатта, а ракета космического корабля насчитывает миллионы.
Для разной нагрузки необходима различная мощность для сохранения определенной скорости. Например, машина станет тяжелее, если в нее поместить больше груза. Тогда о дорогу увеличится. Поэтому, чтобы поддерживать ту же скорость, что и в ненагруженном состоянии, потребуется большая мощность. Соответственно, мотор будет съедать больше топлива. Об этом факте известно всем водителям.
Но при большой скорости важна и инерция машины, которая прямо пропорциональна ее массе. Бывалые водители, знающие об этом факте, находят при езде лучшее сочетание топлива и скорости, чтобы бензина уходило меньше.
Мощность тока
В чем измеряется мощность тока? В той же самой единице по системе СИ. Она может быть измерена прямым или косвенным методом.
Первый способ реализуется при помощи ваттметра, потребляющего существенную энергию и сильно нагружающего источник тока. С его помощью измеряется от десяти Ватт и более. Косвенный метод используют при необходимости измерить малые значения. Приборами для этого служат амперметр и вольтметр, подсоединенные к потребителю. Формула в данном случае будет иметь такой вид:
При известном сопротивлении нагрузки, измеряем протекающую через нее величину тока и находим мощность так:
P = I 2 ∙ R н.
По формуле P = I 2 /R н также может быть вычеслена мощность тока.
В чем измеряется она в сети трехфазного тока, тоже не секрет. Для этого применяют уже знакомый прибор - ваттметр. Причем решить задачу, чем измеряется можно с помощью одного, двух или даже трех приборов. Например, для четырехпроводной установки потребуется три устройства. А для трехпроводной при несимметричной нагрузке — два.
Все мы ежедневно сталкиваемся с электроприборами, кажется, без них наша жизнь останавливается. И у каждого из них в технической инструкции указана мощность. Сегодня мы разберемся что же это такое, узнаем виды и способы расчета.
Электроприборы, подключаемые к электросети работают в цепи переменного тока, поэтому мы будем рассматривать мощность именно в этих условиях. Однако, сначала, дадим общее определение понятию.
Мощность -- физическая величина, отражающая скорость преобразования или передачи электрической энергии.
В более узком смысле, говорят, что электрическая мощность – это отношение работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени.
Если перефразировать данное определение менее научно, то получается, что мощность – это некое количество энергии, которое расходуется потребителем за определенный промежуток времени. Самый простой пример – это обычная лампа накаливания. Скорость, с которой лампочка превращает потребляемую электроэнергию в тепло и свет, и будет ее мощностью. Соответственно, чем выше изначально этот показатель у лампочки, тем больше она будет потреблять энергии, и тем больше отдаст света.
Поскольку в данном случае происходит не только процесс преобразования электроэнергии в некоторую другую (световую, тепловую и т.д. ), но и процесс колебания электрического и магнитного поля, появляется сдвиг фазы между силой тока и напряжением, и это следует учитывать при дальнейших расчетах.
При расчете мощности в цепи переменного тока принято выделять активную, реактивную и полную составляющие.
Понятие активной мощности
Активная “полезная” мощность -- это та часть мощности, которая характеризует непосредственно процесс преобразования электрической энергии в некую другую энергию. Обозначается латинской буквой P и измеряется в (Вт ).
Рассчитывается по формуле: P = U⋅I⋅cosφ,
где U и I – среднеквадратичное значение напряжения и силы тока цепи соответственно, cos φ – косинус угла сдвига фазы между напряжением и током.
ВАЖНО! Описанная ранее формула подходит для расчета цепей с , однако, мощные агрегаты обычно используют сеть с напряжением 380В. В таком случае выражение следует умножить на корень из трех или 1.73
Понятие реактивной мощности
Реактивная “вредная” мощность -- это мощность, которая образуется в процессе работы электроприборов с индуктивной или емкостной нагрузкой, и отражает происходящие электромагнитные колебания. Проще говоря, это энергия, которая переходит от источника питания к потребителю, а потом возвращается обратно в сеть.
Использовать в дело данную составляющую естественно нельзя, мало того, она во многом вредит сети питания, потому обычно его пытаются компенсировать.
Обозначается эта величина латинской буквой Q.
ЗАПОМНИТЕ! Реактивная мощность измеряется не в привычных ваттах (Вт ), а в вольт-амперах реактивных (Вар ).
Рассчитывается по формуле:
Q = U⋅I⋅sinφ ,
где U и I – среднеквадратичное значение напряжения и силы тока цепи соответственно, sinφ – синус угла сдвига фазы между напряжением и током.
ВАЖНО! При расчете данная величина может быть как положительной, так и отрицательной – в зависимости от движения фазы.
Емкостные и индуктивные нагрузки
Главным отличием реактивной (емкостной и индуктивной ) нагрузки – наличие, собственно, емкости и индуктивности, которые имеют свойство запасать энергию и позже отдавать ее в сеть.
Индуктивная нагрузка преобразует энергию электрического тока сначала в магнитное поле (в течение половины полупериода ), а далее преобразует энергию магнитного поля в электрический ток и передает в сеть. Примером могут служить асинхронные двигатели, выпрямители, трансформаторы, электромагниты.
ВАЖНО! При работе индуктивной нагрузки кривая тока всегда отстает от кривой напряжения на половину полупериода.
Емкостная нагрузка преобразует энергию электрического тока в электрическое поле, а затем преобразует энергию полученного поля обратно в электрический ток. Оба процесса опять же протекают в течение половины полупериода каждый. Примерами являются конденсаторы, батареи, синхронные двигатели.
ВАЖНО! Во время работы емкостной нагрузки кривая тока опережает кривую напряжения на половину полупериода.
Коэффициент мощности cosφ
Коэффициент мощности cosφ (читается косинус фи )– это скалярная физическая величина, отражающая эффективность потребления электрической энергии. Проще говоря, коэффициент cosφ показывает наличие реактивной части и величину получаемой активной части относительно всей мощности.
Коэффициент cosφ находится через отношение активной электрической мощности к полной электрической мощности.
ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ! При более точном расчете следует учитывать нелинейные искажения синусоиды, однако, в обычных расчетах ими пренебрегают.
Значение данного коэффициента может изменяться от 0 до 1 (если расчет ведется в процентах, то от 0% до 100% ). Из расчетной формулы не сложно понять, что, чем больше его значение, тем больше активная составляющая, а значит лучше показатели прибора.
Понятие полной мощности. Треугольник мощностей
Полная мощность – это геометрически вычисляемая величина, равная корню из суммы квадратов активной и реактивной мощностей соответственно. Обозначается латинской буквой S.
S = U⋅I
ВАЖНО! Полная мощность измеряется в вольт-амперах (ВА ).
Треугольник мощностей – это удобное представление всех ранее описанных вычислений и соотношений между активной, реактивной и полной мощностей.
Катеты отражают реактивную и активную составляющие, гипотенуза – полную мощность. Согласно законам геометрии, косинус угла φ равен отношению активной и полной составляющих, то есть он является коэффициентом мощности.
Как найти активную, реактивную и полную мощности. Пример расчета
Все расчеты строятся на указанных ранее формулах и треугольнике мощностей. Давайте рассмотрим задачу, наиболее часто встречающуюся на практике.
Обычно на электроприборах указана активная мощность и значение коэффициента cosφ. Имея эти данные несложно рассчитать реактивную и полную составляющие.
Для этого разделим активную мощность на коэффициент cosφ и получим произведение тока и напряжения. Это и будет полной мощностью.
Как измеряют cosφ на практике
Значение коэффициента cosφ обычно указано на бирках электроприборов, однако, если необходимо измерить его на практике пользуются специализированным прибором – фазометром . Также с этой задачей легко справится цифровой ваттметр.
Если полученный коэффициент cosφ достаточно низок, то его можно компенсировать практически. Осуществляется это в основном путем включения в цепь дополнительных приборов.
- Если необходимо скорректировать реактивную составляющую, то следует включить в цепь реактивный элемент, действующий противоположно уже функционирующему прибору. Для компенсации работы асинхронного двигателя, для примера индуктивной нагрузки, в параллель включается конденсатор. Для компенсации синхронного двигателя подключается электромагнит.
- Если необходимо скорректировать проблемы нелинейности в схему вводят пассивный корректор коэффициента cosφ, к примеру, это может быть дроссель с высокой индуктивностью, подключаемый последовательно с нагрузкой.
Мощность – это один из важнейших показателей электроприборов, поэтому знать какой она бывает и как рассчитывается, полезно не только школьникам и людям, специализирующимся в области техники, но и каждому из нас.
