Jak zjistit výkon ve wattech?

Jednou z nejdůležitějších fyzikálních veličin je výkon. Souvisí to s prací. Příkladem může být člověk jdoucí po schodech. Po schodech se dá vylézt chůzí nebo běháním. V těchto situacích bude vykonáno stejné množství práce, ale v případě, kdy člověk běží, je práce hotová rychleji. V důsledku toho lze výkon vyjádřit jako rychlost nebo intenzitu, při které je práce vykonávána. S rostoucím výkonem se zkracuje čas potřebný k dokončení práce. Krátká formulace výkonu tedy zní jako rychlost, s jakou je práce vykonána. Definice 1

Moc – je skalární fyzikální veličina, která charakterizuje okamžitou rychlost přenosu množství energie z jednoho fyzikálního systému do druhého při jeho používání a v obecném případě je definována jako poměr přenesené energie k době přenosu.

Jednotkou SI výkonu je watt, což odpovídá 1 joulu energie přenesené za 1 sekundu (1 W = 1 J/s). Jakákoli číselná hodnota výkonu uvedená v informačních zdrojích v běžných případech implikuje právě takový druhý časový interval. Podle současných mezinárodních norem řady se velikost výkonu při psaní vzorců mechaniky a elektrodynamiky označuje symbolem P s velkým písmenem. Etymologie označení je buď z lat. potestas, nebo z angličtiny. moc. Poznámka 1

V ruskojazyčných literárních pramenech a záznamech fyzikálních zákonů se můžete setkat s označením moci s písmenem N. Přesné údaje o etymologii tohoto označení neexistují.

Druhy výkonu, definice a charakteristiky

Podle Mezinárodní soustavy jednotek (SI) lze výkon měřit ve wattech (W). Jeden watt se rovná jednomu joulu za sekundu (J/s). V teoretické fyzice a astrofyzice je výkon často označován erg za sekundu (erg/s). Tato jednotka měření je nesystémová. Výkon automobilů, lokomotivních motorů a lodí se měří v koňských silách, což Mezinárodní organizace pro legální metrologii (OIML) nedoporučuje. Zdroj: ru.wikipedia.org

Mechanická síla

Když se těleso pohybuje pod vlivem síly, tato síla funguje. Formule 1

Výkon se vypočítá jako skalární součin vektoru síly a vektoru rychlosti pohybujícího se tělesa: Vzorec 2

V případě, že těleso vykonává rotační pohyb, platí pro určení výkonu následující vzorec: kde M – určuje moment síly; — je označení úhlové rychlosti; Formule 3

Okamžitý elektrický výkon úseku elektrického obvodu se určuje následovně: kde – určuje okamžité napětí v daném úseku.

• činný výkon, odpovídá průměrné hodnotě okamžitého výkonu za určité časové období;
• jalový výkon odpovídající energii, která cirkuluje bez ztráty od zdroje ke spotřebiteli a v opačném směru;
• celkový výkon, určený součinem existujících hodnot elektrického proudu a napětí bez zohlednění fázového posunu.

Okamžitý činný výkon se určuje následovně:

Rovnice okamžitého jalového výkonu při

Okamžitý plný výkon:

Hydraulický výkon hydraulického stroje nebo hydraulického válce se rovná součinu poklesu tlaku napříč strojem (rozdílu tlaku na vstupu a výstupu) a průtoku kapaliny:

kde je rychlost proudění tekutiny při tlaku 210 kgf/cm2 (21 MPa). Hydraulický výkon čerpadla je tedy přibližně 19,25 kW.

Přístroje pro měření výkonu

Wattmetry (včetně varmetrů) – jsou měřicí přístroje, pomocí kterých se zjišťuje výkon elektrického proudu nebo elektrického záření.

V závislosti na účelu a frekvenčním rozsahu jsou wattmetry rozděleny do několika typů:

• nízká frekvence (a stejnosměrný proud);
• rádiová frekvence;
• optický.

Rádiové wattmetry, na základě jejich účelu, jsou dvou typů:

• procházející výkon, který je součástí přerušení přenosového vedení;
• absorbovaný výkon, určený pro připojení ke konci vedení a hraje roli přizpůsobené zátěže.

Podle způsobu funkční transformace naměřených informací a jejich zobrazení pro obsluhu se wattmetry dělí do následujících skupin:

• analogové (zobrazení a záznam);
• digitální.

Jak najít moc, vzorce a příklady problémů

Základní vzorec pro výpočet výkonu je:

kde P je výkon, E je energie, t je čas.

Průměrná hodnota výkonu za určité časové období

Časový integrál okamžitého výkonu za určité časové období se vypočítá jako celková přenesená energie během této doby:

Motor zvedacího zařízení má výkon 3,5 litru. S. Je nutné určit hmotnost břemene, kterou takový stroj dokáže zvednout do výšky 15 m za 2 minuty. (1 hp = 736 W).

Výkon motoru je

Je třeba určit čas potřebný k odčerpání 10 tun vody z dolu pomocí čerpadla o výkonu 1,5 kW. Výška zdvihu je 20 m.

Vzhledem k tomu, že se plánuje odčerpání veškeré vody, lze práci vyjádřit pomocí následující rovnice:

Pomocí čerpadla byla voda zvednuta do výšky 8 m za 10 minut. Je nutné určit, jaký výkon má čerpadlo.

Hmotnost vody v daném objemu se rovná:

Traktor oral 300 m polí za 1,5 minuty při vyvinutí výkonu 25,8 kW. Je nutné určit odporovou sílu, kterou traktor překonává během provozu.

Podle definice moci:

Vlak, jehož hmotnost je , se pohybuje rovnoměrně rychlostí Problém 6

Autíčko, které šplhá do kopce s konstantním sklonem, je schopno dosáhnout maximální rychlosti

kde C a D jsou koeficienty, které berou v úvahu všechny parametry kromě rychlosti.

V tomto případě se výkon rovná:

Dále můžete zvážit situaci, kdy auto jede z kopce. Část práce (zvedání) se nyní provádí samotnou gravitací, která odstraňuje toto zatížení z motoru, proto:

Pak byste měli zvážit pohyb auta do kopce s dvojnásobným výkonem motoru:

Porovnáním mocnin dostaneme:

Auto, které šplhá na horu s konstantním sklonem, je schopno dosáhnout maximální rychlosti

kde C a D jsou koeficienty, které berou v úvahu všechny charakteristiky kromě rychlosti.

Výkon se určuje následovně:

Dále můžete zvážit situaci, kdy auto sjíždí z hory. V tomto případě je určitá část práce (zvedání) prováděna samotnou gravitací, která odstraňuje toto zatížení z motoru, proto:

Připraveno společně s lektorem:

Potřebujete pomoc?

• Lektor fyziky
• Lektor fyziky 7. třída

Majitelé bytů, soukromých domů a dalších elektrifikovaných objektů se často potýkají s otázkou stanovení hodnot základních elektrických veličin, protože výpočet výkonu na základě přípustné intenzity proudu a známého napětí nebo řešení inverzního problému není příliš jednoduché. .

Přímá aplikace známého Ohmova zákona bez zohlednění vlastností domácích sítí a zařízení může vést k nesprávnému výsledku.

V tomto materiálu pochopíme, co je síla, a řekneme vám, jak vypočítat tento indikátor.

Základní pojmy veličin

Elektrické výpočty jsou založeny na dobře známých vztazích mezi proudem (I, Ampere), napětím (U, Volt), hodnotou výkonu (P, Watt) a odporem (R, Ohm). Praktické výpočty obvykle vyžadují znalost hodnot prvních tří.

Upozorňujeme, že číselné vyjádření uvedených hodnot nestačí – jsou potřeba další charakteristiky, které odhalí režim spotřeby energie.

Síla elektrického proudu

Výpočet dostatečného průřezu vodičů a jmenovitého výkonu jističe pro konkrétní větev elektrické sítě se provádí podle hodnoty maximálního možného proudu pro tento úsek. To je nutné, aby se zabránilo vznícení elektroinstalace, což často vede k požáru.

Provozní parametry strojů a proudových chráničů se volí podle požadavků předpisů. Pro určení přípustného průřezu žil v závislosti na maximální možné proudové síle je nutné použít tabulku poskytnutou výrobcem produktu, protože kabely jsou nejčastěji vyráběny podle specifikací, nikoli podle GOST.

Kabely vyrobené v souladu s GOST (vlevo) a TU (vpravo) se stejnými značkami se liší jak vizuálně, tak v základních vlastnostech

Protože sílu elektrického proudu lze vypočítat na základě energie spotřebované zařízeními a síťového napětí, je nutné správně určit hodnoty těchto dvou indikátorů.

Napětí v domácnosti

Mnoho majitelů bytů se domnívá, že standardní fázové napětí pro potřeby domácnosti je přibližně 220 V. Ve většině případů je to pravda. Ačkoli GOST 29322-2014 od 01.10.2015 v rámci Ruské federace mělo dojít k přechodu na systém 230 V kompatibilní se zeměmi EHS.

Odchylka 5 % od normy je přijatelná pro jakékoli období a 10 % pro období nepřesahující 1 hodinu. Podle starých pravidel tedy může hodnota napětí kolísat v rozmezí od 198 do 242 V a podle současné GOST – od 207 do 253 V.

Existují i ​​případy, kdy je napětí v síti dlouhodobě výrazně nižší než standardní. Tato situace nastává, když je celkový výkon elektrospotřebičů připojených na pobočku mnohem vyšší, než je plánováno a při zapnutí většiny z nich dochází k „výpadku sítě“.

Tento problém se vyskytuje v oblasti odpovědnosti organizací odpovědných za dodávku elektřiny a je spojen s přetěžováním distribučních transformátorů, zhoršováním stavu rozvoden nebo nedostatečným průřezem vodičů.

Snížení vstupního napětí vede nejen ke změně parametru proudu a možnému vypnutí ochrany, ale také k rychlému výpadku elektrických spotřebičů obsahujících asynchronní elektromotory nebo složité elektroniky.

Chcete-li zjistit skutečnou hodnotu napětí, musíte pravidelně provádět měření pomocí voltmetru. Pokud ukazatele velmi kolísají, pak je nutné použít stabilizátor nebo dražší měnič s funkcí akumulace elektřiny.

Nuance v pojetí výkonu elektrických spotřebičů

Všechna zařízení, která spotřebovávají elektřinu, mají takový parametr jako výkon. Čím vyšší je tento indikátor, tím více energie zařízení odebírá z obvodu.

Existují tři typy napájení:

• Aktivní (P). Charakterizuje rychlost přeměny elektrické energie na jinou formu, například elektromagnetickou nebo tepelnou. Je třeba ji zohlednit při výpočtu nevratných nákladů na elektrickou energii, a tedy i nákladů na provoz zařízení. Jednotka měření – W.
• Reaktivní (Q). Charakterizuje energii, která přichází ze zdroje (transformátoru) do reaktivních prvků spotřebiče (kondenzátory, vinutí motoru), ale poté se téměř okamžitě vrací do zdroje. Jednotkou měření je W nebo var (interpretace je jalový voltampér).
• Plný (S). Charakterizuje zatížení, které spotřebitel působí na prvky obvodu. Používá se při výpočtu průřezové plochy kabelu a výběru jmenovitého výkonu strojů, to znamená, že proudová síla se vypočítá na základě plného výkonu všech elektrických spotřebičů připojených k obvodu. Jednotkou měření je W nebo V*A (V*A – voltampéry).

Všechny tyto parametry lze přepočítat pomocí fázového úhlu, který vzniká mezi vektorem napětí a proudem (f):

Mezi domácí spotřebiče, u kterých může celkový výkon výrazně převyšovat činný výkon, patří chladničky, pračky, zářivky a některé úsporné zářivky a také jednotky výkonové elektroniky.

Na motorech je obvykle uveden činný výkon a koeficient. V tomto případě se celkový výkon vypočítá následovně: S = P / cos(f) = 750 / 0.78 = 962 W

Existuje také něco jako špičkový nebo startovací výkon. Faktem je, že zrychlení motorů vyžaduje mnohem více úsilí než udržení jejich rotace. Když tedy zapnete spotřebiče, jako je lednička nebo pračka, dojde na části okruhu ke krátkodobému rázu zátěže.

Startovací proudy mohou být několikanásobně vyšší než provozní proudy. Toto je třeba vzít v úvahu při výpočtu požadovaného průřezu kabelu a výběru jmenovitého výkonu stroje.

K tomu je třeba určit zařízení s největším rozdílem ve startovacím a provozním výkonu a přidat jej k celkové hodnotě. Startovací proudy jiných zařízení lze ignorovat, protože pravděpodobnost současné aktivace motorů pro různé spotřebiče je prakticky nulová.

Lineární a fázové vztahy

V současné době se rozšířila praxe připojení domácích předmětů k třífázovým elektrickým sítím.

To je oprávněné z následujících důvodů:

• Značná spotřeba energie. V tomto případě bude připojení vysoce výkonné jednofázové sítě velmi iracionální kvůli velkému průřezu kabelu a vysoké spotřebě materiálu transformátoru.
• Dostupnost zařízení pracujících na třech fázích. Realizace obvodu pro připojení takového zařízení k jednofázovému obvodu není příliš jednoduchá a je zatížena rušením, ke kterému dochází například při spouštění asynchronního motoru.

Existují dva způsoby připojení třífázových zařízení – „hvězda“ a „trojúhelník“.

Schématická schémata přenosu výkonu ve třech fázích. Dostali jména „hvězda“ a „trojúhelník“ kvůli jejich geometrické podobnosti s těmito objekty

V obvodech hvězdicového typu jsou lineární a fázové proudy totožné a lineární napětí je 1,73krát větší než fázové napětí:

Tento vzorec vysvětluje známý poměr napětí pro domácnosti a průmyslové sítě nízkého napětí s frekvencí 50 Hz: 220 / 380 V (podle nového GOST: 230 / 400 V).

U trojúhelníkového zapojení je naopak napětí stejné a lineární proudy jsou větší než fázové proudy:

Tyto vzorce lze použít pouze se symetrickým fázovým zatížením. Pokud je odběr proudu přes kabely odlišný (nesymetrický přijímač), provedou se výpočty pomocí pravidel vektorové algebry a výsledný vyrovnávací proud je kompenzován neutrálním vodičem. U sítí s připojenými domácími spotřebiči jsou však takové případy vzácné.

Vztah mezi základními veličinami

Nejběžnějším úkolem běžných spotřebitelů je výpočet skutečné intenzity proudu. Jak tedy správně vypočítat proud na základě známých hodnot napětí a výkonu? Je nutné to vyřešit zdůvodněním průřezových hodnot jader a jmenovitého výkonu stroje s technickými informacemi o zařízeních, která budou napájena do tohoto obvodu.

Po výpočtu proudu se často volí kabely s nejmenším přípustným průřezem. To však není vždy správné, protože takové řešení vede k výrazným omezením, když je nutné do sítě přidat nové elektrické spotřebiče.

Někdy je nutné provést zpětné výpočty a určit, jaký celkový výkon lze připojit k zařízením se známým napětím a maximálním přípustným proudem, který je omezen stávajícím zapojením.

Tyto dva problémy pro jednofázový obvod můžete vyřešit pomocí jednoduchého vzorce:

kde S – celkový celkový výkon všech elektrických spotřebičů.

Pro výpočet parametrů jednofázového obvodu je vhodný koláčový graf odrážející Ohmův zákon a vyjadřující závislost výkonu, proudu, napětí a odporu

Chcete-li vyřešit problém výpočtu síly proudu ze známých nebo vypočtených hodnot výkonu a napětí v třífázovém obvodu, musíte znát celkové zatížení každé fáze.

Jak požadovaný průřez žil kabelu, tak i minimální přípustný jmenovitý výkon stroje se volí podle nejvytíženější linky s ohledem na to, že:

Přípustný výkon pro každou fázi lze vypočítat pomocí následujícího vzorce:

kde I – maximální přípustný proud pro stávající vedení.

Závěry a užitečné video k tématu

Výpočet síly proudu podle výkonu pro výběr průřezu kabelu:

Určení příkonu skupin elektrických spotřebičů na příkladu soukromého domu:

Můžete vypočítat proudovou sílu a určit parametry zapojení nebo sami určit přípustný výkon ve stávajícím obvodu. Pro správné vyřešení problému je nutné vzít v úvahu nuance, které se objevují v praxi, a nejen používat známé vzorce, které fungují za „ideálních“ podmínek.

Pokud máte dotazy k tématu článku nebo můžete k tomuto materiálu přidat zajímavé informace, zanechte prosím své komentáře v bloku níže.