Що таке активна і реактивна потужність змінного електричного струму? Одиниці виміру потужності і види потужностей двигунів. Обчислення енергетичної потужності підприємства Що таке потужність і в яких одиницях

З листа клієнта:
Підкажіть, заради Бога, чому потужність ДБЖ вказується в Вольт-Амперах, а не в звичних для всіх кіловатах. Це сильно напружує. Адже все вже давно звикли до кіловата. Та й потужність всіх приладів в основному вказана в кВт.
Олексій. 21 червень 2007

У технічних характеристиках будь-якого ДБЖ вказані повна потужність [кВА] і активна потужність [кВт] - вони характеризують здатність навантаження ДБЖ. Приклад, см. Фотографії нижче:

Потужність не всіх приладів вказана в Вт, наприклад:

Потужність трансформаторів вказується в ВА:
http://www.mstator.ru/products/sonstige/powertransf (трансформатори ТП: см додаток)
http://metz.by/download_files/catalog/transform/tsgl__tszgl__tszglf.pdf (трансформатори ТСГЛ: см додаток)
Потужність конденсаторів вказується в Варах:
http://www.elcod.spb.ru/catalog/k78-39.pdf (конденсатори K78-39: см додаток)
http://www.kvar.su/produkciya/25-nizkogo-napraygeniya-vbi (конденсатори КК: см додаток)
Приклади інших навантажень - см. Додатки нижче.

Потужності характеристики навантаження можна точно задати одним єдиним параметром (активна потужність в Вт) тільки для випадку постійного струму, так як в ланцюзі постійного струму існує єдиний тип опору - активний опір.

Потужності характеристики навантаження для випадку змінного струму неможливо точно задати одним єдиним параметром, так як в ланцюзі змінного струму існує два різних типи опору - активний і реактивний. Тому тільки два параметри: активна потужність і реактивна потужність точно характеризують навантаження.

Принцип дії активного і реактивного опорів абсолютно різний. Активний опір - незворотньо перетворює електричну енергію в інші види енергії (теплову, світлову і т.д.) - приклади: лампа розжарювання, електронагрівач (параграф 39, Фізика 11 клас В.А. Касьянов М .: Дрофа, 2007).

Реактивний опір - поперемінно накопичує енергію потім видає її назад в мережу - приклади: конденсатор, котушка індуктивності (параграф 40,41, Фізика 11 клас В.А. Касьянов М .: Дрофа, 2007).

Далі в будь-якому підручнику з електротехніки Ви можете прочитати, що активна потужність (розсіюється на активному опорі) вимірюється в ватах, а реактивна потужність (циркулює через реактивне опір) вимірюється в варах; так само для характеристики потужності навантаження використовують ще два параметри: повну потужність і коефіцієнт потужності. Всі ці 4 параметра:

Активна потужність: позначення P, одиниця виміру: Ватт
Реактивна потужність: позначення Q, одиниця виміру: Вар (Вольт Ампер реактивний)
Повна потужність: позначення S, одиниця виміру: ВА (Вольт Ампер)
Коефіцієнт потужності: позначення k або cosФ, Одиниця виміру: безрозмірна величина

Ці параметри пов'язані співвідношеннями: S * S \u003d P * P + Q * Q, cosФ \u003d k \u003d P / S

також cosФ називається коефіцієнтом потужності ( Power Factor – PF)

Тому в електротехніці для характеристики потужності задаються будь-які два з цих параметрів так як інші можуть бути знайдені з цих двох.

Наприклад, електромотори, лампи (розрядні) - в тих. даних вказані P [кВт] і cosФ:
http://www.mez.by/dvigatel/air_table2.shtml (двигуни АІР: див. додаток)
http://www.mscom.ru/katalog.php?num\u003d38 (лампи ДРЛ: див. додаток)
(Приклади технічних даних різних навантажень див. Додаток нижче)

Те ж саме і з джерелами живлення. Їх потужність (здатність навантаження) характеризується одним параметром для джерел живлення постійного струму - активна потужність (Вт), і двома параметрами для іст. змінного струму. Зазвичай цими двома параметрами є повна потужність (ВА) і активна (Вт). Див. Наприклад параметри ДГУ і ДБЖ.

Більшість офісної та побутової техніки, активні (реактивний опір відсутній або мало), тому їх потужність вказується в Ватах. У цьому випадку при розрахунку навантаження використовується значення потужності ДБЖ в Ватах. Якщо навантаженням є комп'ютери з блоками живлення (БП) без корекції вхідного коефіцієнта потужності (APFC), лазерний принтер, холодильник, кондиціонер, електромотор (наприклад погружной насос або мотор в складі верстата), люмінісцентні баластні лампи та ін. - при розрахунку використовуються всі вих . дані ибп: кВА, кВт, перевантажувальні характеристики і ін.

Див. Підручники з електротехніки, наприклад:

1. Євдокимов Ф. Е. Теоретичні основи електротехніки. - М .: Видавничий центр "Академія", 2004.

2. Нємцов М. В. Електротехніка та електроніка. - М .: Видавничий центр "Академія", 2007.

3. Частоєдов Л. А. Електротехніка. - М .: Вища школа, 1989.

Так само см. AC power, Power factor, Electrical resistance, Reactance http://en.wikipedia.org
(Переклад: http://electron287.narod.ru/pages/page1.html)

додаток

Приклад 1: потужність трансформаторів і автотрансформаторів вказується в ВА (Вольт · Амперах)

http://metz.by/download_files/catalog/transform/tsgl__tszgl__tszglf.pdf (трансформатори ТСГЛ)

однофазні автотрансформатори
TDGC2-0.5 kVa, 2A		АОСН-2-220-82
TDGC2-1.0 kVa, 4A	Латр 1.25	АОСН-4-220-82
TDGC2-2.0 kVa, 8A	Латр 2.5	АОСН-8-220-82
TDGC2-3.0 kVa, 12A
TDGC2-4.0 kVa, 16A
TDGC2-5.0 kVa, 20A		АОСН-20-220
TDGC2-7.0 kVa, 28A
TDGC2-10 kVa, 40A		АОМН-40-220
TDGC2-15 kVa, 60A
TDGC2-20 kVa, 80A

http://www.gstransformers.com/products/voltage-regulators.html (ЛАТР / лабораторні автотрансформатори TDGC2)

Приклад 2: потужність конденсаторів вказується в Варах (Вольт · Амперах реактивних)

http://www.elcod.spb.ru/catalog/k78-39.pdf (конденсатори K78-39)

http://www.kvar.su/produkciya/25-nizkogo-napraygeniya-vbi (конденсатори КК)

Приклад 3: технічні дані електромоторів містять активну потужність (кВт) і cosФ

Для таких навантажень як електромотори, лампи (розрядні), комп'ютерні блоки живлення, комбіновані навантаження і ін. - в технічних даних вказані P [кВт] і cosФ (активна потужність і коефіцієнт потужності) або S [кВА] і cosФ (повна потужність і коефіцієнт потужності).

http://www.weiku.com/products/10359463/Stainless_Steel_cutting_machine.html
(Комбінована навантаження - верстат плазмового різання стали / Inverter Plasma cutter LGK160 (IGBT)

http://www.silverstonetek.com.tw/product.php?pid\u003d365&area\u003den (блок живлення ПК)

доповнення 1

Якщо навантаження має високий коефіцієнт потужності (0.8 ... 1.0), то її властивості наближаються до активної навантаженні. Таке навантаження є ідеальною як для мережевої лінії, так і для джерел електроенергії, тому що не породжує реактивних струмів і потужностей в системі.

Тому в багатьох країнах прийняті стандарти нормують коефіцієнт потужності обладнання.

додаток 2

Устаткування однонагрузочное (наприклад, БП ПК) і багатоскладові комбіноване (наприклад, фрезерний промисловий верстат, який має в складі кілька моторів, ПК, освітлення та ін.) Мають низькі коефіцієнти потужності (менше 0.8) внутрішніх агрегатів (наприклад, випрямляч БП ПК або електромотор мають коефіцієнт потужності 0.6 .. 0.8). Тому в даний час більшість обладнання має вхідний блок коректора коефіцієнта потужності. У цьому випадку вхідний коефіцієнт потужності дорівнює 0.9 ... 1.0, що відповідає нормативним стандартам.

Додаток 3. Важливе зауваження щодо коефіцієнта потужності ДБЖ та стабілізаторів напруги

Здатність навантаження ДБЖ і ДГУ нормована на стандартну промислове навантаження (коефіцієнт потужності 0.8 з індуктивним характером). Наприклад, ДБЖ 100 кВА / 80 кВт. Це означає, що пристрій може живити активне навантаження максимальної потужності 80 кВт, або змішану (активно-реактивну) навантаження максимальної потужності 100 кВА з індуктивним коефіцієнтом потужності 0.8.

В стабілізаторах напруги інша справа. Для стабілізатора коефіцієнт потужності навантаження байдужий. Наприклад, стабілізатор напруги 100 кВА. Це означає, що пристрій може живити активне навантаження максимальної потужності 100 кВт, або будь-яку іншу (чисто активне, чисто реактивну, змішану) потужністю 100 кВА або 100 кВАр з будь-яким коефіцієнтом потужності ємнісного або індуктивного характеру. Зверніть увагу, що це справедливо для лінійної навантаження (без вищих гармонік струму). При великих гармонійних спотвореннях струму навантаження (високий КНІ) вихідна потужність стабілізатора знижується.

додаток 4

Наочні приклади чистої активної і чистої реактивних навантажень:

До мережі змінного струму 220 VAC підключена лампа розжарювання 100 Вт - всюди в ланцюзі є струм провідності (через провідники проводів і вольфрамовий волосок лампи). Характеристики навантаження (лампи): потужність S \u003d P ~ \u003d 100 ВА \u003d 100 Вт, PF \u003d 1 \u003d\u003e вся електрична потужність активна, а значить вона цілком поглащается в лампі і перетворюється в потужність тепла і світла.
До мережі змінного струму 220 VAC підключений неполярний конденсатор 7 мкФ - в ланцюзі проводів є струм провідності, всередині конденсатора йде струм зміщення (через діелектрик). Характеристики навантаження (конденсатора): потужність S \u003d Q ~ \u003d 100 ВА \u003d 100 Вар, PF \u003d 0 \u003d\u003e вся електрична потужність реактивна, а значить вона постійно циркулює від джерела до навантаження і назад, знову до навантаження і т.д.

додаток 5

Для позначення переважаючого реактивного опору (індуктивного або ємнісного) коефіцієнту потужності приписується знак:

+ (Плюс) - якщо сумарне реактивне опір є індуктивним (приклад: PF \u003d + 0.5). Фаза струму відстає від фази напруги на кут Ф.

- (мінус) - якщо сумарне реактивне опір є ємнісним (приклад: PF \u003d -0,5). Фаза струму випереджає фазу напруги на кут Ф.

додаток 6

Додаткові питання

Питання 1:
Чому у всіх підручниках електротехніки при розрахунку ланцюгів змінного струму використовують уявні числа / величини (наприклад, реактивна потужність, реактивний опір і ін.), Які не існують в реальності?

відповідь:
Так, все окремі величини в навколишньому світі - дійсні. У тому числі температура, реактивний опір, і т.д. Використання уявних (комплексних) чисел - це лише математичний прийом, який полегшує обчислення. В результаті обчислення виходить обов'язково дійсне число. Приклад: реактивна потужність навантаження (конденсатора) 20кВАр - це реальний потік енергії, тобто реальні Примор'ї, що циркулюють в ланцюзі джерело-навантаження. Але що б відрізнити ці Примор'ї від ват, безповоротно поглинає навантаженням, ці «циркулюючі Примор'ї» вирішили називати Вольт · ампер реактивними.

зауваження:
Раніше у фізиці використовувалися тільки поодинокі величини і при розрахунку всі математичні величини відповідали реальним величинам навколишнього світу. Наприклад, відстань між ними дорівнюватиме швидкість помножити на час (S \u003d v * t). Потім з розвитком фізики, тобто в міру вивчення більш складних об'єктів (світло, хвилі, змінний електричний струм, атом, космос та ін.) З'явилося таке велика кількість фізичних величин, що розраховувати кожну окремо стало неможливо. Це проблема не тільки ручного обчислення, але і проблема складання програм для ЕОМ. Для вирішення дане завдання близькі поодинокі величини стали об'єднувати в більш складні (які включають 2 і більше одиночних величин), що підкоряються відомим в математиці законам перетворення. Так з'явилися скалярні (поодинокі) величини (температура і ін.), Векторні і комплексні здвоєні (імпеданс і ін.), Векторні строєні (вектор магнітного поля і ін.), І більш складні величини - матриці і тензори (тензор діелектричної проникності, тензор Річчі і ін.). Для спрощення розрахунків в електротехніці використовуються наступні уявні (комплексні) здвоєні величини:

Опір (імпеданс) Z \u003d R + iX
Повна потужність S \u003d P + iQ
Діелектрична проникність e \u003d e "+ ie"
Магнітна проникність m \u003d m "+ im"
та ін.

Питання 2:

На сторінці http://en.wikipedia.org/wiki/Ac_power показані S P Q Ф на комплексної, тобто уявної / неіснуючої площині. Яке відношення це все має до реальності?

відповідь:
Проводити розрахунки з реальними синусоїдами складно, тому для спрощення обчислень використовують векторне (комплексне) уявлення як на рис. вище. Але це не означає, що показання на малюнку S P Q не мають відношення до реальності. Реальні величини S P Q можуть бути представлені в звичайному вигляді, на основі вимірів синусоїдальних сигналів осцилографом. Величини S P Q Ф I U в колі змінного струму «джерело-навантаження» залежать від навантаження. Нижче показаний приклад реальних синусоїдальних сигналів S P Q і Ф для випадку навантаження складається з послідовно з'єднаних активного і реактивного (індуктивного) опорів.

Питання 3:
Звичайними струмовими кліщами і мультиметром виміряно струм навантаження 10 A, і напруга на навантаженні 225 В. Перемножуємо і отримуємо потужність навантаження в Вт: 10 A · 225В \u003d 2250 Вт.

відповідь:
Ви отримали (розрахували) повну потужність навантаження 2250 ВА. Тому ваша відповідь буде справедливий тільки, якщо ваша навантаження чисто активна, тоді дійсно Вольт · Ампер дорівнює ват. Для всіх інших типів навантажень (наприклад електромотор) - немає. Для вимірювання всіх характеристик будь-якої довільної навантаження необхідно використовувати аналізатор мережі, наприклад APPA137:

Див. Додаткову літературу, наприклад:

Євдокимов Ф. Е. Теоретичні основи електротехніки. - М .: Видавничий центр "Академія", 2004.

Нємцов М. В. Електротехніка та електроніка. - М .: Видавничий центр "Академія", 2007.

Частоєдов Л. А. Електротехніка. - М .: Вища школа, 1989.

AC power, Power factor, Electrical resistance, Reactance
http://en.wikipedia.org (переклад: http://electron287.narod.ru/pages/page1.html)

Теорія і розрахунок трансформаторів малої потужності Ю.Н.Стародубцев / РадиоСофт Москва 2005 / rev d25d5r4feb2013

Ще в 18 столітті потужність стали вважати в кінських силах. До сих пір ця фізична величина вживається для позначення сили двигунів. Поруч з показником потужності двигуна внутрішнього згоряння у ВАТ продовжують писати значення в л.с.

Потужність як фізична величина, формула потужності

Значення, що показує, як швидко відбуваються перетворення, трансляція або споживання енергії в будь-якій системі, - потужність. Для характеристик енергетичних умов важливо, наскільки швидко виконується процес. Робота, що реалізується в одиницю часу, називається потужністю:

А робота;
t - час.

Можна враховувати окремо потужність в механіці і електричну потужність.

Щоб отримати відповідь на питання: в чому вимірюється механічна потужність, розглядають дію сили на рухоме тіло. Сила проробляє роботу, потужність в такому випадку визначається за формулою:

F - сила;
v - швидкість.

При обертальному русі цю величину визначають з урахуванням моменту сили і частоти обертання, «об. / Хв.».

Залежність між електричним струмом і потужністю

В електротехніці роботою буде U - напруга, яке переміщує 1 кулон, кількість переміщуваних в одиницю часу кулонів - це ток (I). Потужність електроструму або електричну потужність P отримують, помноживши струм на напругу:

Це повна робота, виконана за 1 секунду. Залежність тут пряма. Змінюючи струм або напруга, змінюють потужність, що витрачається пристроєм.

Однакового значення Р домагаються, варіюючи одну з двох величин.

Визначення одиниці вимірювання потужності струму

Одиниця виміру потужності струму носить ім'я Джеймса Ватта, шотландського інженера-механіка. 1 Вт - це потужність, яку виробляє струм 1 А при різниці потенціалів 1 В.

Наприклад, джерело при напрузі 3,5 В створює в ланцюзі струм 0,2 А, тоді потужність струму вийде:

P \u003d U * I \u003d 3,5 * 0,2 \u003d 0,7 Вт.

Увага! У механіці потужність прийнято зображати буквою N, в електротехніці - буквою P. У чому вимірюється n і P? Незалежно від позначення, це одна величина, і вимірюється вона в ватах «Вт».

Ватт і інші одиниці вимірювання потужності

Говорячи про те, в чому вимірюється потужність, необхідно знати, про що йде мова. Ватт - це величина, що відповідає 1 Дж / с. Вона прийнята в Міжнародній Системі Одиниць. В яких одиницях ще вимірюється потужність? Розділ науки астрофізика працює з одиницею під назвою ерг / с. Ерг - дуже маленька величина, рівна 10-7 Вт.

Ще одна, понині поширена, одиниця з цього ряду - «кінська сила». У 1789 році Джеймс Ватт підрахував, що вантаж вагою 75 кг з шахти може витягнути один кінь і зробити це зі швидкістю 1 м / с. Виходячи з підрахунку такої трудомісткості, потужність двигунів допускається виміряти цією величиною в співвідношенні:

1 к.с. \u003d 0,74 кВт.

Цікаво. Американці і англійці вважають, що 1 к.с. \u003d 745.7 Вт, а російські - 735.5 Вт. Сперечатися, хто правий, а хто ні, не має сенсу, так як міра ця позасистемна і не повинна бути використана. Міжнародна організація законодавчої метрології рекомендує вилучити її з обігу.

У Росії при розрахунку поліса КАСКО або ОСАГО використовують ці дані силового агрегату автомобіля.

Формула взаємозв'язку між потужністю, напругою і силою струму

В електротехніці роботу розглядають як деяку кількість енергії, що віддається джерелом харчування на дію електроприладу в період часу. Тому електрична потужність є величина, що описує швидкість трансформації або передачі електроенергії. Її формула для постійного струму виглядає так:

U - напруга, В;
I - сила струму, А.

Для деяких випадків, користуючись формулою закону Ома, потужність можна обчислити, підставивши значення опору:

P \u003d I * 2 * R, де:

I - сила струму, А;
R - опір, Ом.

У разі розрахунків потужності ланцюгів змінного струму доведеться зіткнутися з трьома видами:

активна її формула: P \u003d U * I * cos φ, де - коефіцієнт кута зсуву фаз;
реактивна розраховується: Q \u003d U * I * sin φ;
повна представлена \u200b\u200bу вигляді: S \u003d √P2 + Q2, дe P - aктивной, а Q2 - реактивна.

Розрахунки для однофазної і трифазної ланцюгів змінного струму виконуються за різними формулами.

Важливо! Споживачі електроенергії на підприємствах в більшості асинхронні двигуни, трансформатори та інші індуктивні приймачі. При роботі вони використовують реактивну потужність, а та, протікаючи по лініях електропередач, призводить ЛЕП до додаткового навантаження. Щоб підвищити якість енергії, використовують компенсацію реактивної енергії у вигляді конденсаторних установок.

Прилади для виміру електричної потужності

Провести вимірювання потужності дозволяє ватметр. У нього дві обмотки. Одна включається в ланцюг послідовно, як амперметр, друга паралельно, як вольтметр. В установках електроенергетики ватметри визначають значення в кіловат-годину «кВт * год». У вимірах потребує не тільки електрична, а також лазерна енергія. Прилади, здатні вимірювати цей показник, виготовляються як стаціонарного, так і переносного виконання. З їх допомогою оцінюють рівень лазерних випромінювань обладнання, що застосовує цей вид енергії. Один з портативних вимірювачів - LP1, японського виробника. LP1 дозволяє безпосередньо визначати значення сили світлового випромінювання, наприклад, в візуальному плямі оптичних пристроїв програвачів DVD.

Потужність в побутових електричних приладах

Для нагріву металу нитки розжарювання лампочки, збільшення температури робочої поверхні праски або іншого побутового приладу, витрачається певна кількість електроенергії. Її величину, відбирається навантаженням за годину, вважають споживаної потужністю цього апарату.

Увага! Якщо на лампочці написано «40 W, 230 V», це означає, що за 1 годину вона споживає з мережі змінного струму 40 Вт. Знаючи кількість лампочок і параметри, підраховують, скільки енергії витрачається на освітлення кімнат в місяць.

Як перевести вати

Так як ват– величина маленька, в побуті оперують кіловатами, користуються системою перекладу величин:

1 Вт \u003d 0,001 кВт;
10 Вт \u003d 0,01 кВт;
100 Вт \u003d 0,1 кВт;
1000 Ут \u003d 1 кВт.

Потужність деяких електричних приладів, Вт

Середні значення споживання електроенергії побутових пристроїв:

плити - 110006000 Вт;
холодильники - 150-600 Вт;
пральні машини - 1000-3000 Вт;
пилососи - 1300-4000 Вт;
електрочайники - 2000-3000 Вт.

Параметри кожного побутового приладу вказуються в паспорті, а також позначаються на корпусі. Там визначені точні значення для інформації споживача.

Відео

Момщность - фізична величина, що дорівнює в загальному випадку швидкості зміни, перетворення, передачі або споживання енергії системи. У більш вузькому сенсі потужність дорівнює відношенню роботи, що виконується за деякий проміжок часу, до цього проміжку часу.

Розрізняють середню потужність за проміжок часу

і миттєву потужність в даний момент часу:

Інтеграл від миттєвої потужності за проміжок часу дорівнює повній переданої енергії за цей час:

Одиниці виміру. У Міжнародній системі одиниць (СІ) одиницею вимірювання потужності є ват, рівний одному джоулю, діленому на секунду. механічна робота потужність електрична

Іншою поширеною, але нині застарілою одиницею вимірювання потужності, є кінська сила. У своїх рекомендаціях Міжнародна організація законодавчої метрології (МОЗМ) відносить кінську силу до числа одиниць вимірювання, "які повинні бути вилучені з обігу як можна швидше там, де вони використовуються в даний час, і які не повинні вводитися, якщо вони не використовуються"

Співвідношення між одиницями потужності (див. Додаток 9).

Потужність в механіці. Якщо на рухоме тіло діє сила, то ця сила здійснює роботу. Потужність в цьому випадку дорівнює скалярному добутку вектора сили на вектор швидкості, з якою рухається тіло:

де F - сила, v - швидкість, - кут між вектором швидкості і сили.

Окремий випадок потужності при обертальному русі:

M - момент сили, - кутова швидкість, - число пі, n - частота обертання (число оборотів в хвилину, об / хв.).

Електрична потужність

Механічна потужність.Потужність характеризує швидкість здійснення роботи.

Потужність (N) - фізична величина, що дорівнює відношенню роботи A до проміжку часу t, протягом якого здійснена ця робота.

Потужність показує, яка робота здійснюється за одиницю часу.

У Міжнародній системі (СІ) одиниця потужності називається Ватт (Вт) на честь англійскогоізобретателя Джеймса Ватта (Уатта), який побудував першу парову машину.

[N] \u003d Вт \u003d Дж / c

1 Вт \u003d 1 Дж / 1с
1 Ватт дорівнює потужності сили, що здійснює роботу в 1 Дж за 1 секунду або, коли вантаж масою 100г піднімають на висоту 1м за 1 секунду.

Сам Джеймс Уатт (1736-1819) користувався іншою одиницею потужності - кінської силою (1 к.с.), яку він ввів з метою можливості порівняння працездатності парової машини і коні.

1к.с. \u003d 735 Вт.

Однак, потужність однієї середньої коні - близько 1/2 к.с., хоча коні бувають різні.

"Живі двигуни" короткочасно можуть підвищувати свою потужність в кілька разів.

Кінь може доводити свою потужність при бігу і стрибках до десятиразової і більш величини.

Роблячи стрибок на висоту в 1м, кінь вагою 500кг розвиває потужність рівну 5 000 Вт \u003d 6,8 к.с.

Вважається, що в середньому потужність людини при спокійній ходьбі дорівнює приблизно 0,1л.с. тобто 70-90Вт.

При бігу, стрибках людина може розвивати потужність у багато разів більшу.

Виявляється, найпотужнішим джерелом механічної енергії є вогнепальна зброя!

За допомогою гармати можна кинути ядро \u200b\u200bмасою 900кг зі швидкістю 500м / с, розвиваючи за 0,01 секунди приблизно 110 000 000 Дж роботи. Ця робота рівнозначна роботі з підйому 75 т вантажу на вершину піраміди Хеопса (висота 150 м).

Потужність пострілу гармати становитиме 11 000 000 000Вт \u003d 15 000 000 л.с.

Сила напруги м'язів людини приблизно дорівнює силі тяжіння, що діє на нього.

ця формула справедлива для рівномірного руху з постійною швидкістю і в разі змінного руху для середньої швидкості.

З цих формул видно, що при постійній потужності двигуна швидкість руху обернено пропорційна силі тяги і навпаки.

На цьому заснований принцип дії коробки швидкостей (коробки зміни передач) різних транспортних засобів.

Електрична потужність. Електрімческая потужність - фізична величина, що характеризує швидкість передачі або перетворення електричної енергії. При вивченні мереж змінного струму, крім миттєвої потужності, відповідної загальнофізичної визначенням, вводяться також поняття активної потужності, що дорівнює середньому за період значенням миттєвої, реактивної потужності, яка відповідає енергії, що циркулює без дисипації від джерела до споживача і назад, і повної потужності, що обчислюється як твір діючих значень струму і напруги без урахування зсуву фаз.

U - це робота, виконувана при переміщенні одного кулона, а струм I - кількість кулонів, що проходять за 1 сек. Тому твір струму на напругу показує повну роботу, виконану за 1 сек, тобто електричну потужність або потужність електричного струму.

Аналізуючи наведену формулу, можна зробити дуже простий висновок: оскільки електрична потужність "P" в однаковій мірі залежить від струму "I" і від напруги "U", то, отже, одну і ту ж електричну потужність можна отримати або при великому струмі і малому напрузі, або ж, навпаки, при великій напрузі і малому струмі (Це використовується при передачі електроенергії на віддалені відстані від електростанцій до місць споживання, шляхом трансформаторного перетворення на підвищувальних і понижувальних електропідстанції).

Активна електрична потужність (це потужність, яка безповоротно перетвориться в інші види енергії - теплову, світлову, механічну тощо) має свою одиницю виміру - Вт (Ватт). Вона дорівнює добутку 1 вольта на 1 ампер. У побуті і на виробництві потужність зручніше вимірювати в кВт (кіловатах, 1 кВт \u003d 1000 Вт). На електростанціях вже використовуються більші одиниці - мВт (мегавати, 1 мВт \u003d 1000 кВт \u003d 1 000 000 Вт).

Реактивна електрична потужність - це величина, яка характеризує такий вид електричного навантаження, що створюються в пристроях (електрообладнанні) коливаннями енергії (індуктивного і ємнісного характеру) електромагнітного поля. Для звичайного змінного струму вона дорівнює добутку робочого струму I і падіння напруги U на синус кута зсуву фаз між ними:

Q \u003d U * I * sin (кута).

Реактивна потужність має свою одиницю виміру під назвою Вар (вольт-ампер реактивний). Позначається буквою "Q".

питома потужність. Питома потужність - відношення потужності двигуна до його масі або ін. Параметру.

Питома потужність автомобіля. Стосовно до автомобілів питомою потужністю називають максимальну потужність мотора, віднесену до всієї маси автомобіля. Потужність поршневого двигуна, поділена на літраж двигуна, називається літрової потужністю. Наприклад, літрова потужність бензинових моторів становить 30 ... 45 кВт / л, а у дизелів без турбонаддува - 10 ... 15 кВт / л.

Збільшення питомої потужності двигуна призводить, в кінцевому рахунку, до скорочення витрати палива, так як не потрібно транспортувати важкий мотор. Цього домагаються за рахунок легких сплавів, вдосконалення конструкції і форсування (збільшення швидкохідності і ступеня стиснення, застосування турбонаддува і т. Д.). Але ця залежність дотримується не завжди. Зокрема, більш важкі дизельні двигуни можуть бути більш економічні, так як ККД сучасного дизеля з турбонаддувом доходить до 50%

У літературі, використовуючи цей термін, часто призводять зворотну величину кг / к.с. або кг / квт.

Питома потужність танків. Потужність, надійність і інші параметри танкових двигунів постійно зростали і поліпшувалися. Якщо на ранніх моделях задовольнялися фактично автомобільними моторами, то із зростанням маси танків в 1920-х-1940-х рр. набули поширення адаптовані авіаційні мотори, а пізніше і спеціально сконструйовані танкові дизельні (багатопаливні) двигуни. Для забезпечення прийнятних ходових якостей танка його питома потужність (відношення потужності двигуна до бойової масі танка) повинна бути не менше 18-20 л. с. / Т. Питома потужність деяких сучасних танків (див. Додаток 10).

активна потужність. Активна потужність - середнє за період значення миттєвої потужності змінного струму:

Активна потужність - це величина, яка характеризує процес перетворення електроенергії в який-небудь інший вид енергії. Іншими словами, електрична потужність, як би, показує швидкість споживання електроенергії. Це та потужність, за яку ми платимо гроші, яку вважає лічильник.

Активну потужність можна визначити за такою формулою:

Реактивний опір - поперемінно накопичує енергію потім видає її назад в мережу - приклади: конденсатор, котушка індуктивності.

Активна потужність (розсіюється на активному опорі) вимірюється в ватах, а реактивна потужність (циркулює через реактивне опір) вимірюється в варах; так само для характеристики потужності навантаження використовують ще два параметри: повну потужність і коефіцієнт потужності. Всі ці 4 параметра:

Активна потужність: позначення P, одиниця виміру: Ватт.

Реактивна потужність: позначення Q, одиниця виміру: Вар (Вольт Ампер реактивний).

Повна потужність: позначення S, одиниця виміру: ВА (Вольт Ампер).

Коефіцієнт потужності: позначення k або cosФ, одиниця виміру: безрозмірна величина.

Ці параметри пов'язані співвідношеннями:

S * S \u003d P * P + Q * Q, cosФ \u003d k \u003d P / S.

Також cosФ називається коефіцієнтом потужності.

Більшість офісної та побутової техніки, активні (реактивний опір відсутній або мало), тому їх потужність вказується в Ватах. У цьому випадку при розрахунку навантаження використовується значення потужності ДБЖ в Ватах. Якщо навантаженням є комп'ютери з блоками живлення (БП) без корекції вхідного коефіцієнта потужності (APFC), лазерний принтер, холодильник, кондиціонер, електромотор (наприклад, погружной насос або мотор в складі верстата), люмінісцентні баластні лампи та ін. - при розрахунку використовуються всі вих. дані ибп: кВА, кВт, перевантажувальні характеристики і ін.

Реактивна потужність. Реактивна потужність, способи і види (кошти) компенсації реактивної потужності.

Реактивна потужність - частина повної потужності, що витрачається на електромагнітні процеси в навантаженні, що має емкостную і індуктивну складові. Чи не виконує корисної роботи, викликає додатковий нагрів провідників і вимагає застосування джерела енергії підвищеної потужності.

Реактивна потужність відноситься до технічних втрат в електромережах згідно з Наказом Мінпроменерго РФ № 267 від 04.10.2005.

При нормальних робочих умовах всі споживачі електричної енергії, чий режим супроводжується постійним виникненням електромагнітних полів (електродвигуни, обладнання зварювання, люмінесцентні лампи та багато ін.) Навантажують мережу як активної, так і реактивної складовими повної споживаної потужності. Ця реактивна складова потужності (далі реактивна потужність) необхідна для роботи устаткування містить значні індуктивності і в той же час може бути розглянута як небажана додаткове навантаження на мережу.

При значному споживанні реактивної потужності напруга в мережі знижується. У дефіцитних по активної потужності енергосистемах рівень напруги, як правило, нижче номінальної. Недостатня для виконання балансу активна потужність передається в такі системи з сусідніх енергосистем, в яких є надлишок генерується. Зазвичай енергосистеми дефіцитні по активної потужності, дефіцитні і по реактивної потужності. Однак відсутню реактивну потужність ефективніше не передавати з сусідніх енергосистем, а генерувати в компенсуючих пристроях, встановлених в даній енергосистемі. На відміну від активної потужності реактивна потужність може генеруватися не тільки генераторами, а й компенсують пристроями - конденсаторами, синхронними компенсаторами або статичними джерелами реактивної потужності, які можна встановити на підстанціях електричної мережі.

Компенсація реактивної потужності, В даний час, є важливим фактором, що дозволяє вирішити питання енергозбереження і зниження навантажень на електромережу. За оцінками вітчизняних і провідних закордонних фахівців, частка енергоресурсів, і зокрема електроенергії займає значну величину в собівартості продукції. Це досить вагомий аргумент, щоб з усією серйозністю підійти до аналізу і аудиту енергоспоживання підприємства, вироблення методики та пошуку коштів для компенсації реактивної потужності.

Компенсація реактивної потужності. Засоби компенсації реактивної потужності.Індуктивної реактивної навантаженні, створюваної електричними споживачами, можна протидіяти за допомогою ємнісний навантаження, підключаючи точно розрахований конденсатор. Це дозволяє знизити реактивну потужність, споживану від мережі і називається коригуванням коефіцієнта потужності або компенсацією реактивної потужності.

Переваги використання конденсаторних установок як засобу для компенсації реактивної потужності:

· Малі питомі втрати активної потужності (власні втрати сучасних низьковольтних косинусного конденсаторів не перевищують 0,5 Вт на 1000 Вар);
· Відсутність обертових частин;
· Простий монтаж і експлуатація (не потрібно фундаменту);
· Відносно невисокі капіталовкладення;
· Можливість підбору будь-якої необхідної потужності компенсації;
· Можливість установки і підключення в будь-якій точці електромережі;
· Відсутність шуму під час роботи;
· Невеликі експлуатаційні витрати.

Залежно від підключення конденсаторної установки можливі наступні види компенсації:

1. Індивідуальна або постійна компенсація, при якій индуктивная реактивна потужність компенсується безпосередньо в місці її виникнення, що веде до розвантаження підвідних проводів (для окремих, що працюють в тривалому режимі споживачів з постійною або щодо великою потужністю - асинхронні двигуни, трансформатори, зварювальні апарати, розрядні лампи і т.д.).
2. Групова компенсація, в якій аналогічно індивідуальній компенсації для декількох одночасно працюючих індуктивних споживачів підключається загальний постійний конденсатор (для знаходяться поблизу один від одного електродвигунів, груп розрядних ламп). Тут також розвантажується підводить лінія, але тільки до розподілу на окремих споживачів.
3. Централізована компенсація, при якій певне число конденсаторів підключається до головного або групового розподільного шафі. Таку компенсацію застосовують, зазвичай, у великих електричних системах зі змінним навантаженням. Управління такою конденсаторної установкою виконує електронний регулятор - контролер, який постійно аналізує споживання реактивної потужності від мережі. Такі регулятори включають або відключають конденсатори, за допомогою яких компенсується миттєва реактивна потужність загального навантаження і, таким чином, зменшується сумарна потужність, споживана від мережі.

потужність - фізична величина, що дорівнює відношенню виконаної роботи до певного проміжку часу.

Існує поняття середньої потужності за певний проміжок часу Δt. Середня потужність вираховується за цією формулою: N \u003d ΔA / Δt, Миттєва потужність за такою формулою: N \u003d dA / dt. Ці формули мають досить узагальнений вид, так як поняття потужності присутній в декількох гілках фізики - механіці і електрофізики. Хоча основні принципи розрахунку потужності залишаються приблизно такими ж, як і в загальній формулі.

Вимірюється потужність в ватах. Ватт - одиниця виміру потужності, що дорівнює джоулю, поділеній на секунду. Крім вата, існують і інші одиниці вимірювання потужності: кінська сила, ерг в секунду, маса-сила-метр в секунду.

- одна метрична кінська сила дорівнює 735 ватам, англійська - 745 ват.
- Ерг - дуже мала одиниця виміру, один ерг дорівнює десять в мінус сьомий ступеня ват.
- Один маса-сила-метр в секунду дорівнює 9,81 ватам.

Вимірювальні прилади

В основному вимірювальні прилади для вимірювання потужності використовуються в електрофізики, так як в механіці, знаючи певний набір параметрів (швидкість і силу), можна самостійно вирахувати потужність. Але таким же способом і в електрофізики можна вираховувати потужність по параметрам, а насправді, в повсякденному житті ми просто не використовуємо вимірювальних приладів для фіксації механічної потужності. Так як найчастіше ці параметри для певних механізмів і так позначають. Що стосовно електроніки, основним приладом є ватметр, який використовується в побуті в пристрої звичайного електролічильника.

Ватметри можна розділити на кілька видів по частотах:

- низькочастотні
- радіочастотні
- Оптичні

Ватметри можуть бути як аналоговими, так і цифровими. Низькочастотні (НЧ) мають в своєму складі дві котушки індуктивності, бувають як цифровими, так і аналоговими, застосовуються в промисловості та побуті в складі звичайних електролічильників. Ватметри радіочастотні діляться на дві групи: що поглинається потужності і проходить. Різниця полягає в способі підключення ваттметра в мережу, що проходять підключають паралельно мережі, що поглинаються в кінці мережі, як додаткове навантаження. Оптичні ватметри служать для визначення потужності світлових потоків і лазерних променів. Застосовуються в основному на будь-яких виробництвах і в лабораторіях.

Потужність в механіці

Потужність в механіці безпосередньо залежить від сили і роботи, яку ця сила виконує. Робота ж є величиною, що характеризує силу, прикладену до якого-небудь тілу, під дією якої тіло проходить певну відстань. Потужність вираховується по скалярному добутку вектора швидкості на вектор сили: P \u003d F * v \u003d F * v * cos a (Сила, помножена на вектор швидкості і на кут між вектором сили і швидкості (косинус альфа)).

Так само можна порахувати потужність обертального руху тіла. P \u003d M * w \u003d Π * M * n / 30. Потужність дорівнює (М) моменту сили, помноженому на (w) кутову швидкість або пі (п), помноженому на момент сили (М) і (n) частоту обертання, виділених на 30.

Потужність в електрофізики

У електрофізики потужність характеризує швидкість передачі або перетворення електричної енергії. Розрізняють такі види потужності:

- Миттєва електрична потужність. Так як потужність - це робота, виконана за певний час, а заряд рухається по певній ділянці провідника, маємо формулу: P (a-b) \u003d A / Δt. А-В характеризує ділянку, через який проходить заряд. А - робота заряду або зарядів, Δt - час проходження зарядом або зарядами ділянки (А-В). З цієї ж формулою вираховуються також інші значення потужності для різних ситуацій, коли потрібно виміряти миттєву потужність на відрізку провідника.

- Так само можна порахувати потужність постійного потоку: P \u003d I * U \u003d I ^ 2 * R \u003d U ^ 2 / R.

- Потужність змінного струму не піддається обчисленню за формулою постійного струму. У змінному струмі виділяють три види потужності:
  - Активна потужність (Р), яка дорівнює P \u003d U * I * cos f . Де U і I діючі параметри струму, а f (фі) кут зсуву між фазами. Дана формула приведена як приклад для однофазного синусоїдального струму.
  - Реактивна потужність (Q) характеризує навантаження, створювані в пристроях коливаннями електричного однофазного синусоїдального змінного струму. Q \u003d U * I * sin f . Одиниця виміру - вольт-ампер реактивний (вар).
  - Повна потужність (S) дорівнює кореню квадратів активної і реактивної потужності. Вимірюється в вольт-амперах.
  - Неактивна потужність - характеристика пасивної потужності присутньої в ланцюгах з перемінним синусоїдальним струмом. Дорівнює квадратному кореню суми квадратів реактивної потужності і потужності гармонік. При відсутності потужності вищих гармонік дорівнює модулю реактивної потужності.

Що таке сила і потужність? У чому вимірюється даний показник, які при цьому використовуються прилади, і як названі застосовуються на практиці, ми розглянемо далі в статті.

сила

У світі все тіла фізичної природи починають рух завдяки силі. При її впливі, з попутним або протилежним напрямком руху тіла, відбувається робота. Таким чином, на тіло впливає будь-яка сила.

Так, велосипед рушає з місця завдяки силі ніг людини, а на поїзд діє сила тяги електровоза. Подібна дія трапляється при будь-якому русі. Робота сили - це величина, в якій збільшується модуль сили, модуль переміщення точки її застосування і косинус кута між векторами цих показників. Формула в цьому випадку виглядає наступним чином:

A \u003d F · s · cos (F, s)

Якщо кут між цими векторами не дорівнює нулю, то робота проводиться завжди. При цьому вона може мати як позитивний, так і негативне значення. На тіло не буде діяти сила при вугіллі, рівному 90 °.

Розглянемо для прикладу віз, яку тягне м'язова сила коня. Іншими словами, роботу виконує сила тяги в напрямку руху вози. А ось спрямована вниз або перпендикулярно, роботи не робить (до речі, кінські сили - це те, в чому вимірюється потужність двигуна).

Робота сили є скалярною величиною і вимірюється в джоулях. Вона може бути:

рівнодіюча (при впливі декількох сил);
непостійній (тоді обчислення проводиться з інтегралом).

потужність

У чому вимірюється ця величина? Для початку розберемо, що вона з себе представляє. Зрозуміло, що рух тіло починає за рахунок сили, що здійснює Однак на практиці, крім цього, необхідно знати, як саме вона відбувається.

Робота може бути завершена в різні терміни. Наприклад, один і той же дію може зробити маленький моторчик або великий електричний двигун. Питання тільки в тому, за який час воно буде вироблено. Величина, що відповідає за таке завдання, - це потужність. У чому вимірюється вона, стає зрозумілим з визначення - це відношення роботи за конкретний час до його величини:

Шляхом логічних дій приходимо до такої формули:

тобто добуток векторів сили на швидкість руху - і є потужність. У чому вимірюється вона? За міжнародною системою СІ, одиницею виміру цієї величини є 1 Ватт.

Ватт і інші одиниці вимірювання потужності

Ватт означає потужність, де за одну секунду виробляється робота в один джоуль. Останню одиницю назвали так на честь англійця Дж.Уатта, який винайшов і спорудив першу парову машину. Але він при цьому використовував іншу величину - кінську силу, якась застосовується і до цього дня. приблизно дорівнює 735,5 Ватт.

Таким чином, крім Ватта, потужність вимірюють в метричній кінській силі. А при дуже малому значенні також використовують Ерг, рівний десяти в мінус сьомий ступеня Ватт. Можливо і вимір в одній одиниці маси / сили / метрів в секунду, що дорівнює 9,81 Ватт.

Потужність в двигуні

Названа величина є однією з найважливіших в будь-якому моторі, який буває самої різної потужності. Наприклад, електрична бритва має соті частки кіловата, а ракета космічного корабля налічує мільйони.

Для різної навантаження необхідна різна потужність для збереження певної швидкості. Наприклад, машина стане важче, якщо в неї помістити більше вантажу. Тоді про дорогу збільшиться. Тому, щоб підтримувати ту ж швидкість, що і в ненавантаженому стані, буде потрібно велика потужність. Відповідно, мотор буде з'їдати більше палива. Про цей факт відомо всім водіям.

Але при великій швидкості важлива і інерція машини, яка прямо пропорційна її масі. Бувалі водії, які знають про цей факт, знаходять при їзді найкраще поєднання палива і швидкості, щоб бензину йшло менше.

потужність струму

У чому вимірюється потужність струму? У тій же самій одиниці по системі СІ. Вона може бути виміряна прямим або непрямим методом.

Перший спосіб реалізується за допомогою ватметра, яке споживає істотну енергію і сильно навантажує джерело струму. З його допомогою вимірюється від десяти Ватт і більше. Непрямий метод використовують при необхідності виміряти малі значення. Приладами для цього служать амперметр і вольтметр, під'єднані до споживача. Формула в даному випадку буде мати такий вигляд:

При відомому опорі навантаження, вимірюємо протікає через неї величину струму і знаходимо потужність так:

P \u003d I 2 ∙ R н.

За формулою P \u003d I 2 / R н також може бути вичесліть потужність струму.

У чому вимірюється вона в мережі трифазного струму, теж не секрет. Для цього застосовують уже знайомий прилад - ватметр. Причому вирішити задачу, ніж вимірюється можна за допомогою одного, двох або навіть трьох приладів. Наприклад, для чьотирьох установки буде потрібно три пристрої. А для трехпроводной за несиметричного навантаження - два.