Отдел продаж

Телефоны: (3532) 25-27-22, 93-60-02, 93-50-02

E-mail: [email protected]

г.Оренбург, ул.Беляевская, д.50/1, стр.1

 

Разное

Рассчитать мощность зная силу тока и напряжение: Как найти мощность электрического тока

Содержание

Формула мощности электрического тока. Как узнать, найти, вычислить, рассчитать мощность.

Электрическая мощность является одной из наиболее важных и значимых характеристик, которая показывает величину, силу той электротехники, систем, цепей, что работают, выполняя ту или иную функцию. Естественно, как и любая другая физическая величина электрическая мощность должна иметь свою меру, благодаря которой появляется возможность ее рассчитывать, делая заведомо точные, экономичные, эффективные устройства, системы и т.д. Для расчетов существуют определенные формулы, по которым и находятся нужные значения мощности.

Формула мощности тока (электрического) достаточно проста и выражается как произведение напряжения на силу тока. То есть, чтобы найти электрическую мощность достаточно просто напряжение умножить на ток. Если воспользоваться законом ома, то ее можно найти и через сопротивление. В этом случае электрическая мощность будет равна силе тока в квадрате умноженный на сопротивление или же напряжение в квадрате деленное на сопротивление.

Напомню, что при использовании формул подразумевается применение основных единиц измерения физических величин. В нашем случае основными единицами будут:

Электрическая мощность — Ватт;
Сила тока — Ампер;
Напряжение — Вольт;
Сопротивление — Ом.

Исходя из этого формула мощности электрического тока будет звучать так — 1 Ватт равен 1 Вольт умноженный на 1 Ампер. Думаю вы смысл поняли. Меньшими единицами измерения мощности является милливатты (1000 мВт = 1 Вт), большими единицами являются киловатты и мегаватты (1 кВт = 1000 Вт, 1 МВт = 1000 000 Вт). Милливатты это достаточно маленькая мощность, ее используют в электронике, радиотехнике. К примеру мощность слухового аппарата измеряется именно в милливаттах. Мощность в ваттах можно встретить в звуковых усилителях, у небольших блоках питания, мини электродвигателях. Киловатты это мощность, которая часто встречается в бытовых и технических устройствах (электрочайники, электродвигатели, обогреватели и т.д.). Мегаватты это уже достаточно большая мощность, ее можно встретить на электроподстанциях, электростанциях, у потребителях электроэнергии размером с город и т. д.

Если говорить о формуле более научной, которая электрическую мощность тока выражает через работу и время, то она будет звучать так — электрическая мощность равна отношению работы тока на участке цепи ко времени, в течении которого совершается эта работа.

То есть, работа деленная на время будет определять мощность. Кроме этого часто путают такие величины как ватты и ватт-час. В ваттах измеряется электрическая мощность — скорость изменения энергии (передачи, преобразования, потребления). А ватт-час являются единицей измерения самой энергии (работы). В ватт-часах выражается энергия, произведенная (переданная, преобразованная, потребленной) за определенное время.

Мощность также разделяется на активную и реактивную. Активная мощность — часть полной мощности, что удалось передать в нагрузку за период переменного тока. Она равна произведению действующих значений напряжения и тока на cosφ (косинус угла сдвига фаз между ними). Электрическая мощность, что не была передана в нагрузку, а привела к некоторым потерям (на излучение, нагрев) называется реактивной мощностью. Она равна произведению действующих значений напряжения и тока на sinφ (синус угла сдвига фаз между ними).

P.S. Электрическая мощность является одной из главных величин и характеристик, используемые в электротехнике. Именно ее мы узнаем при покупки того или иного электрического устройства. Ведь она определяет силу, с которой электротехника может работать. К примеру электродрель. Если мы купим дрель недостаточной мощности, то она просто не сможет обеспечить нам нормальную работу при сверлении. Хотя гнаться за слишком большой мощностью также не следует, ведь это ведет к излишней трате электроэнергии, за которую вы будете платить. Так что у всего должна быть своя мера и мощность.

Расчет тока по мощности — формула, онлайн расчет, выбор автомата

 

При проектировании любых электрических цепей выполняется расчет мощности. На его основе производится выбор основных элементов и вычисляется допустимая нагрузка. Если расчет для цепи постоянного тока не представляет сложности (в соответствии с законом Ома, необходимо умножить силу тока на напряжение – Р=U*I), то с вычислением мощности переменного тока – не все так просто. Для объяснения потребуется обратиться к основам электротехники, не вдаваясь в подробности, приведем краткое изложение основных тезисов.

Блок: 1/4 | Кол-во символов: 514
Источник: https://www.asutpp.ru/raschet-moshhnosti-po-toku-i-naprjazheniju.html

Разделы статьи

Как узнать ток зная мощность и напряжение?

В данном случае формула вычисления выглядит следующим образом:

Расчет силы тока онлайн:

(Не целые числа вводим через точку. Например: 0.5)

Блок: 2/6 | Кол-во символов: 179
Источник: http://moydomik.info/load/sistemy/ehlektrosnabzhenie/raschet_ehlektricheskikh_cepej_onlajn_opredelenie_naprjazhenija_toka_moshhnosti_i_sechenija_provodnika/26-1-0-132

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.

Блок: 2/4 | Кол-во символов: 295
Источник: https://ru.wikihow.com/%D1%80%D0%B0%D1%81%D1%81%D1%87%D0%B8%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C-%D0%BF%D0%BE%D1%82%D1%80%D0%B5%D0%B1%D0%BB%D1%8F%D0%B5%D0%BC%D1%83%D1%8E-%D0%BC%D0%BE%D1%89%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C-%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%B8%D0%B1%D0%BE%D1%80%D0%B0

Формула расчета мощности электрического тока

Согласно закону Ома, сила тока(I) пропорциональна напряжению(U) и обратно пропорциональна сопротивлению(R), а мощность(P) рассчитывается как произведение напряжения и силы тока. Исходя из этого, ток в участке сети рассчитывается: I = P/U.

В реальных условиях в формулу добавляется еще одна составляющая и формула для однофазной сети приобретает вид:

I = P/(U*cos φ),

а для трехфазной сети: I = P/(1,73*U*cos φ),

где U для трехфазной сети принимается 380 В, cos φ – это коэффициент мощности, отражающий соотношение активной и реактивной составляющих сопротивления нагрузки.

Для современных блоков питания реактивная компонента незначительна, величину cos φ можно принимать равной 0,95. Исключение составляют мощные трансформаторы (например, сварочные аппараты) и электродвигатели, они имеют большое индуктивное сопротивление. В сетях, где планируется подключение подобных устройств, максимальную силу тока следует рассчитывать с использованием коэффициента cos φ, равного 0,8 или рассчитать силу тока по стандартной методике, а потом применить повышающий коэффициент 0,95/0,8 = 1,19.

Подставив действующие значения напряжения 220 В/380 В и коэффициента мощности 0,95, получаем I = P/209 для однофазной сети и I = P/624 для трехфазной сети, то есть в трехфазной сети при одинаковой нагрузке ток втрое меньше. Никакого парадокса тут нет, так как трехфазная проводка предусматривает три фазных провода, и при равномерной нагрузке на каждую из фаз она делится натрое. Поскольку напряжение между каждым фазным и рабочим нулевым проводами равно 220 В, можно и формулу переписать в другом виде, так она нагляднее: I = P/(3*220*cos φ).

Блок: 2/4 | Кол-во символов: 1678
Источник: http://remontnichok.ru/elektrichestvo/raschet-elektricheskogo-toka-po-moshchnosti-formuly-onlayn-raschet-vybor-avtomata

Расчет потребляемой мощности

В быту часто приходится сталкиваться с вычислением потребляемой мощности, например, для проверки допустимой нагрузки на проводку перед подключением ресурсоемкого электропотребителя (кондиционера, бойлера, электрической плиты и т.д.).  Также в таком расчете есть необходимость при выборе защитных автоматов для распределительного щита, через который выполняется подключение квартиры к электроснабжению.

В таких случаях расчет мощности по току и напряжению делать не обязательно, достаточно просуммировать потребляемую энергию всех приборов, которые могут быть включены одновременно. Не связываясь с расчетами, узнать эту величину для каждого устройства можно тремя способами:

  1. обратившись к технической документации устройства;
  2. посмотрев это значение на наклейке задней панели; Потребляемая мощность прибора часто указывается на тыльной стороне
  3. воспользовавшись таблицей, где указано среднее значение потребляемой мощности для бытовых приборов.

Таблица значений средней потребляемой мощности

При расчетах следует учитывать, что пусковая мощность некоторых электроприборов может существенно отличаться от номинальной. Для бытовых устройств этот параметр практически никогда не указывается в технической документации, поэтому необходимо обратиться к соответствующей таблице, где содержатся средние значения параметров стартовой мощности для различных приборов (желательно выбирать максимальную величину).

Блок: 4/4 | Кол-во символов: 1431
Источник: https://www.asutpp.ru/raschet-moshhnosti-po-toku-i-naprjazheniju.html

Предупреждения

  • Если через инвертер пропустить слишком большую мощность, то он может выйти из строя.
  • Подключение чрезмерного числа приборов к инвертеру может привести к недостатку мощности для каждого прибора. Результатом этого может быть повреждение или отключение приборов.
  • При вычислении мощности по формуле вы получите приблизительное значение. Если вам нужно точное значение мощности, воспользуйтесь ваттметром.

Блок: 3/4 | Кол-во символов: 449
Источник: https://ru.wikihow.com/%D1%80%D0%B0%D1%81%D1%81%D1%87%D0%B8%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C-%D0%BF%D0%BE%D1%82%D1%80%D0%B5%D0%B1%D0%BB%D1%8F%D0%B5%D0%BC%D1%83%D1%8E-%D0%BC%D0%BE%D1%89%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C-%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%B8%D0%B1%D0%BE%D1%80%D0%B0

Как рассчитать мощность зная силу тока и напряжения?

Здесь необходимо знать величины действующего напряжения и действующей силы тока в электрической цепи. Согласно формуле предоставленной выше, мощность определяется путем умножения силы тока на действующее напряжение.

Расчет цепи онлайн:

Блок: 4/6 | Кол-во символов: 286
Источник: http://moydomik.info/load/sistemy/ehlektrosnabzhenie/raschet_ehlektricheskikh_cepej_onlajn_opredelenie_naprjazhenija_toka_moshhnosti_i_sechenija_provodnika/26-1-0-132

Подбираем номинал автоматического выключателя

Применив формулу I = P/209, получим, что при нагрузке с мощностью 1 кВт ток в однофазной сети будет 4,78 А. Напряжение в наших сетях не всегда равно в точности 220 В, поэтому не будет большой ошибкой силу тока считать с небольшим запасом как 5 А на каждый киловатт нагрузки. Сразу же видно, что в удлинитель, промаркированный «5 А», утюг мощностью 1,5 кВт включать не рекомендуется, так как ток будет в полтора раза превышать паспортную величину. А еще сразу можно «проградуировать» стандартные номиналы автоматов и определить, на какую нагрузку они рассчитаны:

  • 6 А – 1,2 кВт;
  • 8 А – 1,6 кВт;
  • 10 А – 2 кВт;
  • 16 А – 3,2 кВт;
  • 20 А – 4 кВт;
  • 25 А – 5 кВт;
  • 32 А – 6,4 кВт;
  • 40 А – 8 кВт;
  • 50 А – 10 кВт;
  • 63 А – 12,6 кВт;
  • 80 А – 16 кВт;
  • 100 А – 20 кВт.

С помощью методики «5 ампер на киловатт» можно оценить силу тока, возникающую в сети при подключении бытовых устройств. Интересуют пиковые нагрузки на сеть, поэтому для расчета следует использовать максимальную потребляемую мощность, а не среднюю. Эта информация содержится в документации на изделия. Вряд ли стоит самому рассчитывать этот показатель, суммируя паспортные мощности компрессоров, электродвигателей и нагревательных элементов, входящих в устройство, так как есть еще такой показатель, как коэффициент полезного действия, который придется оценивать умозрительно с риском сильно ошибиться.

При проектировании электропроводки в квартире или загородном доме не всегда доподлинно известны состав и паспортные данные электрооборудования, которое будет подключаться, но можно воспользоваться ориентировочными данными обычных для нашего быта электроприборов:

  • электросауна (12 кВт) — 60 А;
  • электроплита (10 кВт) — 50 А;
  • варочная панель (8 кВт) — 40 А;
  • электроводонагреватель проточный (6 кВт) — 30 А;
  • посудомоечная машина (2,5 кВт) — 12,5 А;
  • стиральная машина (2,5 кВт) — 12,5 А;
  • джакузи (2,5 кВт) — 12,5 А;
  • кондиционер (2,4 кВт) — 12 А;
  • СВЧ-печь (2,2 кВт) — 11 А;
  • электроводонагреватель накопительный (2 кВт) — 10 А;
  • электрочайник (1,8 кВт) — 9 А;
  • утюг (1,6 кВт) — 8 А;
  • солярий (1,5 кВт) — 7,5 А;
  • пылесос (1,4 кВт) — 7 А;
  • мясорубка (1,1 кВт) — 5,5 А;
  • тостер (1 кВт) — 5 А;
  • кофеварка (1 кВт) — 5 А;
  • фен (1 кВт) — 5 А;
  • настольный компьютер (0,5 кВт) — 2,5 А;
  • холодильник (0,4 кВт) — 2 А.

Потребляемая мощность осветительных приборов и бытовой электроники невелика, в целом суммарную мощность осветительных приборов можно оценить в 1,5 кВт и автомата на 10 А на группу освещения достаточно. Бытовая электроника подключается к тем же розеткам, что и утюги, дополнительные мощности резервировать для нее нецелесообразно.

Если просуммировать все эти токи, цифра получается внушительная. На практике, возможности подключения нагрузки ограничивает величина выделенной электрической мощности, для квартир с электрической плитой в современных домах она составляет 10 -12 кВт и на квартирном вводе стоит автомат номиналом 50 А. И эти 12 кВт надо распределить, учитывая то, что самые мощные потребители сосредоточены на кухне и в ванной комнате. Проводка будет доставлять меньше поводов для беспокойства, если разбить ее на достаточное количество групп, каждая со своим автоматом. Для электроплиты (варочной панели) делается отдельный ввод с автоматом на 40 А и устанавливается силовая розетка с номинальным током 40 А, ничего больше туда подключать не надо. Для стиральной машины и другого оборудования ванной комнаты делается отдельная группа, с автоматом соответствующего номинала. Эту группу обычно защищают УЗО с номинальным током на 15% большим, чем номинал автоматического выключателя. Отдельные группы выделяют для освещения и для настенных розеток в каждой комнате.

На расчет мощностей и токов придется потратить некоторое время, но можно быть уверенным, что труды не пропадут даром. Грамотно спроектированная и качественно смонтированная электропроводка – залог комфорта и безопасности вашего жилища.

Блок: 3/4 | Кол-во символов: 3886
Источник: http://remontnichok.ru/elektrichestvo/raschet-elektricheskogo-toka-po-moshchnosti-formuly-onlayn-raschet-vybor-avtomata

Как определить потребляемую мощность цепи имея тестер, который меряет сопротивление?

Этот вопрос был задан в комментарие в одном из материалов нашего сайта. Поспешим дать ответ на этот вопрос. Итак, для начала измеряем тестером сопротивление электроприбора (для этого достаточно подсоединить щупы тестера к вилке шнура питания). Узнав сопротивление мы можем определить и мощность, для чего необходимо напряжение в квадрате разделить на сопротивление.

Блок: 5/6 | Кол-во символов: 463
Источник: http://moydomik.info/load/sistemy/ehlektrosnabzhenie/raschet_ehlektricheskikh_cepej_onlajn_opredelenie_naprjazhenija_toka_moshhnosti_i_sechenija_provodnika/26-1-0-132

Кол-во блоков: 14 | Общее кол-во символов: 12037
Количество использованных доноров: 4
Информация по каждому донору:

  1. https://www.asutpp.ru/raschet-moshhnosti-po-toku-i-naprjazheniju.html: использовано 4 блоков из 4, кол-во символов 6335 (53%)
  2. http://moydomik.info/load/sistemy/ehlektrosnabzhenie/raschet_ehlektricheskikh_cepej_onlajn_opredelenie_naprjazhenija_toka_moshhnosti_i_sechenija_provodnika/26-1-0-132: использовано 4 блоков из 6, кол-во символов 1241 (10%)
  3. http://remontnichok.ru/elektrichestvo/raschet-elektricheskogo-toka-po-moshchnosti-formuly-onlayn-raschet-vybor-avtomata: использовано 2 блоков из 4, кол-во символов 5564 (46%)
  4. https://ru. wikihow.com/%D1%80%D0%B0%D1%81%D1%81%D1%87%D0%B8%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C-%D0%BF%D0%BE%D1%82%D1%80%D0%B5%D0%B1%D0%BB%D1%8F%D0%B5%D0%BC%D1%83%D1%8E-%D0%BC%D0%BE%D1%89%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C-%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%B8%D0%B1%D0%BE%D1%80%D0%B0: использовано 3 блоков из 4, кол-во символов 1429 (12%)

Закона Ома для участка цепи

В природе существует два основных вида материалов, проводящие ток и непроводящие (диэлектрики). Отличаются эти материалы наличием условий для перемещения в них электрического тока (электронов).

Из токопроводящих материалов (медь, алюминий, графит, и многие другие), делают электрические проводники, в них электроны не связаны и могут свободно перемещаться.

В диэлектриках электроны привязаны к атомам намертво, поэтому ток в них течь не может. Из них делают изоляцию для проводов, детали электроприборов.

Для того чтобы электроны начали перемещаться в проводнике (по участку цепи пошел ток), им нужно создать условия. Для этого в начале участка цепи должен быть избыток электронов, а в конце – недостаток. Для создания таких условий используют источники напряжения – аккумуляторы, батарейки, электростанции.

Формула Закона Ома

В 1827 году Георг Симон Ом открыл закон силы электрического тока. Его именем назвали Закон и единицу измерения величины сопротивления. Смысл закона в следующем.

Чем толще труба и больше давление воды в водопроводе (с увеличением диаметра трубы уменьшается сопротивление воде) – тем больше потечет воды. Если представить, что вода это электроны (электрический ток), то, чем толще провод и больше напряжение (с увеличением сечения провода уменьшается сопротивление току) – тем больший ток будет протекать по участку цепи.

Сила тока, протекающая по электрической цепи, прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна величине сопротивления цепи.


где

I – сила тока, измеряется в амперах и обозначается буквой А;

U – напряжение, измеряется в вольтах и обозначается буквой В;

R – сопротивление, измеряется в омах и обозначается .

Если известны напряжение питания U и сопротивление электроприбора R, то с помощью вышеприведенной формулы, воспользовавшись онлайн калькулятором, легко определить силу протекающего по цепи тока I.

С помощью закона Ома рассчитываются электрические параметры электропроводки, нагревательных элементов, всех радиоэлементов современной электронной аппаратуры, будь то компьютер, телевизор или сотовый телефон.

Применение закона Ома на практике

На практике часто приходится определять не силу тока I, а величину сопротивления R. Преобразовав формулу Закона Ома, можно рассчитать величину сопротивления R, зная протекающий ток I и величину напряжения U.

Величину сопротивления может понадобится рассчитать, например, при изготовлении блока нагрузок для проверки блока питания компьютера. На корпусе блока питания компьютера обычно есть табличка, в которой приведен максимальный ток нагрузки по каждому напряжению. Достаточно в поля калькулятора ввести данные величины напряжения и максимальный ток нагрузки и в результате вычисления получим величину сопротивления нагрузки для данного напряжения. Например, для напряжения +5 В при максимальной величине тока 20 А, сопротивление нагрузки составит 0,25 Ом.

Формула Закона Джоуля-Ленца

Величину резистора для изготовления блока нагрузки для блока питания компьютера мы рассчитали, но нужно еще определить какой резистор должен быть мощности? Тут поможет другой закон физики, который, независимо друг от друга открыли одновременно два ученых физика. В 1841 году Джеймс Джоуль, а в 1842 году Эмиль Ленц. Этот закон и назвали в их честь – Закон Джоуля-Ленца.

Потребляемая нагрузкой мощность прямо пропорциональна приложенной величине напряжения и протекающей силе тока. Другими словами, при изменении величины напряжения и тока будет пропорционально будет изменяться и потребляемая мощность.

где

P – мощность, измеряется в ваттах и обозначается Вт;

U – напряжение, измеряется в вольтах и обозначается буквой В;

I – сила ток, измеряется в амперах и обозначается буквой А.

Зная напряжения питания и силу тока, потребляемую электроприбором, можно по формуле определить, какую он потребляет мощность. Достаточно ввести данные в окошки ниже приведенного онлайн калькулятора.

Закон Джоуля-Ленца позволяет также узнать силу тока, потребляемую электроприбором зная его мощность и напряжение питания. Величина потребляемого тока необходима, например, для выбора сечения провода при прокладке электропроводки или для расчета номинала.

Например, рассчитаем потребляемый ток стиральной машины. По паспорту потребляемая мощность составляет 2200 Вт, напряжение в бытовой электросети составляет 220 В. Подставляем данные в окошки калькулятора, получаем, что стиральная машина потребляет ток величиной 10 А.

Еще один пример, Вы решили в автомобиле установить дополнительную фару или усилитель звука. Зная потребляемую мощность устанавливаемого электроприбора легко рассчитать потребляемый ток и правильно подобрать сечение провода для подключения к электропроводке автомобиля. Допустим, дополнительная фара потребляет мощность 100 Вт (мощность установленной в фару лампочки), бортовое напряжение сети автомобиля 12 В. Подставляем значения мощности и напряжения в окошки калькулятора, получаем, что величина потребляемого тока составит 8,33 А.

Разобравшись всего в двух простейших формулах, Вы легко сможете рассчитать текущие по проводам токи, потребляемую мощность любых электроприборов – практически начнете разбираться в основах электротехники.

Преобразованные формулы Закона Ома и Джоуля-Ленца

Встретил в Интернете картинку в виде круглой таблички, в которой удачно размещены формулы Закона Ома и Джоуля-Ленца и варианты математического преобразования формул. Табличка представляет собой не связанные между собой четыре сектора и очень удобна для практического применения

По таблице легко выбрать формулу для расчета требуемого параметра электрической цепи по двум другим известным. Например, нужно определить ток потребления изделием по известной мощности и напряжению питающей сети. По таблице в секторе тока видим, что для расчета подойдет формула I=P/U.

А если понадобится определить напряжение питающей сети U по величине потребляемой мощности P и величине тока I, то можно воспользоваться формулой левого нижнего сектора, подойдет формула U=P/I.

Подставляемые в формулы величины должны быть выражены в амперах, вольтах, ваттах или Омах.

Андрей 14.12.2021

Добрый день Александр Николаевич.

Подскажите такой вопрос. Допустим есть электроприбор на 220 В и мощностью 2000 Вт. В этом случае потребляемый ток составит порядка 10 А. Но как известно, современные бытовые электроприборы рассчитаны на работу при напряжении от 210 до 240 В. В связи с этим меня интересует, будет ли изменяться потребляемый ток при изменении напряжения в сети?

Александр

Здравствуйте, Андрей!

Будет ли изменяться величина потребляемого тока зависит от принципа работы и устройства электроприбора.

Например, если это простейший обогреватель со спиральным нагревательным элементом, то согласно закону Ома, ток при увеличении напряжения будет пропорционально тоже увеличиваться.

Например, обогреватель или электроплита имеет мощность 2000 Вт. В таком случае сопротивление нагревателя составит 24,2 Ом. Ток потребления при напряжении 220 В составит 9,09 А. Если напряжение в сети достигнет предельно допустимого 242 В, то ток потребления увеличиться до 10 А, выделяемая мощность уже составит 2200 Вт.

А если в электроприборе имеется стабилизатор тока или напряжения, то потребляемый электроприбором ток при увеличении напряжения наоборот будет снижаться, а при уменьшении напряжения наоборот, увеличиваться.

К таким приборам относятся компьютеры, зарядные устройства, телевизоры, радиоприемники и многие другие. Это поведение тока связано с тем, что потребляемая мощность прибора при изменении питающего напряжения не изменяется. Ведь по формуле P=UI. Следовательно, ток будет изменяться обратно пропорционально изменению величины напряжения.

Калькулятор расчета сечения кабеля по мощности и току

Правильно подобрать электрический провод принципиально важно. Опасность использования кабеля с недостаточной площадью сечения жилы заключается в повышении концентрации протекающего электрического тока. Вследствие этого растет температура металла, портится изоляционная оболочка. Поскольку проводку обычно прокладывают в недоступных местах, процесс ее разрушения незаметен. Повышение температуры до критической отметки и, как следствие, возгорание происходит неожиданно.

Выбор кабеля питания электрических установок осуществляется на стадии проектирования линии. Основной параметр проводки – площадь поперечного сечения жилы. Она определяется по формуле, по готовой таблице или с помощью онлайн-калькулятора. Наиболее распространенные исходные значения для подобного расчета – мощность потребления устройств, сила тока и напряжение питания в электрической сети.

Калькулятор расчета сечения по мощности и току

Самый простой и быстрый способ вычислить подходящую площадь сечения жилы для конкретных условий – калькулятор расчета сечения кабеля по мощности и току.

Перевод Ватт в Ампер
Расчет максимальной длины кабельной линии
 Uбп, В  Uобр, В Ток потр., А Тип кабеля S, мм2 Длина, м
1 ШВВП 2х0,35ШВВП 2х0,5ПВС 3х0,75ПВС 3х1ВВГнг 3х1,5ВВГнг 3х2,5ВВГнг 3х4,5ВВГнг 3х6ВВГнг 3х10UTP, 10 AWGUTP, 11 AWGUTP, 12 AWGUTP, 13 AWGUTP, 14 AWGUTP, 15 AWGUTP, 16 AWGUTP, 17 AWGUTP, 18 AWGUTP, 19 AWGUTP, 20 AWGUTP, 21 AWGUTP, 22 AWGUTP, 23 AWGUTP, 24 AWG удалить
 Uбп, В  Uобр, В Ток потр., А Тип кабеля S, мм2 Длина, м
1 ШВВП 2х0,35ШВВП 2х0,5ПВС 3х0,75ПВС 3х1ВВГнг 3х1,5ВВГнг 3х2,5ВВГнг 3х4,5ВВГнг 3х6ВВГнг 3х10UTP, 10 AWGUTP, 11 AWGUTP, 12 AWGUTP, 13 AWGUTP, 14 AWGUTP, 15 AWGUTP, 16 AWGUTP, 17 AWGUTP, 18 AWGUTP, 19 AWGUTP, 20 AWGUTP, 21 AWGUTP, 22 AWGUTP, 23 AWGUTP, 24 AWG удалить
 Uбп, В  Uобр, В Ток потр. , А Тип кабеля S, мм2 Длина, м
1 ШВВП 2х0,35ШВВП 2х0,5ПВС 3х0,75ПВС 3х1ВВГнг 3х1,5ВВГнг 3х2,5ВВГнг 3х4,5ВВГнг 3х6ВВГнг 3х10UTP, 10 AWGUTP, 11 AWGUTP, 12 AWGUTP, 13 AWGUTP, 14 AWGUTP, 15 AWGUTP, 16 AWGUTP, 17 AWGUTP, 18 AWGUTP, 19 AWGUTP, 20 AWGUTP, 21 AWGUTP, 22 AWGUTP, 23 AWGUTP, 24 AWG удалить
 Uбп, В  Uобр, В Ток потр., А Тип кабеля S, мм2 Длина, м
1 ШВВП 2х0,35ШВВП 2х0,5ПВС 3х0,75ПВС 3х1ВВГнг 3х1,5ВВГнг 3х2,5ВВГнг 3х4,5ВВГнг 3х6ВВГнг 3х10UTP, 10 AWGUTP, 11 AWGUTP, 12 AWGUTP, 13 AWGUTP, 14 AWGUTP, 15 AWGUTP, 16 AWGUTP, 17 AWGUTP, 18 AWGUTP, 19 AWGUTP, 20 AWGUTP, 21 AWGUTP, 22 AWGUTP, 23 AWGUTP, 24 AWG удалить
добавить

Примечания:
U — напряжение питания видеокамеры, P — мощность потребляемая видеокамерой, Uбп — напряжение блока питания, Uобр — минимальное напряжение при котором работает видеокамера, S — сечение кабеля, Lмакс — максимальная длина кабельной линии

Руководствуясь законом Ома, онлайн-сервис позволяет автоматически вычислить ток потребления устройства. Для этого в соответствующие поля калькулятора необходимо ввести значения мощности прибора и напряжения электрической сети. По полученным данным легко можно определить площадь поперечного сечения медного или алюминиевого кабеля, используя готовую таблицу или формулу.

Также для удобства пользователей онлайн-калькулятор позволяет рассчитать максимальную длину выбранного провода при заданной силе тока прибора, а также напряжения источника питания и минимального рабочего напряжения устройства.

Выбор по таблице

Если необходимо быстро получить примерные характеристики электрического провода, выбор сечения кабеля по току по таблице ПУЭ – оптимальное решение.

В воздухе (лотки, короба,пустоты,каналы) Сечение,кв.мм В земле
Медные жилы Алюминиевые жилы Медные жилы Алюминиевые жилы
Ток. А Мощность, кВт Тон. А Мощность, кВт Ток, А Мощность, кВт Ток. А Мощность,кВт
220 (В) 380 (В) 220(В) 380 (В) 220(В) 380 (В) 220(В)
19 4.1 17.5 1,5 77 5. 9 17.7
35 5.5 16.4 19 4.1 17.5 7,5 38 8.3 75 79 6.3
35 7.7 73 77 5.9 17.7 4 49 10. 7 33.S 38 8.4
*2 9.7 77.6 37 7 71 6 60 13.3 39.5 46 10.1
55 17.1 36.7 47 9.7 77.6 10 90 19. 8 S9.7 70 15.4
75 16.5 49.3 60 13.7 39.5 16 115 753 75.7 90 19,8
95 70,9 67.5 75 16.5 49.3 75 150 33 98. 7 115 75.3
170 76.4 78.9 90 19.8 59.7 35 180 39.6 118.5 140 30.8
145 31.9 95.4 110 74.7 77.4 50 775 493 148 175 38. 5
ISO 39.6 118.4 140 30.8 97.1 70 775 60.5 181 710 46.7
770 48.4 144.8 170 37.4 111.9 95 310 77.6 717.7 755 56. 1
760 57,7 171.1 700 44 131,6 170 385 84.7 753.4 795 6S
305 67.1 700.7 735 51.7 154.6 150 435 95.7 786.3 335 73. 7
350 77 730.3 770 59.4 177.7 185 500 110 379 385 84.7

Таблица наглядно демонстрирует рекомендованную площадь сечения провода при заданных значениях мощности и тока потребления прибора. Также учитывается напряжение источника питания, металл, из которого изготовлена жила, и способ прокладки линии. Округлять результат необходимо всегда в большую сторону.

Например, для запитывания электроустановок мощностью 6,2 кВт и силой тока 28 А медным проводом от сети с напряжением 220 В потребуется сечение 4 мм2.

Формула расчета

Для более точных вычислений применяется формула расчета сечения кабеля по силе тока и напряжению. Выглядит она так:

L – длина проводки;

I – ток электрических устройств;

Uнач – напряжение в сети;

Uкон – минимальное рабочее напряжение устройств;

ρ – удельное сопротивление меди (0,0175 Ом×мм2/м) или алюминия (0,028 Ом×мм2/м).

Если сила тока неизвестна, вычислить ее можно по формуле:

P – суммарная мощность всех электрических устройств;

U – напряжение питания.

Стоит учитывать, что результаты, полученные в результате вычислений по формулам, всегда точнее табличных значений.

Примеры

Пример А. Вычислить площадь сечения алюминиевого кабеля для питания электроустройств мощностью 10 кВт от сети напряжением 220 В. Длина линии – 40 м. Минимальное рабочее напряжение приборов – 207 В.

С помощью онлайн-калькулятора или по формуле в первую очередь стоит определить ток потребления приборов:

Зная силу тока, можно посчитать площадь сечения кабеля:

Пример Б. Для питания от электрической сети 220 В приборов с общей силой тока 14 А необходима медная проводка длиной 25 м. Рассчитать площадь сечения кабеля. Устройства работают при минимальном напряжении 207 В.

Все данные для расчета сечения жилы известны, поэтому можно воспользоваться формулой:

При заданных условиях площадь сечения медного кабеля должна быть не менее 2,82 мм2.

Калькулятор зависимости силы тока от напряжения и сопротивления. Ом


Все источники питания рассчитаны на предельную нагрузку (на определенную мощность).

По сути любой источник энергии имеет определенное напряжение на выходе, а так же определенную допустимую силу тока. При превышении максимальной силы тока (мощности) источник питания может сгореть.

Давайте представим, что у нас есть источник питания  с напряжением 12 Вольт и с допустимой силой тока в 1 Ампер.

Если подключим к такому источнику нагрузку в виде сопротивления 24 Ома, через чем будет протекать ток равный ½ максимально допустимого тока — тоесть 0,5 Ампера.

Если параллельно мы подключим еще одно сопротивление 24  Ома сила тока достигнет максимально допустимой в 1 Ампер.


Схема зависимости силы тока от сопротивления нагрузки




Подключив еще одно сопротивление параллельно к источнику питания через цепь будет протекать ток в 1,5 раза больше допустимого.  При такой нагрузке в источнике питания скорее всего сгорит предохранитель, возможно такой источник питания даже сгорит сам в условиях перегрузки.

По сути тоже самое происходит когда вы подключаете низкоомную нагрузку к усилителю. Если вы подключите к усилителю нагрузку (скажем динамик) с сопротивлением меньше, чем заявленная в характеристиках усилителя, он может сгореть. Тоже самое произойдет, если вы подключите несколько динамиков параллельно, тем самым увеличив силу тока а значит и мощность.

Сопротивление нагрузки может служить инструментом регулировки выходной мощности усилителя. Чем меньше сопротивление нагрузки тем больший будет протекать через него, а значит и мощность будет больше. Не забываейте, что нельзя допускать понижения сопротивления ниже заявленных параметров усилителя . Помните что короткое замыкание это 0 Ом! Наверно вы уже догадываетесь почему.


Пример расчета зависимости силы тока от сопротивления проводника или потребителя (нагрузки)


Так как основные примеры электроники мы рассматриваем на примерах автозвука…. Давайте предположим, что у нас есть усилитель мощностью 100 Ватт  (мощность мы разберем более подробно чуть позже) и он рассчитан на минимальное сопротивление 4 Ома.

Это означает, что усилитель может генерировать мощность до 100 Ватт на нагрузку в 4 Ома, и если сопротивление нагрузки будет меньше, вполне вероятно он сгорит.

Для того что бы достичь мощности в 100 Ватт на 5 Ома через цепь нагрузки должен протекать ток в 5 Ампер.

Для того что бы такой ток протекал через нагрузку 4 Ома, необходимо создать разность потенциалов (напряжение) на контактах динамика в 20 Вольт. (то есть при максимальной мощности, напряжение на контактах динамика будет равно 20 Вольт).

Пусть множество этих цифр не сбивает вас с толку, мы ниже более подробно рассмотрим все определения.

Ниже приведен калькулятор который рассчитывает силу тока в зависимости от напряжения и сопротивления.


Калькулятор зависимости силы тока от напряжения и сопротивления.


 




Если вы введете наши исходные данные 20 Вольт и 4 Ома в исходные параметры, вы увидите в результатах калькулятора что через нагрузку будет протекать ток в 5 Ампер. Если вы уменьшите сопротивление до 2 Ом, сила тока увеличится вдвое. Но как мы помним максимальная допустимая сила тока для нашего усилителя 5 Ампер и более низкое сопротивление нагрузки приведет к повышению силы тока, а это может повредить ваш усилитель.

Используйте этот калькулятор для расчета силы тока протекающего через нагрузку.

— Калькулятор наглядно продемонстрирует вам как напряжение приложенное к нагрузке, а так же сопротивление нагрузки, влияет на ток протекающий в цепи

— вы можете отдельно менять  Вольтаж и сопротивление

— обратите внимание, что увеличение силы тока обычно связано с увеличением приложенного напряжения и УМЕНЬШЕНИЕМ сопротивления.

Понижение силы тока связано обычно с понижением напряжения и УВЕЛИЧЕНИЕМ сопротивления.

п.с. Когда вы покупаете динамики для вашей аудиосистемы вы должны знать минимальное сопротивление на которое рассчитан ваш усилитель, что бы получить от него максимальную мощность. Зная параметры усилителя вы можете точно выбрать правильный динамик (как с одной катушкой так и с двумя — помните о параллельном и последовательном соединении).

!!! Помните что Ом это единица выражающая сопротивление нагрузки  протеканию электрического тока.

 

Конспект по теме «Работа и мощность электрического тока»

Работа
и мощность электрического тока

Пусть
напряжение между концами некоторого участка электрической цепи равно U.
Тогда при прохождении по этому участку заряда q
электрическое поле, в соответствии с определением напряжения, совершит работу .
Это работой называют работой тока на данном участке цепи.

Таким
образом, чтобы рассчитать работу электрического тока на каком-либо участке
цепи, надо напряжение
U на этом участке
умножить на прошедший по нему заряд
q:

Если
в течение времени t ток
в участке цепи был постоянным, то по определению силы тока прошедший заряд q
равен произведению силы тока I
на это время:

Таким образом,
для расчета работы постоянного тока на участке цепи за время
t надо
напряжение
U на этом
участке умножить на силу тока
I и на это время:

          В СИ работу
измеряют в джоулях, напряжение – в вольтах, силу тока – в амперах, а время – в
секундах. Поэтому

          Вы уже
знаете, что средняя за время t
мощность P равна отношению работы A,
совершенной за это время, к времени t:

Мощность
P
постоянного тока равна:

          Напомним,
что единица мощности в СИ – ватт:

          Видно,
что выражение, полученное для мощности постоянного тока, не зависит от времени.
Следовательно, если напряжение между концами участка цепи не изменяется, то
мощность постоянного тока на этом участке цепи постоянная.

          Работу
постоянного электрического тока за время t
можно записать в виде произведения мощности на это время: . Поэтому на практике
часто используют единицу киловатт-час (). Именно в этих единицах
измеряют энергию электросчетчики, установленные у потребителей.

 

Примеры решения задач

Задача 1. Какую работу
совершает зарядное устройство мобильного телефона за один час, если напряжение
на его клеммах 6 В, а сила тока 500 мА?

Н:

A

СИ

Решение:

Д:

U = 6 В

I = 500 мА

t = 1 ч

 

=
0,5 А

=
3600 с

Задача 2. Напряжение между полюсами
батареи при подключении к ней лампочки равно 4,5 В. Мощность лампочки 0,001
кВт. Найти силу тока в спирали лампочки.

Н:

I

СИ

Решение:

Д:

U = 4,5 В

P = 0,001 кВт

 

= 1
Вт

 

 

Вопросы

 

1.

Как
рассчитать работу электрического тока на участке цепи, если известны
напряжение между концами и прошедший заряд?

2.

Как
рассчитать работу постоянного тока электрического тока на участке цепи, если известны
напряжение между его концами, сила тока и время его протекания?

3.

Как
рассчитать напряжение между концами участка цепи, зная силу тока и мощность,
выделяющуюся на этом участке?

4.

Какие
единицу работы и мощности вам известны?

 

 

Упражнения

 

1.

К
источнику тока напряжением 220 В подключена лампочка мощностью 60 Вт. Какой
ток протекает через эту лампочку?

2.

Определите
работу тока в проводнике, если напряжение между его концами равно 380 В, а
прошедший через него заряд равен 15 кКл.

3.

Мощность
гидроэлектростанции, вырабатывающей постоянный ток, равна 600 МВт.
Напряжение между проводами линии электропередачи равно 500 кВ. Определите
силу тока в проводах линии.

4.

Электрические
приборы одной квартиры потребляют среднюю мощность 1 кВт ∙ ч в течение 12 в
сутки, а в оставшееся время суток – мощность 0,5 кВт ∙ ч. Оцените работу тока
в этих приборах за один год.

 

4. Расчет электрической мощности | 2. Закон Ома | Часть1

4. Расчет электрической мощности


Расчет электрической мощности


В прошлой статье мы с вами вывели формулу для определения мощности в электрической цепи: умножая напряжение в «вольтах» на силу тока в «амперах», мы получаем мощность в «ваттах». Давайте применим ее к следующей схеме:  


В этой схеме есть две известные нам величины: напряжение батареи составляет 18 вольт, а сопротивление лампы — 3 ома. Используя Закон Ома мы определим третью величину — силу тока:


Теперь, зная силу тока, мы можем умножить ее значение на напряжение и получить мощность:


Это означает что лампа рассеивает 108 ватт энергии в форме сета и тепла.


Давайте в этой же схеме увеличим напряжение батареи и посмотрим что произойдет. Интуиция подсказывает нам, что при увеличении напряжения и неизменном сопротивлении, сила тока в цепи также увеличится. А это значит, что увеличится и мощность:


В этой схеме напряжение батареи изменено и составляет 36 вольт вместо прежних 18. Сопротивление лампы не изменилось, и равно 3 омам. Сила тока теперь будет равна:


Давайте обсудим полученное значение. Если I=U/R, и мы удваиваем значение напряжения (U), оставляя неизменным сопротивление, то по логике вещей сила тока у нас тоже должна удвоиться. Действительно, сила тока в данной схеме имеет значение 12 ампер вместо прежних 6. А сейчас давайте вычислим мощность:



Обратите внимание, что мощность у нас также увеличилась по сравнению  с предыдущим примером, и увеличилась она значительнее, чем увеличилась сила тока. Почему так получилось? Ответ на этот вопрос прост. Мощность является функцией напряжения умноженного на силу тока, а так как обе эти величины удвоились по сравнению с предыдущими значениями, то мощность увеличилась в 2х2 или в 4 раза. Вы можете проверить эту цифру разделив 432 ватта на 108 ватт и увидев, что соотношение между ними равно 4.


Используя математику мы можем преобразовать формулу мощности применительно к тем случаям, когда нам не известно значение напряжения или силы тока:




Историческая справка: первым математическую связь между рассеиваемой мощностью и силой тока через сопротивление открыл не Георг Симон Ом, а Джеймс Прескотт Джоуль. Это открытие, опубликованное в 1841 году и содержащее формулу P=I2R, стало известно как Закон Джоуля. Однако очень часто эти уравнения причисляются к Закону Ома.


Краткий обзор:

Электроэнергия — Learn.sparkfun.com

Избранное

Любимый

50

Расчетная мощность

Электроэнергия — это скорость передачи энергии. Измеряется в джоулях в секунду (Дж/с) — ватт (Вт). Учитывая несколько основных терминов электричества, которые мы знаем, как мы можем рассчитать мощность в цепи? Что ж, у нас есть очень стандартное измерение, включающее потенциальную энергию — вольты (В), которые определяются в джоулях на единицу заряда (кулон) (Дж/Кл).Ток, еще один из наших любимых терминов в области электричества, измеряет ток заряда во времени в амперах (А) — кулонах в секунду (Кл/с). Соединяем вместе и что мы получаем?! Сила!

Чтобы рассчитать мощность любого конкретного компонента в цепи, умножьте падение напряжения на нем на ток, протекающий через него.

Например,

Ниже приведена простая (хотя и не очень функциональная) схема: батарея 9 В, подключенная к 10-омному проводу. резистор.

Как рассчитать мощность на резисторе? Сначала мы должны найти ток, протекающий через него. Достаточно просто… Закон Ома!

Хорошо, 900 мА (0,9 А) проходит через резистор и 9 В через него. Какая мощность подается на резистор?

Резистор преобразует электрическую энергию в тепло. Таким образом, эта схема каждую секунду преобразует 8,1 Дж электрической энергии в тепло.

Расчет мощности в резистивных цепях

Когда дело доходит до расчета мощности в чисто резистивной цепи, достаточно знать два из трех значений (напряжение, ток и/или сопротивление).

Подключив закон Ома (V=IR или I=V/R) к нашему традиционному уравнению мощности, мы можем создать два новых уравнения. Первый, чисто по напряжению и сопротивлению:

Итак, в нашем предыдущем примере 9В 2 /10Ом; (V 2 /R) составляет 8,1 Вт, и нам не нужно рассчитывать ток, протекающий через резистор.

Второе уравнение мощности можно составить только через ток и сопротивление:


Какое нам дело до мощности, падающей на резистор? Или любой другой компонент в этом отношении.Помните, что мощность – это передача энергии из одного вида в другой. Когда эта электрическая энергия, вытекающая из источника питания, попадает на резистор, энергия превращается в тепло. Возможно, больше тепла, чем может выдержать резистор. Что приводит нас к… номинальной мощности.


19.4 Электроэнергия | Texas Gateway

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете делать следующее:

  • Дать определение электрической мощности и описать уравнение электрической мощности
  • Расчет электрической мощности в цепях резисторов при последовательном, параллельном и комплексном расположении
Основные термины раздела
электроэнергия

Энергия у многих ассоциируется с электричеством. Каждый день мы используем электроэнергию для работы наших современных приборов. Линии электропередачи являются наглядными примерами электроснабжения. Мы также используем электроэнергию, чтобы заводить автомобили, компьютеры или освещать дома. Мощность — это скорость передачи энергии любого типа; электрическая мощность – это скорость, с которой электрическая энергия передается в цепи. В этом разделе мы узнаем не только, что это значит, но и какие факторы определяют электрическую мощность.

Для начала давайте подумаем об лампочках, которые часто характеризуются номинальной мощностью в ваттах.Сравним лампочку мощностью 25 Вт с лампочкой мощностью 60 Вт (см. рис. 19.23). Хотя оба работают при одинаковом напряжении, лампа мощностью 60 Вт излучает больше света, чем лампа мощностью 25 Вт. Это говорит нам о том, что выходная мощность электрической цепи определяется не напряжением, а чем-то иным.

Лампы накаливания, такие как две, показанные на рис. 19.23, по существу представляют собой резисторы, которые нагреваются, когда через них проходит ток, и нагреваются настолько, что излучают видимый и невидимый свет. Таким образом, две лампочки на фотографии можно рассматривать как два разных резистора.В простой цепи, такой как лампочка с приложенным к ней напряжением, сопротивление определяет ток по закону Ома, поэтому мы можем видеть, что ток, как и напряжение, должен определять мощность.

Рис. 19.23 Слева — лампочка мощностью 25 Вт, справа — лампочка мощностью 60 Вт. Почему их выходная мощность различна, несмотря на то, что они работают на одном и том же напряжении?

Формулу мощности можно найти с помощью размерного анализа. Рассмотрим единицы мощности. В системе СИ мощность выражается в ваттах (Вт), что соответствует энергии в единицу времени, или Дж/с.

Мы можем переписать это уравнение как J=V×CJ=V×C и подставить его в уравнение для ватт, чтобы получить

W=Js=V×Cs=V×Cs.W=Js=V×Cs=V×Cs.

Но кулон в секунду (Кл/с) — это электрический ток, который мы можем видеть из определения электрического тока, I=ΔQΔtI=ΔQΔt, где ΔΔ Q — заряд в кулонах, а ΔΔ t — время в секундах. Таким образом, приведенное выше уравнение говорит нам, что электрическая мощность равна напряжению, умноженному на ток, или

. Это уравнение дает электрическую мощность, потребляемую цепью с падением напряжения В и током I .

Например, рассмотрим схему на рисунке 19.24. По закону Ома ток, протекающий через цепь, равен

·19,49I=VR=12 V100 Ω=0,12 AI=VR=12 V100 Ω=0,12 A,

Таким образом, мощность, потребляемая цепью, равна

·19,50P=VI =(12 В)(0,12 А)=1,4 WP=VI=(12 В)(0,12 А)=1,4 Вт

Куда уходит эта мощность? В этой схеме мощность идет в основном на нагрев резистора в этой цепи.

Рис. 19.24 Простая схема, потребляющая электроэнергию.

При расчете мощности в цепи на рис. 19.24 мы использовали сопротивление и закон Ома для определения силы тока.Закон Ома дает ток: I=V/RI=V/R, который мы можем подставить в уравнение для электрической мощности, чтобы получить

P=IV=(VR)V=V2R.P=IV=(VR)V=V2R.

Это дает мощность с точки зрения только напряжения и сопротивления.

Мы также можем использовать закон Ома, чтобы исключить напряжение из уравнения для электрической мощности и получить выражение для мощности только через ток и сопротивление. Если мы запишем закон Ома как V=IRV=IR
и используем это, чтобы исключить V в уравнении P=IVP=IV, мы получаем

Р=IV=I(IR)=I2R.Р=IV=I(IR)=I2R.

Это дает мощность с точки зрения только тока и сопротивления.

Таким образом, комбинируя закон Ома с уравнением P=IVP=IV для электрической мощности, мы получаем еще два выражения для мощности: одно через напряжение и сопротивление, а другое через ток и сопротивление. Обратите внимание, что в выражения для электрической мощности входят только сопротивление (а не емкость или что-то еще), ток и напряжение. Это означает, что физической характеристикой цепи, которая определяет, сколько мощности она рассеивает, является ее сопротивление.Любые конденсаторы в цепи не рассеивают электроэнергию — напротив, конденсаторы либо накапливают электроэнергию, либо отдают ее обратно в цепь.

Чтобы понять, как связаны между собой напряжение, сопротивление, ток и мощность, рассмотрите рис. 19.25, на котором показано колесо формул . Величины в центральной четверти окружности равны количествам в соответствующей внешней четверти окружности. Например, чтобы выразить потенциал V через мощность и ток, мы видим из круга формул, что V=P/IV=P/I.

Рис. 19.25 Колесо формул показывает, как соотносятся вольты, сопротивление, ток и мощность. Количества во внутренних четвертях кругов равны количествам в соответствующих внешних четвертях кругов.

Рабочий пример

Найти сопротивление лампочки

Типичная старая лампочка накаливания имела мощность 60 Вт. Если предположить, что на лампочку подается напряжение 120 В, какова сила тока через лампочку?

СТРАТЕГИЯ

Нам известны напряжение и выходная мощность простой цепи, содержащей лампочку, поэтому мы можем использовать уравнение P=IVP=IV, чтобы найти ток I , протекающий через лампочку.

Решение

Решение P=IVP=IV для тока и вставка заданных значений напряжения и мощности дает

19,51P=IVI=PV=60 W120 V=0,50 A.P=IVI=PV=60 W120 V=0,50 A.

Таким образом, через лампочку проходит полампера, когда на нее подается напряжение 120 В.

Обсуждение

Это значительный ток. Напомним, что бытовая электроэнергия является переменным, а не постоянным током, поэтому 120 В, подаваемые из бытовых розеток, представляют собой переменную, а не постоянную мощность. 120 В — это фактически усредненная по времени мощность, выдаваемая такими розетками.Таким образом, средний ток, проходящий через лампочку за период времени, превышающий несколько секунд, составляет 0,50 А.

Рабочий пример

Грелки для ботинок

Чтобы согреть ботинки в холодные дни, вы решили вшить в стельку своих ботинок схему с резисторами. Вам нужно 10 Вт тепла от резисторов в каждой стельке, и вы хотите питать их от двух 9-вольтовых батарей (соединенных последовательно). Какое общее сопротивление вы должны оказывать на каждую стельку?

СТРАТЕГИЯ

Мы знаем желаемую мощность и напряжение (18 В, потому что у нас есть две 9-вольтовые батареи, соединенные последовательно), поэтому мы можем использовать уравнение P=V2/RP=V2/R, чтобы найти необходимое сопротивление.

Решение

Решая P=V2/RP=V2/R для сопротивления и подставляя данные напряжения и мощности, мы получаем

19,52P=V2RR=V2P=(18 В)210 Вт=32 Ом.P=V2RR=V2P=(18 В)210 Вт=32 Ом.

Таким образом, общее сопротивление в каждой стельке должно быть 32 Ом.Ом.

Обсуждение

Посмотрим, какой ток будет проходить по этой цепи. У нас есть 18 В, приложенные к сопротивлению 32 Ом, поэтому закон Ома дает

19,53I=VR=18 V32 Ω=0,56 A.I=VR=18 V32 Ω=0,56 A.

Все аккумуляторы имеют этикетки, на которых указано, сколько заряда они могут обеспечить (в пересчете на ток, умноженный на время).Типичная щелочная батарея 9 В может обеспечить заряд 565 мА⋅чмА⋅ч.
(таким образом, две батареи 9 В обеспечивают 1130 мА⋅чмА⋅ч), поэтому эта система обогрева будет работать в течение времени

19,54t=1130×10−3 A⋅h0,56 A=2,0 h.t=1130×10−3 A⋅h0,56 A=2,0 h.

Рабочий пример

Питание через ответвление цепи

Сопротивление каждого резистора в схеме ниже составляет 30 Ом. Какая мощность рассеивается на средней ветви цепи?

СТРАТЕГИЯ

Средняя ветвь цепи содержит последовательно соединенные резисторы R3 и R5R3 и R5.Напряжение на этой ветви равно 12 В. Сначала мы найдем эквивалентное сопротивление в этой ветви, а затем, используя P=V2/RP=V2/R, найдем мощность, рассеиваемую в ветви.

Решение

Эквивалентное сопротивление равно Rmiddle=R3+R5=30 Ом+30 Ом=60 ΩRmiddle=R3+R5=30 Ом+30 Ом=60 Ом. Мощность, рассеиваемая средней ветвью цепи, равна

.
19,55Pсреднее=V2Rсреднее=(12 В)260 Ом=2,4 Вт.Pсреднее=V2Rсреднее=(12 В)260 Ом=2,4 Вт.

Обсуждение

Давайте посмотрим, сохраняется ли энергия в этой цепи, сравнив мощность, рассеиваемую в цепи, с мощностью, выдаваемой батареей. Во-первых, эквивалентное сопротивление левой ветви равно

Ом.
19,56Rлевый=11/R1+1/R2+R4=11/30 Ом+1/30 Ом+30 Ом=45 Ом.Rлевый=11/R1+1/R2+R4=11/30 Ом+1/30 Ом +30 Ом=45 Ом.

Мощность через левую ветвь

19,57Pleft=V2Rleft=(12 В)245 Ом=3,2 Вт.Pleft=V2Rleft=(12 В)245 Ом=3,2 Вт.

Правая ветвь содержит только R6R6, поэтому эквивалентное сопротивление равно Rright=R6=30 ΩRright=R6=30 Ω. Мощность через правую ветвь

19,58Pright=V2Rright=(12 В)230 Ω=4,8 Вт.Pright=V2Rright=(12 В)230 Ω=4,8 Вт.

Общая мощность, рассеиваемая цепью, представляет собой сумму мощностей, рассеиваемых в каждой ветви.

19,59P=Pлевый+Pсредний+Правый=2,4 W+3,2 W+4,8 W=10,4 WP=Pлевый+Pсредний+Pправый=2,4 W+3,2 W+4,8 W=10,4 W

Мощность, обеспечиваемая аккумулятором, составляет

.

, где I — общий ток, протекающий через батарею. Поэтому мы должны сложить токи, проходящие через каждую ветвь, чтобы получить I . Отводы вносят токи

19,61Iлевый=VRлевый=12 V45 Ом=0. 2667 AImiddle=VRmiddle=12 V60 Ω=0,20 AIright=VRright=12 V30 Ω=0,40 A.Ileft=VRleft=12 V45 Ω=0,2667 AImiddle=VRmiddle=12 V60 Ω=0,20 AIright=VRright=12 V60 Ω=0,20 AIright=VRright=12 V60 Ω=0,20 AIright=VRright=12

Суммарный ток

19,62I=Iлевый+средний+Iправый=0,2667 A+0,20 A+0,40 A=0,87 A.I=Iлевый+средний+Iправый=0,2667 A+0,20 A+0,40 A=0,87 A.

, а мощность, обеспечиваемая батареей, составляет

.
19,63P=IV=(0,87 A)(12 V)=10,4 W.P=IV=(0,87 A)(12 V)=10,4 W.

Это та же самая мощность, которая рассеивается на резисторах цепи, что показывает, что в этой цепи сохраняется энергия.

Определение полной/минимальной нагрузки источника питания

Советы по устранению неполадок от нашей технической группы

Мы в Jameco получаем множество звонков и электронных писем от клиентов, которые просят дать советы по устранению неполадок, а также советы о том, как максимально повысить производительность своих продуктов. В этой статье приведены советы по устранению некоторых наиболее распространенных вопросов, которые мы получаем. Если вы хотите, чтобы мы решили техническую проблему или предложили решение, которое вы считаете достойным, отправьте сообщение по адресу: [email protected].


Вопрос: В описании моего блока питания упоминается что-то о приложении полной нагрузки и минимальной нагрузки. Что такое полная загрузка, минимальная загрузка и как узнать, сколько она составляет?

Каждый блок питания предназначен для работы в определенном диапазоне условий, и у каждого есть максимальные рабочие условия, в которых блок питания не должен превышаться.

Полная нагрузка источника питания относится к максимальным рабочим характеристикам источника питания. Если он подает номинальный ток (такой же, как максимальный ток) при номинальном напряжении, то подключенная нагрузка является полной нагрузкой.Для полной нагрузки нет установленного значения, поскольку каждый источник питания имеет разные характеристики.

Более важным значением, которое должно беспокоить многих людей, является требование минимальной нагрузки . Это значение необходимо для правильной работы многих импульсных источников питания, а также многих нерегулируемых источников питания.

Когда не применяется надлежащая минимальная нагрузка, источник питания обычно мерцает и, кажется, быстро включается и выключается. Если оставить выход без нагрузки, это произойдет.Это связано с тем, что для большинства импульсных и нерегулируемых источников питания необходимо стабилизировать выходы.

Используя закон Ома: V = IR, вы можете рассчитать минимальную нагрузку, если знаете номинальные значения напряжения и минимального тока.

I = ток в амперах (А)
V = напряжение в вольтах (В)
R = сопротивление в омах (Ом)

Манипулирование этой формулой дает резистивную нагрузку R = V/I. Отсюда просто подставьте значения для V и I, и это будет минимальное значение сопротивления нагрузки.Важно: Учитывайте номинальную мощность вашего блока питания. Она должна соответствовать номинальной мощности минимальной резистивной нагрузки. Хорошим практическим правилом является использование нагрузки с номинальной мощностью как минимум в 1,5 раза превышающей номинальную мощность источника питания.

Для импульсных и нерегулируемых источников питания :
1) Найдите номинальные значения напряжения и минимального тока для каждого выхода.
2) Используйте закон Ома: R = V/I для расчета каждой выходной нагрузки.

Пример: У вас есть блок питания переменного/постоянного тока с тремя выходами , который имеет следующие характеристики:

+5 Вольт при 0.6 А (канал 1)
+12 В при 0,2 А (канал 2)
-12 В при 0,1 А (канал 3)

Используя закон Ома, вычисляем минимальную резистивную нагрузку для каждого канала:
Канал 1: R = V/I = 5 В/0,6 А = 8,3 Ом
Канал 2: R = V/I = 12 В/0,2 А = 60 Ом
Канал 3: R = V/I = 12 В/0,1 А = 120 Ом

Обратите внимание, что канал 3 рассчитан на -12 В, но в наших расчетах оно не учитывается как отрицательное значение. Мы не можем применять отрицательную резистивную нагрузку.
Опять же, номинальная мощность нагрузок должна быть не менее 1.в 5 раз больше номинальной мощности источника питания. Используйте формулу для мощности: мощность = напряжение x ток, или P = VI.

Если вы пытаетесь рассчитать минимальную нагрузку и вам известны только номинальные мощность и напряжение вашего источника питания, вы можете использовать формулу P = V 2 /R, которая может стать R = V 2 /П.

Если по какой-либо причине у вас есть только номинальные значения тока и мощности вашего источника питания, вы можете использовать P = I 2 R, который можно изменить на R = P/I 2 .

Как видите, рассчитать минимальную требуемую нагрузку вашего блока питания очень просто. Просто просмотрите несколько номиналов в техническом описании, и вы сможете быстро применить нагрузку нужного размера.

Примечание: Помните, что нельзя применять нагрузку выше полной нагрузки в течение достаточного периода времени, поскольку это может привести к повреждению или перегреву блока питания.

Для получения дополнительной информации об источниках питания и аксессуарах посетите информационный центр Jameco Power.

Как рассчитать максимальный входной ток переменного тока

Как рассчитать максимальный входной ток переменного тока.
Ан-21

Знание максимального входного тока источника питания может быть полезным при выборе требований к электроснабжению, выборе автоматического выключателя, входного кабеля переменного тока и выборе разъема и даже при выборе изолирующего трансформатора для плавающих устройств. Рассчитать максимальный входной ток довольно легко, зная несколько основных параметров и простую математику.

Номинальная мощность высоковольтного блока питания
Все блоки питания Spellman имеют заявленную максимальную номинальную мощность в ваттах. Это первый параметр, который нам понадобится, и его можно получить из технического описания продукта. Большинство блоков питания Spellman имеют максимальную номинальную мощность прямо в номере модели. Как и в этом примере, SL30P300/115 представляет собой блок 30 кВ с положительной полярностью, который может обеспечить максимальную мощность 300 Вт; работает от входной линии 115 В переменного тока.

Эффективность источника питания
Эффективность источника питания представляет собой отношение входной мощности к выходной мощности.Эффективность обычно указывается в процентах или десятичной дроби меньше 1, например, 80% или 0,8. Чтобы вычислить входную мощность, мы берем заявленную максимальную выходную мощность и делим на КПД:

300 Вт / 0,8 = 375 Вт

Коэффициент мощности
Коэффициент мощности — это отношение реальной мощности к используемой кажущейся мощности. Обычно это выражается в виде десятичного числа меньше 1. Реальная мощность выражается в ваттах, а полная мощность выражается в ВА (вольт-амперах). Однофазные импульсные источники питания без коррекции обычно имеют довольно низкий коэффициент мощности, например 0. 65. Трехфазные некорректированные импульсные источники питания имеют более высокий коэффициент мощности, например 0,85. Блоки с активной схемой коррекции коэффициента мощности могут иметь очень хороший коэффициент мощности, например 0,98. В приведенном выше примере источником питания является нескорректированное устройство, питающееся от однофазной линии, поэтому:

375 Вт / 0,65 = 577 ВА

Напряжение входной линии
Нам необходимо знать входное напряжение переменного тока, от которого рассчитано питание устройства. . В приведенном выше примере входное напряжение переменного тока составляет 115 В переменного тока. Это номинальное напряжение, в действительности входное напряжение составляет ±10%.Нам нужно вычесть 10%, чтобы учесть наихудший случай, низкое состояние линии:

115 В переменного тока – 10% = 103,5 В переменного тока

Максимальный входной ток переменного тока
Если мы возьмем 577 ВА и разделим его на 103,5 В переменного тока, мы получим:

577 ВА / 103,5 В перем. тока = 5,57 ампер

Если наше входное напряжение переменного тока однофазное, то у нас есть ответ: 5,57 ампер.

Трехфазное входное напряжение
Агрегаты с трехфазным входным напряжением питаются от трех фаз, поэтому они имеют более высокий коэффициент мощности, чем однофазные блоки.Также из-за наличия трех фаз, питающих агрегат, фазные токи будут меньше. Чтобы получить входной ток на фазу, мы разделим наш расчет входного тока на √3 (1,73).

Давайте рассчитаем этот пример: STR10N6/208. Из техпаспорта STR узнаем максимальную мощность 6000 Вт, КПД 90% и коэффициент мощности 0,85. Несмотря на то, что STR рассчитан на работу при напряжении до 180 В переменного тока, в этом примере он будет питаться от 208 В переменного тока, 3 фазы. Максимальный входной ток на фазу получаем следующим образом:

Эффективность источника питания
6000 Вт/.9 = 6666 Вт

Коэффициент мощности
6666 Вт / 0,85 = 7843 ВА

Входное линейное напряжение
208 В перем. тока – 10% = 187 В перем.

Поправка для трехфазного входа
41,94 А / √3 (1,73) = 24,21 А на фазу

Итак, у нас есть два уравнения, одно для однофазных входов и одно для трехфазных входов:

Уравнение максимального входного тока для одной фазы
Входной ток = Максимальная мощность/(КПД)(Коэффициент мощности)(Минимальное входное напряжение)

Уравнение трехфазного максимального входного тока
Входной ток = Максимальная мощность/(КПД)(Коэффициент мощности)(Минимальное входное напряжение)( √3)

Эти расчеты входного тока предназначены для наихудшего случая: при условии, что устройство работает на максимальной мощности, работает при низком уровне мощности и принимает во внимание КПД и коэффициент мощности.

Нажмите здесь, чтобы загрузить PDF-файл.

Как оценить потребность в электроэнергии

Когда вы ежемесячно получаете счет за электроэнергию, вы можете не понимать, как именно рассчитывается общая сумма. Каждое устройство или прибор в вашем домашнем хозяйстве вносит свой вклад в общую сумму счета. Чтобы выяснить, какие электроприборы и устройства потребляют больше всего энергии, можно оценить общие требования к мощности для каждого устройства. Эта оценка также полезна для оценки требований к мощности для альтернативной или резервной системы электропитания.

Оценка потребности в энергии и затрат на питание электронного устройства или прибора очень проста. На задней панели каждого устройства есть этикетка, на которой указана потребляемая им мощность. Это число, которое вам понадобится, чтобы выяснить ваше потребление энергии и потребности. Наряду с ваттами вам нужно будет оценить количество часов ежедневного использования этого устройства или прибора. Если вы предпочитаете не проверять все свои устройства вручную, вы можете приобрести устройство, которое поможет вам оценить энергопотребление.Эти устройства варьируются от простых устройств для измерения мощности до сложных решений для домашнего мониторинга. В этом посте мы предполагаем, что у вас нет доступа к сложному решению для домашнего мониторинга. Если вы новичок в чтении этикеток энергопотребления на задней панели ваших приборов и устройств, просмотрите следующие несколько справочных разделов, чтобы вы могли понять основы электрики и терминологию.

Фон: основы электротехники

Чтобы понять электрические термины, перечисленные на этикетках приборов или устройств, необходимо понять несколько электрических терминов.Основными терминами являются напряжение, ток и сопротивление:

Напряжение (Вольт): Разность потенциальной энергии (заряда) между двумя точками цепи. Одна точка имеет больше энергии, чем другая точка, и разница между точками называется напряжением. Напряжение измеряется в вольтах.
Ток (Ампер): Поток электронов (заряд) между двумя точками цепи. Ток измеряется в амперах.
Сопротивление (Ом): Сопротивление — это электрическое сопротивление (трудность) между двумя точками проводника. Сопротивление измеряется в омах.

Напряжение, ток и сопротивление связаны уравнением, называемым законом Ома, которое составляет:

В = I x R

где V — вольт, I — ток, R — сопротивление. При описании напряжения, силы тока и сопротивления часто используется аналогия «вода, текущая по трубе». Ток аналогичен потоку воды, а напряжение – давлению в трубе. Когда напряжение (давление) выше, будет течь более сильный ток.На рисунке 1 показана аналогия с водой: (а) давление (напряжение) без тока и (б) давление (напряжение) и ток.

Рис. 1. Механическая иллюстрация напряжения и тока.

Электричество также может быть выражено в единицах мощности, называемых ватт . Ватт — это единица электрической мощности, представленная одним ампером тока в цепи с разностью потенциалов 1 вольт. Мощность связана с напряжением и током посредством следующего уравнения:

P = I x V

где P — мощность, I — ток, V — вольт. Мощность (электрическая энергия) измеряется в ваттах или киловаттах. Его также можно измерить во времени. Например, лампочка мощностью 60 Вт потребляет 60 Вт в определенный момент времени. Киловатт-час (кВтч) — это электрическая энергия, равная мощности, отдаваемой одним киловаттом в течение одного часа.

Общие сведения: напряжение переменного и постоянного тока

Электрические концепции, которые мы описали до сих пор, являются примерами постоянного тока (DC) . Постоянный ток (DC) — это электрический ток, который течет линейно в постоянном направлении.Существует также другой тип тока, называемый переменным током (AC) , который отличается от постоянного тока тем, что меняет направление. Рисунок 2 иллюстрирует разницу между этими двумя концепциями. Как показано, постоянное напряжение постоянно во времени. Напряжение переменного тока имеет синусоидальную форму, что означает, что оно меняется со временем.

Рис. 2. Визуальная разница между напряжением постоянного и переменного тока.

Мы можем использовать предыдущую аналогию с водой для описания переменного тока; вместо того, чтобы вода текла прямо по трубе, вода в трубе перемещается вперед и назад с помощью кривошипа, соединенного с поршнем.На рис. 3 показана иллюстрация этой концепции. Выплескивание жидкости может быть очень быстрым, 50 или 60 циклов в секунду (50 или 60 Гц). Устройства, питающиеся от топливных элементов или аккумуляторов , используют питание постоянного тока; однако устройства, которые подключаются к стене в наших домах, используют питание переменного тока.

Рисунок 3. Переменный ток Аналогия давления (напряжения) и тока.

Проверка требуемой энергии

Для оценки энергопотребления в вашем домашнем хозяйстве могут помочь следующие источники:

• Счета за электричество
• Рейтинг оборудования
• Ожидаемые профили нагрузки

Глядя на свой счет за электричество, вы можете увидеть, как ваши ватты меняются от месяца к месяцу в течение года. Ваше потребление энергии носит сезонный характер и зависит от того, где вы живете. Например, если вы живете в холодном климате, ваши зимние счета могут быть намного выше, чем летние, из-за необходимости обогрева зимой. В жарком климате ваш летний счет может быть намного выше, чем ваш зимний счет из-за работы кондиционера в течение всего лета.

Каждый прибор или электронное устройство имеет паспортную табличку с указанием напряжения, силы тока, частоты и мощности. Обычно они расположены на задней панели устройства.Эти номиналы представляют собой максимальную мощность, которая может быть подана; следовательно, паспортная табличка теоретически соответствует 100-процентному использованию. Многие устройства не работают со 100-процентной загрузкой; поэтому использование паспортных данных может привести к завышенным требованиям к мощности. Пример заводской таблички показан на рис. 4.

Рис. 4. Паспортные таблички электронных устройств.

Хотя энергопотребление можно рассчитать на основе ваших счетов за электроэнергию и паспортных табличек устройств, фактические измерения предоставят более точные данные. Фактические измерения нагрузки можно получить с помощью счетчиков ватт-часов. Эти фактические измерения нагрузки часто используются для проектирования PV , топливных элементов и систем резервного питания от батарей. Фактическая нагрузка необходима для определения размера и стоимости системы альтернативной энергетики . Часто проектировщики систем рекомендуют клиентам изменить свои методы энергопотребления, чтобы свести к минимуму потребление энергии, чтобы фотоэлектрическая система могла быть спроектирована с учетом этих требований, вместо установки более крупной системы для компенсации пикового использования.

Расчет энергопотребления

Общее количество энергии, используемой вашим домохозяйством, можно рассчитать, выполнив шесть простых шагов:

1. Укажите количество ватт для каждого прибора или электронного устройства (это называется «нагрузкой» для каждого устройства). Должны быть идентифицированы все существующие и планируемые электрические нагрузки.
2. Оценить среднее ежедневное использование (количество часов ежедневной работы прибора или электронного устройства)
3. Умножьте мощность устройства на количество часов, в течение которых вы его используете (это даст вам определенное количество «ватт-часов»). Например, если вы используете 120-ваттный телевизор два часа в день. Вы можете умножить мощность на количество часов, используемых в день, чтобы получить 240 ватт-часов в день.
4. В вашем счете за электроэнергию электричество указано в киловатт-часах. Чтобы сравнить потребление энергии в киловатт-часах, нам нужно будет перевести ватт-часы в киловатт-часы. Поскольку 1 киловатт равен 1000 Вт, разделите на 1000, чтобы перевести ватт-часы (Втч) в киловатт-часы (кВтч):

240 Втч / 1000 = 0.24 кВтч

5. Чтобы сравнить эти цифры с вашим счетом за электроэнергию, нам нужно преобразовать это число в количество часов, которые прибор или устройство использует в месяц. Например, 0,24 кВтч х 30 дней = 7,2 кВтч в месяц.
6. Чтобы рассчитать расходы на электроэнергию и сравнить их со своим счетом за электроэнергию, посмотрите на свой счет за электроэнергию, чтобы определить, сколько вы платите за кВтч. Если в вашем счете указано, что вы платите 0,12 доллара за киловатт-час, стоимость можно рассчитать следующим образом: 7.2 кВтч в месяц x 0,12 доллара США за кВтч = 0,86 доллара США в месяц.

Вы можете упорядочить эти числа, как показано в Таблице 1 ниже.

Электрическая нагрузка Мощность (Вт) Среднее ежедневное использование (ч) Средняя дневная энергия (ватт-часы) Средняя дневная энергия (киловатт-часы) Среднемесячная энергия (киловатт-часы) Стоимость в месяц ($)
Телевидение 120 2 240 0. 24 7.2 0,86

Таблица 1. Таблица для расчета средней дневной энергии.

Заполнив Таблицу 1, вы можете получить точную оценку количества энергии, которое вы используете каждый месяц, и связанных с этим затрат. Чтобы определить размер системы накопления энергии, вы также захотите посмотреть на требуемую пиковую мощность (максимальное количество энергии, которое может потребоваться в день) и продолжительность средней мощности (наибольшая продолжительность времени, в течение которого средняя мощность потребляется). нужный).Среднее энергопотребление определяет общее потребление энергии за день.

Заключение

В этом посте мы рассмотрели основные электрические термины, такие как напряжение, ток, сопротивление, мощность, постоянный ток (DC) и переменный ток (AC). Затем мы использовали эти концепции для расчета потребности в энергии для прибора или устройства. Эти потребности в энергии можно использовать для оценки общего энергопотребления и связанных с этим затрат на эту энергетическую нагрузку. Расчет этих требований может помочь вам сократить счета за электроэнергию и помочь вам определить размер фотоэлектрической системы, резервного аккумулятора или другой системы альтернативной энергии.

Автор:
Доктор Коллин Шпигель

Доктор Коллин Шпигель — консультант по математическому моделированию и техническому письму (президент SEMSCIO) и профессор, имеющий докторскую степень. и степень магистра инженерных наук. Она имеет семнадцатилетний опыт работы в области инженерии, статистики, науки о данных, исследований и написания технических текстов для многих компаний в качестве консультанта, сотрудника и независимого владельца бизнеса. Она является автором книг « Проектирование и создание топливных элементов » (McGraw-Hill, 2007 г.) и «Моделирование и моделирование топливных элементов PEM с использованием MATLAB» (Elsevier Science, 2008 г.).Ранее она владела компанией Clean Fuel Cell Energy, LLC, организацией по производству топливных элементов, которая обслуживала ученых, инженеров и профессоров по всему миру.

Узнайте рассеиваемую мощность | Блоги

Туомас Хейккила

|&nbsp Создано: 30 июля 2020 г.

Понимание рассеиваемой мощности отдельного компонента, электрического блока или даже всей электронной системы имеет важное значение для инженеров-электронщиков.Важно не только избежать превышения максимальных пределов компонентов, но и рассчитать неизвестные параметры на входе или выходе, поскольку рассеиваемая мощность связана с напряжением и током системы. В этой статье я описываю свои методы анализа рассеиваемой мощности в электронных устройствах.

Самое простое

Сначала я расскажу об основах рассеивания мощности, на которых основаны все мои методы анализа. Первое правило, касающееся мощности, таково: входная мощность системы всегда больше выходной мощности, и никогда не может быть наоборот, т.е.е. В компонентах всегда есть некоторая потеря мощности (Ploss), и это рассеиваемая мощность. В этом случае рассеиваемая мощность равна Pin – Pout.

Основной поток рассеиваемой мощности представлен на рисунке 1. Если мы вводим мощность в систему, часть этой мощности теряется внутри системы на нагрев, и выходная мощность уменьшается. Таким образом, выходная мощность должна быть меньше входной мощности.

Рисунок 1. Системный график рассеяния мощности

Большая часть потерь мощности в конечном итоге превращается в тепло внутри компонента; обычно считается, что это рассеивание мощности.В случае активных компонентов часть всей мощности может передаваться в другие формы энергии, что обычно считается потребляемой мощностью. Например, в светодиодах мощность состоит из излучаемого света (потребляемая мощность) и тепла (рассеиваемая мощность). Таким образом, рассеиваемая мощность — это тепло, а потребляемая мощность — это мощность, которую мы хотели получить от системы. При анализе рассеяния мощности мы не анализируем передачу мощности, например, от электричества к свету, а только то, насколько система или компонент рассеивают мощность.

Второе правило – отношение электрической мощности к напряжению и току. Как известно, это добавленное напряжение, умноженное на потребляемый системой ток, т.е. P = UI. Связь между напряжением и током представляет собой сопротивление или импеданс, что соответствует известному закону Ома U = RI или U = ZI. С помощью этих двух уравнений и их комбинаций мы делаем все следующие расчеты рассеиваемой мощности. Полезно помнить, что эти законы действуют всегда. Мы имеем точно такую ​​же электрическую мощность, если добавленное напряжение составляет 5 В, а ток составляет 1 А через резистор 5 Ом, или добавленное напряжение составляет 1 В, но потребляемый ток составляет 5 А через 0.резистор 2Ом. В обоих случаях рассеиваемая мощность составляет 5 Вт, независимо от того, рассчитываем ли мы ее по напряжению и току или по току и сопротивлению. В текущих расчетах мы получаем P = RI², где P = 5 Ом * 1 A² = 5 Вт или P = 0,2 Ом * 5 A² = 5 Вт.

Третьим важным параметром при анализе рассеиваемой мощности является КПД, ƞ. Эффективность показывает, насколько хорошо энергия передается от входа к выходу.

Поскольку выходная мощность всегда меньше входной мощности, КПД всегда меньше 1.Спецификации многих «силовых» компонентов указывают эффективность, и с помощью этого числа мы можем оценить количество энергии, передаваемой от входа к выходу, и, таким образом, рассчитать уровни напряжения и тока. Четвертый важный момент, который нужно знать, это то, что меняется в системе; это напряжение, ток или и то, и другое? Как правило, пассивные компоненты и светодиоды представляют собой «системы», в которых напряжение меняется от входа к выходу, а ток остается прежним. В активных системах могут изменяться либо ток, либо напряжение, либо и то, и другое. Например, импульсные преобразователи обычно имеют разные входные напряжения и токи по сравнению с выходными.

Средняя или пиковая рассеиваемая мощность?

Часто рассеиваемая мощность непостоянна, а периодически меняется во времени. В этих ситуациях мы по-прежнему используем те же принципы для анализа рассеиваемой мощности, но мы должны понимать, что нужно рассчитывать. Если мы нарисуем рассеиваемую мощность как функцию времени для средней и пиковой рассеиваемой мощности, мы получим что-то похожее на то, что представлено на рисунке 2.Средняя рассеиваемая мощность постоянна во времени, но при переменной рассеиваемой мощности мы видим пики мощности на графике. Рассеиваемая мощность представляет собой временной интеграл периода [1], [2], а для случаев, показанных на рис. 2, рассеиваемая мощность равна T = t3.

На практике интеграл вычисляет площадь, ограниченную кривыми мощности. На Рисунке 2 рассеиваемая переменная мощность обозначена как A2, а постоянная рассеиваемая мощность — как A1. Если обе рассеиваемые мощности измеряются одним и тем же устройством, интегральный расчет дает одинаковый результат для обоих случаев, так что площадь A2 равна площади A1.

Рисунок 2. Средняя и пиковая рассеиваемая мощность в зависимости от времени.

При анализе рассеиваемой мощности нам необходимо понимать, как учитывать рассеиваемую переменную мощность в наших расчетах. Усреднение суммирует всю мощность, рассеянную за период, и равномерно распределяет ее в течение этого периода. Пиковое рассеивание мощности – это максимальное рассеивание мощности в конкретный момент, т.е. максимум p(t) в уравнении (1) [1]. Средняя рассеиваемая мощность включает пиковую рассеиваемую мощность, а также моменты, когда рассеиваемая мощность меньше или равна нулю.Таким образом, средняя рассеиваемая мощность полезна, когда нас интересует мощность, которая нагревает компонент. Пиковое рассеивание мощности полезно, когда мы используем его для анализа пиков тока и напряжения. Согласно ссылке [3], некоторые мультиметры измеряют в режиме переменного тока среднеквадратичное значение (RMS) сигнала, и это значение имеет прямое отношение к средней рассеиваемой мощности. Ссылки [1] & [2] показывают, как средняя рассеиваемая мощность коррелирует с измеренными среднеквадратичными значениями сигналов переменного тока, и это отношение составляет:

  • Pᴬⱽᴱ = Iᴿᴹˢ * Uᴿᴹˢ

Если мы вычисляем среднюю рассеиваемую мощность, мы можем проверить расчеты, просто измерив переменные токи и напряжения, используя настройки переменного тока мультиметра.Конечно, если мы знаем, что в нашей системе есть условия постоянного тока, нам необходимо измерить ток и напряжение в режиме постоянного тока.

Анализ рассеиваемой мощности: изменения напряжения – постоянный ток

Первый пример прост, но подходит для всех электронщиков: регулятор LDO. Эти регуляторы могут быть смоделированы аналогично рисунку 3. Мы также можем быстро определить, что входной ток и выходной ток почти одинаковы, но напряжения на входе и выходе различаются. Для систем с очень малым потреблением тока ток покоя LDO становится важным, но если выходной ток намного больше, чем ток покоя, мы можем его игнорировать.

Рисунок 3. Пример схемы LDO.

В этом примере у нас есть входное напряжение 5 В, регулируемое выходное напряжение 3,6 В и выходной постоянный ток 140 мА. Расчет рассеиваемой мощности для этого LDO следующий:

  • Pлосс = Штифт – Pвых
  • = Вин * Вх — Вых * Iвых
  • = 5 В * 0,14 А — 3,6 В * 0,14 А
  • = 0,7 Вт – 0,504 Вт
  • = 0,196 Вт

Эффективность тогда

На рисунке 4 мы видим реальные результаты измерений для этого примера LDO.Мы видим, что входной и выходной ток одинаковы, а входное и выходное напряжение разные.

Рисунок 4. Измеряемые напряжения и токи примера LDO

Мы видим, что критическим параметром с точки зрения рассеивания мощности в системах с постоянным током является разница напряжений между входом и выходом. Для них вы должны тщательно проанализировать падение напряжения по отношению к току и заметить, что оно заканчивается теплом. Вы должны убедиться, что выбранный компонент может выдержать расчетную рассеиваемую мощность, и спроектировать его на 80 % от максимума, указанного в спецификации. Точно так же мы можем анализировать рассеиваемую мощность пассивных компонентов, светодиодов, диодов, транзисторов и т. д.

Анализ рассеиваемой мощности: изменения напряжения и тока

Наш второй пример более сложен: импульсный регулятор. Понижающе-повышающий преобразователь, представленный на рисунке 5, представляет собой систему, в которой изменяются как напряжение, так и ток. В этом примере диапазон входного напряжения составляет от 10 до 20 В, входной ток неизвестен, так как он также зависит от входного напряжения, а расчетное выходное напряжение зафиксировано на уровне 13.5В и требуемый выходной ток нагрузки 80мА.

Рисунок 5. Пример повышающе-понижающего преобразователя.

Мы начнем анализ рассеиваемой мощности с оценки входного тока, который потребляет преобразователь. Для этого мы используем расчеты мощности и КПД на основе закона Ома. Выходная мощность преобразователя

Для этого складываем уравнение КПД и получаем

Продолжая вычисления с реальными числами (Вин 20В), представленными ранее, получаем:

  • 13. 5 В * 0,08 А = ƞ * 20 В * Iin
  • 1,08 Вт = ƞ * 20 В* Iin

У нас есть два неизвестных параметра, и из таблицы данных импульсного преобразователя нам нужно проверить эффективность для используемых диапазонов напряжения и тока. В этом случае он примерно равен ƞ = 0,85. Теперь мы можем рассчитать входной ток нашего импульсного стабилизатора:

  • Iin = 1,08 Вт/(0,85*20 В) = 64 мА

Теперь у нас есть все параметры для расчета рассеиваемой мощности импульсного преобразователя, и получаем:

  • Pлосс = Штифт – Pвых = 0.064А*20В – 0,08А*13,5В = 1,28Вт – 1,08Вт = 0,2Вт

Реальное измерение подтверждает правильность расчетов, как показано на рисунке 6. Мы видим, что эффективность в этом реальном образце немного выше, чем в наших расчетах, но в целом мы видим, что эта модель анализа полностью точна.

Рисунок 6. Измерения напряжения и тока в режиме buck повышающе-понижающего преобразователя.

Точно так же, как мы можем рассчитать рассеиваемую мощность в форсированном режиме, мы снова можем увидеть корреляцию между нашим расчетом и реальными измерениями, как показано на рисунке 7. Теперь проанализированный входной ток равен

.

  • Iin = 13,5 В * 0,08 А / 0,85 * 10 В = 0,129 А

Рассеиваемая мощность в форсированном режиме тогда:

  • Ploss = Pin – Pout = 0,129A*10В – 0,08A*13,5В = 1,29Вт – 1,08Вт = 0,21Вт

Рисунок 7. Измерения напряжения и тока в режиме повышения напряжения повышающе-понижающего преобразователя.

Импульсный преобразователь является примером рассеиваемой мощности электрического блока. Он не учитывает рассеяние мощности отдельных компонентов, а только рассеивание мощности всей системы.

Что анализировать?

Рассеиваемая мощность тесно связана с нагревом компонента, и важно проводить расчеты для всех компонентов, которые мы считаем критическими. Этими компонентами могут быть стабилизаторы напряжения, транзисторы, диоды, светодиоды и пассивы. Для критических компонентов мы должны проверять минимально экстремальные максимальные условия, что обычно происходит при максимальном среднеквадратичном потреблении тока. Нам необходимо сравнить рассчитанное максимальное значение с максимальным значением компонента и убедиться, что оно ни в коем случае не превышается при нормальной работе продукта.

Во-вторых, нам необходимо проанализировать рассеиваемую мощность критически важных электронных блоков, таких как импульсные преобразователи, схемы драйверов и силовые каскады. Для этого мы можем использовать расчеты рассеиваемой мощности в качестве базовой проектной работы, как мы видели в примере с импульсным преобразователем. Кроме того, расчетную рассеиваемую мощность стоит сравнивать со значениями из таблицы данных, но выбор отдельных компонентов для блоков электроники должен основываться на дизайне и моделировании.

Также нам необходимо проанализировать рассеиваемую мощность всей электронной системы.Нужно просуммировать все рассчитанные мощности рассеяния блоков электроники и сравнить с возможностями блока питания. Таким образом, мы можем гарантировать, что наш блок питания может обеспечить необходимую мощность для устройства во всем диапазоне питающего напряжения.

И последнее, но не менее важное: мы должны помнить, что большая часть этой рассеиваемой мощности становится теплом, и нам нужно проанализировать, требует ли электроника дополнительного охлаждения или мы можем с этим жить.

Ссылки

[1] Джо Вулф, RMS и мощность в однофазных и трехфазных цепях переменного тока , веб-статья в Университете Нового Южного Уэльса, Сидней, Австралия.

[2] Фредди Альферинк, Теория и определения: Энергия и мощность.

[3] Блог на веб-сайте Fluke: что такое true-RMS?

вольт, ампер, ватт, ватт-час и стоимость

Мы живем в мире электроэнергии. Он управляет нашим освещением, отоплением, охлаждением, компьютерами и оборудованием. Рассмотрим центр обработки данных или любое крупное энергоемкое предприятие — им нужно питание для работы, и они должны обеспечить постоянную доступность достаточного количества энергии. Но власть не бесплатна.Менеджеры центров обработки данных внимательно следят за мощностью, поскольку стоимость энергии, используемой сервером в течение срока службы, обычно превышает его покупную цену. И большинство центров обработки данных тратят вдвое больше на охлаждение серверов и отвод тепла от объекта.

Вот краткий обзор основ электричества — вольты, амперы, ватты и ватт-часы. Добавление информации о стоимости внизу превращает этот обзор основ в необходимую часть работы любого ответственного управляющего объектами.

Электричество

Электричество — это общее название электрической энергии.Электричество технически представляет собой поток электронов через проводник, обычно медный провод. Всякий раз, когда электричество поступает к устройству, такое же количество должно вернуться. Это система «замкнутого цикла». Электроны в проводе на самом деле движутся довольно медленно, не со скоростью света. Сигналы распространяются со скоростью (близкой к) скорости света.

Аналогия с водопроводом для понимания электричества

Представьте себе 100-футовую трубу, наполненную водой: когда вы открываете вентиль на одном конце, вода почти сразу же вытекает с другого конца, даже если ни одна капля воды не прошла полных 100 футов. Однако волна давления прошла 100 футов.

Напряжение

Измеряется в вольтах (В) по имени Алессандро Вольта. Это «давление» электричества. Центры обработки данных обычно получают электроэнергию из коммунальной сети с высоким напряжением, обычно 480 В, которое затем должно быть преобразовано в более низкое напряжение для использования ИТ-оборудованием. В Северной Америке большинство ИТ-систем в центрах обработки данных используют напряжение 110 В, 208 В или 220 В. В большей части остального мира более распространены сети от 220 до 240 В. Напряжения в пределах примерно 10% используются взаимозаменяемо, поэтому вы можете услышать, что одна и та же установка описывается как 110 В, 115 В или 120 В.

Электрическое напряжение, как и давление воды, на самом деле не говорит вам, сколько «работы» (мощности) может выполнить система. Представьте крошечную трубку: она может подавать воду под огромным давлением, но вы не можете использовать ее для привода водяного колеса.

Текущий

Измеряется в амперах или амперах (А) по Луиджи Амперу. Это «скорость потока» электричества (сколько электронов в секунду проходит через данный проводник). Ток описывает объем, но не давление, поэтому сам по себе он не дает полной картины мощности.

Представьте себе большую водопроводную трубу: по ней может течь много воды, но энергия, которую она несет, зависит от ее давления. Более высокие токи требуют более толстых и дорогих кабелей. Основной источник питания для крупного промышленного объекта может составлять тысячи ампер. В центре обработки данных он распределяется, поэтому к тому времени, когда он достигает стойки с серверами, он составляет от 20 до 63 А.

Мощность

Измеряется в ваттах (Вт) по Джеймсу Ватту. Это полезная работа, совершаемая электричеством.Ватты отражают работу, выполняемую в данный момент, а НЕ энергию, потребляемую с течением времени. Мощность в ваттах рассчитывается путем умножения напряжения в вольтах на ток в амперах: 10 ампер тока при 240 вольт генерирует мощность 2400 ватт. Это означает, что один и тот же ток может обеспечить вдвое большую мощность, если удвоить напряжение. Растет спрос на линии электропередачи более высокого напряжения отчасти потому, что они делают возобновляемые источники энергии, такие как солнечная энергия и ветер, более жизнеспособными. Центры обработки данных также переходят на конфигурации с более высоким напряжением.Мощность также можно измерить как «реальную» и «кажущуюся» с «коэффициентом мощности», который преобразует одно в другое. Узнайте о коэффициенте мощности здесь.

Потребляемая мощность (т.е. энергия)

Измеряется в ватт-часах (Втч). Ватт-час — это количество выполненной работы (т. е. высвобожденной энергии) при подаче мощности 1 Вт в течение 1 часа. Лампа мощностью 100 Вт, оставленная включенной на 10 часов, потребляет 1000 Втч (или 1 кВтч) энергии.

Стоимость

Обычно вы платите за электроэнергию в киловатт-часах (кВтч) или 1000 Втч.Стоимость в США колеблется от 0,09 до 0,20 долларов и выше за кВтч и намного выше во многих других частях мира. Вы можете сделать математику о том, что ваше учреждение тратит. Вот несколько примеров.

Во-первых, компьютерный сервер, потребляющий 500 Вт в течение года, будет потреблять 500 Вт x 8 760 часов = 4 380 000 Втч = 4 380 кВтч. Если вы платите 0,10 доллара США за кВтч, стоимость запуска сервера составит 4380 x 0,10 доллара США/кВтч = 438 долларов США в год. Сюда не входят затраты на охлаждение сервера, которые могут удвоить или даже утроить общие годовые затраты.

Во-вторых, рассмотрим предприятие по выращиванию конопли. По оценкам организации по торговле электроэнергией в штате Вашингтон, для питания освещения и производства одного фунта продукции требуется от 2000 до 3000 кВтч. Плата 0,10 доллара за кВтч составляет от 200 до 300 долларов в год за фунт.

Наконец, давайте рассмотрим майнинг криптовалют. Для добычи каждого биткойна требуется все больше энергии. По состоянию на август 2021 года, согласно одной оценке, потребление электроэнергии составляет 143 000 кВтч.