Energia elektryczna: co to jest i jak ją obliczyć

11 Wrzesień, 2023

171

Oznaczana na schematach literą P moc elektryczna jest wielkością fizyczną charakteryzującą szybkość konwersji lub przesyłu energii elektrycznej. Standardową koncepcją jest próba przeniesienia ładunku elektrycznego wzdłuż trasy z punktu F1 do punktu F2.

Moc elektryczna urządzenia jest kluczowym parametrem, dzięki któremu określa się potencjalną możliwość jego pracy w sieci elektrycznej. Służy do obliczania obwodów i trybu pracy urządzeń w celu zapewnienia bezpieczeństwa sieci elektrycznych. Im większa moc urządzenia, tym szybciej wykonują pożądaną akcję.

Wzory do obliczania napięcia, prądu, mocy, rezystancji

Siła prądu elektrycznego poprzez napięcie i prąd

Ponieważ różnica potencjałów obliczona ze wzoru (F1-F2) określa napięcie (U), łatwo można wywnioskować, że nie można zastosować stosunku ustalonego przez prawo Ohma. Moc elektryczna (P) jest również określana przez prąd (I) w danym odcinku linii. Wyrażenie końcowe: P = U x I.

Jakie jest obciążenie określone przez prąd i rezystancję?

Dzięki prostemu przeliczeniu zużycie energii elektrycznej określa następujący wzór: P = I2 x R. Pokazuje to zależność mocy od wartości nominalnej rezystora podłączonego do linii elementu sieci. W przypadku kompletnego obwodu wskazana jest rezystancja źródła (wewnętrzna) i przewodność punktu połączenia.

Co to jest i jak obliczyć obciążenie

Obciążenie prądem elektrycznym to wartość charakteryzująca jego właściwości. Pokazuje, ile energii zużywają urządzenia elektryczne. Aktualną moc mierzy się za pomocą specjalnego urządzenia - watomierza.

Jeśli podłączysz urządzenie pomiarowe szeregowo, możesz sprawdzić aktualną siłę. Po połączeniu równoległym określane jest napięcie. Wielkość zużycia obwodu obliczana jest ze wzorów: P = I x U lub P = U2 / R = I2 x R.

Obciążenie elektryczne jest równe napięciu na odbiorniku pomnożonemu przez ilość przepływającego przez niego prądu.

P = U х I

Formuła określa, które wymiary definiują ten parametr. Jeżeli obciążenie jest aktywne, mierzone w watach, bierną jednostką mocy elektrycznej jest VA.

Jak określić maksymalny prąd obciążenia?

Moc użyteczna pokazuje maksymalną wartość, gdy rezystancja obciążenia R jest porównywana z tym samym parametrem wewnątrz źródła - r.

R = r.

P max = E2 / 4r, gdzie E jest siłą napędową źródła prądu.

Aby obliczyć limit prądu dla urządzenia elektrycznego, musisz znać parametr obciążenia znamionowego i napięcie wejściowe AC. Karta techniczna urządzenia, instrukcja lub emblemat zawiera pierwszy wskaźnik.

Na przykład, gdy znamionowy parametr urządzeń gospodarstwa domowego (P) wynosi 12 W, maksymalna ilość prądu pobieranego przy napięciu przemiennym będzie wynosić:

120 V - I u003d 12/120 u003d 0,100 A lub 100 mA.
220 V - I = 12 / 220 = 0,055 A lub 55 mA.

W razie potrzeby ilość zużytej energii elektrycznej jest wyrażona za pomocą wartości złożonej. W tym celu stosuje się podstawowe przełożenia, zamiast rezystancji stosuje się impedancję.

Przydatne wideo

Parametry urządzeń elektrycznych

Każde nowoczesne mieszkanie musi być wyposażone w urządzenia elektryczne. Aby podłączyć je do sieci, konieczne jest sporządzenie schematu obwodu, w którym obciążenia podłączone do poszczególnych linii są skoordynowane ze sobą. Aby zapobiec wypadkom, konieczne jest wbudowanie wyłącznika opartego na PUE.

Najpierw określane są parametry okablowania elektrycznego. Następnie są sprawdzane zgodnie ze schematem grupowym podłączenia do sieci domowych urządzeń elektrycznych.

Standardowe charakterystyki zużycia energii elektrycznej (W):

komputer stacjonarny - 170-1 250;
telewizor LCD - 120 - 265;
laptop - 40-280;
klimatyzacja - 1200 - 2500;
żelazo - 450-1850.

Do ochrony sieci potrzebna jest automat, dobieramy go biorąc pod uwagę wszystkie istotne czynniki.

Należy zwrócić uwagę na obciążenia o podwyższonych parametrach energii biernej.

Co jest mierzone?

Jednostką miary mocy elektrycznej jest W dla Rosji. Zgodnie z międzynarodowymi standardami - W. Jest to energia dostarczana na jednostkę czasu. Jeden wat to dżul na 1 sekundę (J/s). Co więcej, dżul to jednostka energii elektrycznej, druga to czas.

Dla małej wartości stosuje się wiele prefiksów: „mili-”, „mikro-”, dla dużej wartości - „mega-”. Na przykład: 5800 W = 5,8 kilowata = 5,8 kW.

Pomnożenie 1 kilowata przez 1 godzinę daje w wyniku kilowatogodzinę (kWh). Jest to jednostka miary ilości energii elektrycznej dostarczanej abonentom. Korzystają z niego przedsiębiorstwa energetyczne posiadające odpowiednie urządzenia (generatory i podstacje transformatorowe). Wytwarzają i przetwarzają wytworzoną energię elektryczną, która jest następnie dystrybuowana do odbiorców.

W ten sam sposób pojemność energetyczną akumulatorów mierzy się w amperogodzinach (Ah). Przenośne rodzaje baterii energetycznych są mierzone w miliamperogodzinach (mAh).

Energia w bateriach jest mierzona w miliamperogodzinach (mAh).

Jako jednostkę miary Watt zgodnie z międzynarodowymi standardami, po nazwisku Jamesa Watta przyporządkowana jest litera W. Najpierw zaczął używać terminu „konie mechaniczne”, który jest dziś przestarzałą jednostką parametru wat.

Współczynniki konwersji energii:

moc (KM) - 746 W;
kilowat (kW) - 1 × 1000 W;
megawaty (MW) -1×1 000 000 W;
gigawat (GW) - 1×1000000000 W.

Dzisiaj „konie mechaniczne” są używane do wskazania drugiej miary mocy silnika pojazdu.

Co decyduje o obciążeniu prądem elektrycznym?

Istniejące linie okablowania elektrycznego podczas ruchu elektronów napotykają na opór, który charakteryzuje straty napięcia. Obwody, w których obecne jest źródło prądu przemiennego, mają jedną cechę – kluczową rolę odgrywa tu sinusoidalna oscylacja wskaźników elektrycznych.

Oscylacja sinusoidalna wskaźników elektrycznych.

Poniższe informacje pozwolą wybrać najlepszą metodę obliczeń w oparciu o rzeczywiste warunki sieciowe.

Chwilowa moc elektryczna: obliczyć wartość

Ten wskaźnik ustawia chwilowe wartości mierzonych danych. Rozważa się kluczową definicję, biorąc pod uwagę fakt, że jednostkowy ładunek prosty (q) porusza się w określonym czasie Δt. Aby wykonać określone działanie, zużywa się energię prądu elektrycznego PF1-F2 = U/ Δt lub (U/ Δt) x q = U x (q/ Δt). Wzór uwzględnia ruch q w okresie Δt. Ponieważ prąd, zgodnie z klasyczną definicją, jest równy ładunkowi przechodzącemu od F1 do F2 (I u003d q / Δt), wyprowadza się końcowe wyrażenie: PF1-F2 u003d U x I.

Zakładając warunkowo, że w bardzo krótkim czasie otrzymujemy moc chwilową dla części obwodu elektrycznego P(t) = U(t) x I(t). Te same wnioski można wyciągnąć, biorąc pod uwagę odpowiedni parametr rezystancji: P (t) u003d (I (t)) 2 x R u003d (U (t)) 2 / R.

Wyrażenia różniczkowe dla energii elektrycznej

Przewody robocze mają cechę - linia traci energię na jednostkę objętości z powodu obecności rezystancji wewnątrz obwodu elektrycznego. Część mocy zużywana jest na podgrzewanie przewodów. Na takie momenty trzeba patrzeć, biorąc pod uwagę gęstość prądu (j).

Specyficzny parametr obciążenia jest określony wzorem: P uderzeń = (j2) x R uderzeń. Aby uprościć ocenę, najczęściej stosuje się tę samą przewodność. Jego wartość jest odwrotnie proporcjonalna do odpowiedniego parametru rezystancji.

Przydatne wideo

Moc elektryczna: obwód prądu stałego

Powyższe wzory są pokazane bez współczynników korekcyjnych. Służą do obliczania obwodu z podłączeniem do źródła prądu stałego. Za pomocą zwykłego urządzenia - multimetru, przy prawidłowej pozycji przełącznika, ustawia się rezystancję obciążenia podłączonego do sieci.

Moc elektryczna: obwód prądu przemiennego

Dla takich linii niedopuszczalne jest stosowanie formuł wyznaczających parametry chwilowe, ponieważ wskaźnik końcowy zmienia się od wartości minimalnej do maksymalnej wraz z częstotliwością sieci. Typowa jednofazowa sieć 220 V charakteryzuje się sygnałem sinusoidalnym 50 Hz. Dopuszcza się zastosowanie prostej formuły P = U x I przy podłączaniu urządzeń o parametrach rezystancyjnych:

DZIESIĘĆ pralek;
spiralne promienniki podczerwieni;
żarówki żarowe.

Ta formuła służy do ustawiania obciążenia.

Energia może być dwojakiego rodzaju: reaktywna i aktywna.

Aktywny - jest to prawdziwa moc elektryczna, wytwarza rzeczywistą pracę w obciążeniu, W pokazuje ten parametr. Zamienia energię na odmiany mechaniczne, termiczne i inne.

Jeśli włączysz potężną instalację lub kondensator, napięcie w sieci spadnie. Takie obciążenia tworzą obwód oscylacyjny, który odbiera energię ze źródła zasilania. Przydatne funkcje w tej sytuacji pełnią tylko komponenty Paktu. Aktywny wskaźnik jest obliczany w następujący sposób:

U x I - prąd stały (na przemian z obciążeniem rezystancyjnym);
U x I x cos fi - dla linii jednofazowej 220 V;
U x √3 x cos fi = U x 1,7321 x cos fi - sieć 3-fazowa, U x √3 x 380V.

Są inne rodzaje energii, ale o tym później.

Reaktywna moc

Ten wskaźnik pokazuje obciążenia, które powstają w urządzeniach w wyniku wahań energii pola elektromagnetycznego.

Moc bierna, niezależnie od braku pracy użytecznej, musi być uwzględniona w celu prawidłowej oceny kluczowych danych sieci. Kable i przewody, gdy prąd płynie przez nie w dowolnym kierunku, nagrzewają się. Zdarza się to dość cyklicznie. Efekty energetyczne o wysokiej intensywności:

uszkadzają żyły kablowe i izolację ochronną;
przyczynić się do wystąpienia zwarcia;
zniszczyć uzwojenia transformatorów i napędów.

Moc bierna wyrażana jest w VA (woltamperów) i obliczana poprzez pomnożenie napięcia przez prąd i kąt ścinania:

P р = U х I х sin phi.

Przy podłączeniu obciążenia o parametrach pojemnościowych wartość staje się ujemna, przy indukcyjnym - dodatnia. Ponieważ zmienia się charakterystyka pola magnetycznego, jednostką mocy biernej jest VA.

Jeśli parametry całkowitej mocy elektrycznej są przedstawione za pomocą wektorów, powstaje trójkąt. Długość jego boków będzie równa ilości energii elektrycznej zużywanej przez dany element. Do obliczeń wykorzystywany jest kąt pomiędzy mocą pozorną (P total) a mocą czynną (ϕ). Całkowita wartość jest określona przez wyrażenie: P pełne = √ ((P akt) 2 + (P reakcja) 2).

Czym jest moc w elektryczności?

Napięcie to praca wykonana, aby przenieść jednostkę ładunku. Prąd to liczba kulombów przesuniętych w ciągu 1 sekundy. Gdy pierwszy parametr zostanie pomnożony przez drugi, uzyskuje się ostateczną ilość pracy wykonanej w ciągu 1 sekundy.

Siła energii elektrycznej to numeryczny licznik prądu, który charakteryzuje jej właściwości energetyczne. Wskaźnik mocy w równym stopniu zależy od napięcia i natężenia prądu. Jak mierzy się moc? Do pomiaru tego parametru używa się watomierza, w ten sam sposób oznaczono jednostkę miary - W (wat).

Wykorzystując zależność parametru mocy od siły prądu i napięcia, specjaliści mogą przesyłać energię elektryczną na duże odległości. W tym celu energia jest przetwarzana w podstacjach transformatorowych obniżających i podwyższających (podstacjach transformatorowych).

Moc urządzeń elektrycznych i moc bierna

Paszporty do sprzętu zawierają aktywne obciążenie - współczynnik mocy, który jest ważną cechą. Pokazuje, jak wydajnie urządzenie gospodarstwa domowego zużywa energię elektryczną.

Rys. 8

Ta liczba wynosi od -1 do 1, nigdy nie jest równa jedności. Współczynnik ten zależy od rodzaju obciążenia: C, L lub R. Pierwsze 2 wpływają negatywnie na PF = cos φ systemu. Jeśli jego parametr jest duży, prąd pobierany przez urządzenia wzrasta. Wiele obciążeń energetycznych ma charakter indukcyjny, wymuszając opóźnienie prądu w stosunku do napięcia.

Obwody elektryczne prądu przemiennego wytwarzają energię nieaktywną. Oblicza się go po prostu: pierwiastek kwadratowy sumy (Pa2 + Pr2). Jeżeli obciążenie bierne wynosi zero, to obciążenie bierne jest równe |Pa|.

Obecność nieliniowych zniekształceń prądu w sieciach energetycznych jest spowodowana nieprzestrzeganiem kierunku występującego między U / I, ponieważ energia ma charakter pulsacyjny. W trybach nieliniowych moc pozorna prądu (EP) wzrasta. Takie obciążenie jest nieaktywne, zużywa Pr i energię odkształcenia prądu. Jednostka miary jest taka sama jak dla mocy konwencjonalnej W.

Przydatne wideo

Wniosek

Energia elektryczna to wysiłek związany z przemieszczeniem ładunku po określonej trasie z punktu F1 do punktu F2. Dzięki temu określany jest potencjał urządzeń w sieci. Służy do obliczania obwodów i doboru trybu pracy urządzeń tak, aby sieć elektryczna działała bezpiecznie.

Różnorodny