Как посчитать потребляемую мощность приборов и расход электроэнергии

Самый удобный онлайн-калькулятор расчета мощности по напряжению/току/сопротивлению – рассчитайте мощность однофазной или трехфазной сети в ОДИН КЛИК!

Мощность, напряжение, сила тока

Для определения мощности используется старая как мир формула:

P=U*I

Из которой видно, что мощность представлена как произведение напряжения и силы тока. Исходя из данных показателей, можно определить любую составляющую формулу, если 2 других значения известны. Например, чтобы узнать номинальную силу тока электроприбора, достаточно разделить мощность на напряжение. Напряжение в сети чаще всего – 220 или 380 В. А мощность практически каждый производитель электроприбора указывает на его упаковке.

Рисунок 1: Ваттметр – прибор для измерения мощностиРисунок 1: Ваттметр – прибор для измерения мощности

Рисунок 1: Ваттметр – прибор для измерения мощности

Понятие электрической мощности и способы ее расчета

С электротехнической точки зрения она представляет собой количественное выражение взаимодействия энергии с материалом проводников и элементами при протекании тока в электрической цепи. Из-за наличия электрического сопротивления во всех деталях, задействованных в проведения электротока, направленное движение заряженных частиц встречает препятствие на пути следования. Это и обуславливает столкновение носителей заряда, электроэнергия переходит в другие виды и выделяется в виде излучения, тепла или механической энергии в окружающее пространство. Преобразование одного вида в другой и есть потребляемая мощность прибора или участка электрической цепи.

В зависимости от параметров источника тока и напряжения мощность также имеет отличительные характеристики. В электротехнике обозначается S, P и Q, единица измерения согласно международной системы СИ – ватты. Вычислить мощность можно через различные параметры приборов и электрических приборов. Рассмотрим каждый из них более детально.

Через напряжение и ток

Наиболее актуальный способ, чтобы рассчитать мощность в цепях постоянного тока – это использование данных о силе тока и приложенного напряжения. Для этого вам необходимо использовать формулу расчета: P = U*I

Где:

  • P – активная мощность;
  • U – напряжение приложенное к участку цепи;
  • I  — сила тока, протекающего через соответствующий участок.

Этот вариант подходит только для активной нагрузки, где постоянный ток не обеспечивает взаимодействия с реактивной составляющей цепи. Чтобы найти мощность вам нужно выполнить произведение силы тока на напряжение. Обе величины должны находиться в одних единицах измерения – Вольты и Амперы, тогда результат также получится в Ваттах. Можно использовать и другие способы кВ, кА, мВ, мА, мкВ, мкА и т.д., но и параметр мощности пропорционально изменит свой десятичный показатель.

Через напряжение и сопротивление

Для большинства электрических устройств известен такой параметр, как внутреннее сопротивление, которое принимается за константу на весь период их эксплуатации. Так как бытовые или промышленные единицы подключаются к источнику с известным номиналом напряжения, определять мощность достаточно просто. Активная мощность находится из предыдущего соотношения и закона Ома, согласно которого ток на участке прямо пропорционален величине приложенного напряжения и имеет обратную пропорциональность к сопротивлению:

I = U/R

Если выражение для вычисления токовой нагрузки подставить в предыдущую формулу, то получится такое выражение для определения мощности:

P = U*(U/R)=U2/R

Где,

  • P – величина нагрузки;
  • U – приложенная разность потенциалов;
  • R – сопротивление нагрузки.

Через ток и сопротивление

Бывает ситуация, когда разность потенциалов, приложенная к электрическому прибору, неизвестна или требует трудоемких вычислений, что не всегда удобно. Особенно актуален данный вопрос, если несколько устройств подключены последовательно и вам неизвестно, каким образом потребляемая электроэнергия распределяется между ними. Подход в определении здесь ничем не отличается от предыдущего способа, за основу берется базовое утверждение, что электрическая нагрузка рассчитывается как P = U×I, с той разницей, что напряжение нам не известно.

Поэтому ее мы также выведем из закона Ома, согласно которого нам известно, что падение напряжения на каком-либо отрезке линии или электроустановки прямо пропорционально току, протекающему по этому участку и сопротивлению отрезка цепи:

U=I*R

после того как выражение подставить в формулу мощности, получим:

P = (I*R)*I =I2*R

Как видите, мощность будет равна квадрату силы тока умноженной на сопротивление.

Полная мощность в цепи переменного тока

Сети переменного тока кардинально отличаются от постоянного тем, что изменение электрических величин, приводит к появлению не только активной, но и реактивной составляющей. В итоге суммарная мощность будет также состоять активной и реактивной энергии:

Суммарная мощность

Где,

  • S – полная мощность
  • P – активная составляющая – возникает при взаимодействии электротока с активным сопротивлением;
  • Q – реактивная составляющая – возникает при взаимодействии электротока с реактивным сопротивлением.

Также составляющие вычисляются через тригонометрические функции, так:

P = U*I*cosφ

Q = U*I*sinφ

что активно используется в расчете электрических машин.

Треугольник мощностейРис. 1. Треугольник мощностей

Что такое мощность электрического тока

Классическое понятие обозначает работу по перемещению заряда из точки F1 в точку F2. Мощность – это количество использованной энергии. Данная величина определяется не только расстоянием. Определенное значение имеют параметры заряда.

Советы

  • При расчетах помните о небольшой мощности, потребляемой некоторыми приборами даже тогда, когда они выключены, но подключены к источнику питания, например, к розетке. Если некоторый прибор выключен, но на нем горит светодиод, то такой прибор продолжает потреблять некоторую мощность.

Косинус фи и активная нагрузка

Давайте проведем еще один опыт. Возьмем лампу накаливания на 220 Вольт и подцепим ее через ваттметр в сеть. Так как лампочка накаливания у нас не обладает ни индуктивностью, ни емкостью, то на графике синусоида силы тока и напряжения будет примерно выглядеть вот так. То есть синхронно:

Ваттметр

Фи в этом случае равен нулю (сдвига фаз между ними нет). Вспоминаем школьный курс тригонометрии и помним, что косинус нуля – это единичка!

Проверяем на опыте.

Power Factor, он же косинус фи, высвечивает единичку. Все верно!

Ваттметр

Замеряем потребляемую силу тока:

Ваттметр

Замеряем напряжение:

Ваттметр

Считаем по формуле:P=IUcos φ=0,115х233,5х1=26,9 Ватт. Все также сходится с небольшой погрешностью ;-)

Ваттметр

Немного отходя от темы, давайте еще напоследок глянем, какую мощность потребляет светодиодная лампа

Ваттметр

Всего 6 Ватт! А светит она даже получше 25 Ваттной, которую я использовал в опытах. Вывод делайте сами.

Ваттметр

Пусковые токи электроприборов с реактивной нагрузкой

Не следует забывать, что при запуске оборудования, содержащего электродвигатель (насос, компрессор), его «пусковой ток» в 3-5 раз превышает номинальное значение. Соответственно, в этот момент происходит пропорциональный пусковому току «скачок» нагрузки в 3-5 раз.

При выборе стабилизатора или ИБП следует обязательно учитывать пусковые токи защищаемого оборудования и подбирать аппарат по максимальному, пусковому значению мощности.

Например, если для электродрели с активной мощностью в 700 Вт купить стабилизатор на 1 кВт, то в момент запуска он будет отключаться по причине перегруза. В данном случае необходимо изделие минимум с трехкратным превышением по мощности:

  • 700 Вт × 3 = 2,1 кВт.

Узнать больше про ИБП с двойным преобразованием.

От чего зависит мощность тока

В реальных цепях перемещению электронов препятствует электрическое сопротивление, которое характеризует потери в проводнике. В схемах с источником переменного тока существенное значение приобретает синусоидальное изменение электрических параметров. Следующие данные помогут выбрать оптимальный метод расчета с учетом реальных условий.

Подбор номинала автоматического выключателя

Автоматические выключатели защищают электрические аппараты от токов короткого замыкания и перегрузок.

При аварийном режиме они обесточивают защищаемую цепь при помощи теплового или электромагнитного механизма расцепления.

Тепловой расцепитель состоит из биметаллической пластины с различными коэффициентами теплового расширения. Если номинальный ток превышен, пластина изгибается и приводит в действие механизм расцепления.

У электромагнитного расцепителя имеется соленоид с подвижным сердечником. При превышении заданного I, в катушке увеличивается электромагнитное поле, сердечник втягивается в катушку соленоида, в результате чего срабатывает механизм расцепления.

Минимальный I, при котором тепловой расцепитель должен сработать, устанавливается с помощью регулировочного винта.

Ток срабатывания у электромагнитного расцепителя при коротком замыкании равен произведению установленного срабатывания на номинальный электроток расцепителя.

Подбор автомата по мощности

Формулы расчета мощности для однофазной и трехфазной схемы питания

Выше уже была представлена формула для одной фазы: P=U*I*cos(фи).

Отсюда следует, что в трехфазной сети показатель равен тройной мощности однофазной, соединенной в треугольник: P=3*U*I*cos(фи). На практике же инженеры пользуются формулой P=1,73*U*I*cos(фи).

Зачем необходимо знать мощность потребителя?

  1. Во-первых, только зная примерную потребляемую мощность электроприборов можно правильно рассчитать сечение прокладываемых проводников. Об этом уже упоминалось раннее. Номинал автоматических выключателей также подбирается исходя из параметра общей мощности потребителей, находящихся на линии.
  2. Во-вторых, мощность каждого электроприбора – это определённый расход электроэнергии за промежуток времени. Соответственно, планирование средств, необходимых для её оплаты, что является практически основным фактором такой важной области как энергетика.

Еще более детальнее я рассмотрел данную тему в своем новом видео:

Что такое мощность постоянного тока

Приведенные выше формулы без корректирующих коэффициентов применяют для расчета схем с подключением к источнику постоянного тока. С помощью обычного мультиметра при соответствующем положении переключателя определяют сопротивление подключенной нагрузки. Последовательным подключением измерительного прибора проверяют силу тока, параллельным – напряжение. Чтобы выяснить, сколько будет потреблять такая схема, пользуются формулами:

P = I * U или P = U2/ R = I2 * R.

Так можно измерять постоянный ток мультиметром

Так можно измерять постоянный ток мультиметром

К сведению. При подключении АКБ в режиме зарядки направления тока в источнике и нагрузке совпадают. Мощность электрическая в этом случае потребляется нагрузкой. При противоположном направлении токов энергия поглощается источником ЭДС.

Об этой статье

Эту страницу просматривали 388 181 раз.

Косинус фи для различных потребителей – таблица

Наименование электроприбора cos φ
Бойлер 1
Болгарка 0.8
Вакуумный насос 0.85
Индукционные печи 0.85
Компрессор 0.7
Компьютер 0.95
Кофеварка 1
Лампы газоразрядные 0.4-0.6
Лампы люминисцентные 0.95
Лампы накаливания 1
Обогреватель 1
Перфоратор 0.85
Пылесос 0.9
СВЧ-печь 1
Стиральная машина 0.9
Телевизор 1
Утюг 1
Фен 1
Холодильник 0.95
Электродрель 0.85
Электромоторы 0.7-0.8
Электроплита 1
Электросварка дуговая 0.3-0.6
Электрочайник 1

Видео о законах электротехники

Из следующего видео можно узнать, что такое электричество, мощность электрического тока. Даны примеры практического применения законов электротехники.

Мощность некоторых электрических приборов

При оснащении современной квартиры часто приходится решать задачи по согласованию нагрузок в отдельных линиях. Необходимо правильно встраивать защитный автомат, чтобы предотвратить аварийные ситуации. Начинают с уточнения параметров проводки. Далее проверяют группы подсоединенной бытовой техники. Типичные параметры потребляемой мощности (Вт):

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

Какой автомат подойдет, определяют с учетом всех значимых факторов. Особое внимание уделяют нагрузкам с высокими значениями реактивной составляющей мощности.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...