Мощность электрического тока: определение, формулы, единицы измерения, обозначение. В чем измеряется мощность тока?

В случае сбалансированной нагрузки P измеряется на одной фазе, а результат умножается на три. В случае несбалансированной нагрузки для измерения необходимы три устройства.

В чем измеряется мощность

Электрические устройства характеризуются многими параметрами, одним из которых является мощность. Многие слышали о нем, но не все могут объяснить, что это такое, как измеряется мощность и как ее можно определить.

Знание мощности помогает при сравнении приборов одного типа, выборе необходимого источника питания, прогнозировании энергопотребления и во многих других областях. Прежде всего, необходимо ознакомиться с этим термином.

Что такое мощность электрического тока

Мощность относится к определенным колебаниям энергии. В этом случае определяется пропускная способность линии.

Или это преобразование, т.е. электродвигатель может выполнять механическую работу, телефон преобразует электричество в радиоволны и потребляет энергию для работы процессора, экрана и т.п. Оказывается, мощность относится к потреблению энергии за определенный период времени.

Но есть и обратный процесс. С другой стороны, генератор, который производит электроэнергию и возвращает ее потребителю, имеет определенную мощность. Батарея может быть как источником энергии, так и потребителем при зарядке. Мощность, по сути, является скалярной величиной и определяется в определенный момент времени.

Скаляр — это величина, определяемая только числом, без указания направления электрического тока.

Кроме того, потребитель сам может изменять мощность в зависимости от задачи. Это проще всего объяснить на примере фотоаппарата.

Когда камера работает, энергопотребление одно, когда делается снимок, энергопотребление другое, а когда используется вспышка, энергопотребление составляет уже треть. И каждый раз вы можете определить потребляемую мощность с помощью простой формулы.

Формула расчета мощности, тока и напряжения

Во-первых, определите единицы мощности, входящие в формулу, или определите, что позволяет току выполнять определенное действие.

Электрический заряд, составляющий ток, должен находиться в движении, только тогда он может проявляться, потому что по определению электрический ток — это движение заряженных частиц в замкнутой цепи. Поэтому мощность напрямую связана с количеством энергии, перемещаемой в единицу времени в данной цепи.

Что движет зарядами? Это разность потенциалов, создаваемая источником питания. Он измеряется в вольтах и называется напряжением. Другим аспектом является величина нагрузки, протекающей через сечение проводника в данный момент времени. Это называется током и измеряется в амперах. Это два компонента, необходимые для упрощенной формулы.

Что мы должны делать с этими компонентами? Для лучшего понимания предположим, что напряжение отвечает за скорость движения, а ток — за количество заряда. Предположим, что напряжение составляет 1 единицу, а ток начинается с 2 нагрузок. В этом случае за единицу времени перемещается 2 груза.

Что произойдет, если напряжение увеличится до 2 единиц? Тогда перемещается в два раза больше грузов, так как скорость перемещения увеличивается.

Отсюда следует: чтобы определить мощность (количество перемещенных грузов), напряжение необходимо умножить на силу тока. Если подставить обозначения, то получится формула для мощности: P=UI,

• где P – мощность,
• U – напряжение,
• I – сила тока.

Теперь осталось найти способ измерения электрической мощности.

Формулы

На этикетках многих бытовых приборов указана их мощность. Мощность (P) указывает на работу (A), выполняемую электрическим прибором в единицу времени (t). Поэтому, чтобы найти среднюю мощность электроприбора, нужно разделить его работу на время, т.е. P = A / t.

Давайте рассмотрим, что такое сила электрического тока. Для этого рассмотрим схему (см. рис. 1), состоящую из источника питания, проводов и электрического соединения, в качестве которого может выступать резистор, батарея, электродвигатель и т.д.

Рекомендуемое электрическое напряжение также указано на электрооборудовании. Какова взаимосвязь между этими двумя величинами? Из школьной физики мы знаем, что напряжение (U) между концами данного электрического устройства определяется следующим образом: A — это работа, совершаемая источником электрического напряжения для переноса электрического заряда (q) по проводнику.

Величина электрического заряда рассчитывается по следующей формуле: q = I * t

Имеем A = P * t, A = U * q и q = I * t. После преобразования формул получаем: A = P * t = U * q = U * I * t

Из этого следует (путем деления обеих сторон уравнения на t), что P = U*I. Это означает, что количество энергии, передаваемой от источника тока к резистору, определяется по формуле P = U * I

Из этой формулы получаем: U = P / I, I = P / U.

Согласно закону Ома для участка цепи, I = U/R, где R — электрическое сопротивление участка цепи. Таким образом, две другие формулы для мощности электрического тока выводятся из формулы P = U * I, т.е. P = U 2 /R, P = I 2 R.

Формула P = I 2 R может быть хорошо применима к цепям с последовательно соединенными проводниками, поскольку сила электрического тока в таком соединении одинакова во всех проводниках.

В случае параллельно соединенных проводников работу и мощность удобнее выражать через одно и то же электрическое напряжение, пренебрегая силой тока, т.е. предпочтительнее применять формулу P = U 2 /R.

Если электрические устройства соединены последовательно или параллельно, их электрическая мощность складывается. В этом случае для расчета полной мощности используйте следующую формулу.

P_всего= P₁+ P₂+ … + P_nгде P₁, P₂… это полномочия отдельных потребителей электроэнергии.

Единицы измерения и обозначение

В Международной системе единиц (СИ) мощность измеряется в ваттах. В этом случае российское обозначение: W, международное обозначение: W ). 1 Вт = 1 Дж/c. Из формулы P = U*I получаем: 1 Ватт = 1 Вольт * 1 Ампер, или 1 Вт = 1 В*А.

Существуют также единицы измерения мощности, кратные ваттам: Центаватт (гВт), киловатт (кВт), мегаватт (МВт), т.е. 1 гВт = 100 Вт, 1 кВт = 1 000 Вт, 1 МВт = 1 000 000 Вт.

Единицы мощности, используемые в электротехнике, кратны ваттам: микроватт (мВт), милливатт (мВт), стоватт (гВт), киловатт (кВт) и мегаватт (МВт). 1 мВт = 1*1 0-6 Вт, 1 мВт = 1*1 0-3 Вт, 1 гВт = 1*10 2 Вт, 1 кВт = 1*10 3 Вт, 1 МВт = 1*10 6 Вт. Другими словами: 1 мВт = 1*1 0-6 Вт, 1 мВт = 1*1 0-3 Вт, 1 гВт = 1*10 2 Вт, 1 кВт = 1*10 3 Вт, 1 МВт = 1*10 6 Вт.

Каждый электроприбор имеет определенную номинальную мощность (указана на приборе). Вот некоторые типичные номиналы мощности для некоторых электроприборов.

Прибор	Мощность, Вт
Телевизор в режиме ожидания	0,5
Факел	Около 1
Лампа накаливания	25-150
Холодильник	160
Электрический нагреватель	500-2000
Hoover	До 1300-1800 гг.
Электрический чайник	Около 2000 года
Железо	1200-2200
Стиральная машина	до 2300

В прошлом мощность выражалась в лошадиных силах (л.с.), что известно и сегодня. Переведите лошадиные силы в ватты с помощью выражения.

Пример расчета мощности электрического тока

В конце вы сможете проверить свои знания на 2 общих примерах.

Представьте, что в первой задаче у вас есть резистор R = 50 Ω, через который течет электрический ток I = 0,3 A. Какая электрическая мощность преобразуется в этом резисторе?

Вы можете найти решение, найдя соответствующую формулу и подставив в нее заданные значения. Так что у нас есть.

Во второй задаче у нас есть резистор R, электрическое сопротивление которого составляет 700 Ом. В спецификации указано, что максимальная мощность этого резистора составляет 10 Вт. Насколько высоким может быть напряжение, приложенное к этому резистору?

Чтобы решить эту проблему, найдем подходящую формулу.

Это означает, что максимальное напряжение может составлять 83,67 В. Для обеспечения безопасности следует выбирать электрическое напряжение, которое значительно ниже этого предела.

Более подробно о том, как можно определить мощность электрического тока, я рассказывал в этой статье: https://www.asutpp.ru/kak-nayti-moschnost.html.

Активная

Этот тип электрической мощности определяет работу, затрачиваемую исключительно на преобразование энергии. Примером может служить энергия, затрачиваемая на нагрев резистора.

Метод расчета:

Где «φ» — угол, на который сдвинуты фазы между векторами тока и напряжения.

Значения U и I принимаются за эффективные значения, когда они вводятся в формулу.

Формулы для расчета мощности

Реактивная

Реактивная мощность электрического тока используется для количественной оценки емкостной и индуктивной нагрузки на сеть.

Метод расчета:

Для реактивной мощности электрического тока используется единица измерения вольт-ампер (VAr, kVAr, mVAr).

Реактивная часть возникает при расчете мощности в цепи, в которой подключена индуктивность или емкость:

1. Индуктивность – это любая катушка: трансформаторная, реакторная, обмотки электродвигателя и т. д. Из-за происходящих процессов самоиндукции электрическая энергия не вся преобразовывается в другой вид, а определенное количество возвращается в сеть. Так как вектор ее смещен по фазе, сеть работает с перегрузкой;
2. Конденсатор, представляющий собой емкость, работает аналогичным образом, но смещение вектора возвращаемой энергии находится в противофазе по сравнению с индуктивным.

Это важно: для повышения качества электроэнергии и эффективности энергосистем свойство индуктивности и емкости работать в противофазе используется для компенсации реактивной энергии (использование конденсаторных схем).

Полная

Если знать активную и реактивную составляющие, можно определить полную мощность электрического тока. Хотя он не описывает фактическое потребление энергии, расчет необходим для определения нагрузки на компоненты электросети: Воздушные линии и кабели, распределительные устройства, трансформаторы.

Метод расчета:

S = U*I, результат измеряется в вольтах.

При использовании активных и реактивных составляющих тока значение полной мощности определяется квадратным корнем из суммы их квадратов.

Дифференциальные выражения для электрической мощности

В реальных проводниках потери энергии на единицу объема значительны. Такие ситуации рассматриваются в терминах плотности тока (j). (Удельная) мощность определяется выражением Рудельн = (j2) * Рудельн. Для облегчения оценки часто используется удельная проводимость, которая является обратной величиной соответствующего сопротивления.

Приведенные выше формулы без поправочных коэффициентов используются для расчета цепей, подключенных к источнику постоянного тока. При использовании обычного мультиметра сопротивление подключенной нагрузки определяется с помощью соответствующей настройки переключателя. Измерительный прибор подключается последовательно для проверки тока и параллельно для проверки напряжения. Чтобы узнать, сколько будет потреблять схема, используются формулы:

P = I * U или P = U2/ R = I2 * R.

Для справки. Когда батарея подключена в режиме зарядки, направления тока источника и нагрузки совпадают. В этом случае электрическая мощность потребляется нагрузкой. При противоположном направлении токов энергия поглощается источником ЭМС.

Мощность переменного тока

Формулы для мгновенных значений не могут быть применены к таким цепям, поскольку общее значение от минимума до максимума будет меняться с частотой сети. Типичный однофазный источник питания 220 В будет поддерживать синусоидальную форму волны 50 Гц.

Однако при подключении нагрузки с резистивной характеристикой можно использовать приведенные выше простые соотношения (P = U * I и другие):

• ТЭНов стиральных машин;
• нагревательных спиралей инфракрасных излучателей;
• лампочек с вольфрамовой нитью накаливания.

Это выражение используется для определения того, сколько мощности подается на нагрузку.

Активная мощность

Ситуация радикально меняется, когда подключается мощный электродвигатель или конденсатор. Такие нагрузки образуют колебательный контур, который обменивается энергией с электросетью. Единственную полезную функцию в этом случае выполняет активный компонент (Ract). Он рассчитывается следующим образом:

• U * I – постоянный ток (переменный при резистивной нагрузке);
• U * I * cos ϕ – для ~220V, одна фаза;
• U * √3 * cos ϕ = U * 1,7321 * cos ϕ – три фазы, U * √3 * ~380V.

Реактивная мощность

Этот параметр необходимо учитывать, несмотря на отсутствие полезных операций для правильной оценки важных параметров сетки. Факт, что проводники нагреваются, когда ток течет в любом направлении. Циклическое энергетическое воздействие при достаточно высокой интенсивности:

• разрушают жилы и защитные оболочки кабелей;
• провоцируют короткое замыкание;
• повреждают обмотки электроприводов и трансформаторы.

Реактивный компонент определяется по формуле:

Реактивная = U * I * sin ϕ.

Он принимает отрицательное (положительное) значение при подключении нагрузки с емкостными (индуктивными) свойствами.

Из определения ясно, как измеряется фактическая емкость в таких ситуациях. Поскольку речь идет об изменении параметров электрического (магнитного) поля, конечный результат называется инерционным вольт-ампером (единица Var).

Полная мощность

Когда эти величины выражены в виде векторов, образуется треугольник. Длина сторон соответствует энергопотреблению данного компонента. Угол между полной мощностью (Ppol) и активной мощностью (ϕ) используется в расчетах для вычислений. Общая формула такова:

Rpoln = √((Ract)2 + (Rreact)2).

Комплексная мощность

При необходимости потребляемая мощность может быть представлена в виде составного значения. Используются основные коэффициенты. Вместо сопротивления используется импеданс.

Измерения

Как показано выше, некоторые исходные данные могут быть получены в результате практических измерений. Ниже приведены характеристики типичных специальных приборов.

Прямые замеры

Ваттметры выпускаются в различных модификациях для ~220 В и ~380V. В ходе работы вносятся соответствующие коррективы. Подключение зондов должно выполняться в соответствии с инструкциями производителя и соответствующим расположением проводников. Как правило, в конструкции устройства используются две катушки с параллельным и последовательным подключением к нагрузке. Для большей точности используются приборы профессиональной категории.

Косвенные замеры

Эта работа выполняется с помощью мультиметров. Измеряются сопротивление, ток и напряжение, а затем рассчитывается мощность.

Фазометры

Эти устройства используются для измерения разности фаз между различными электрическими параметрами. Значение cos ϕ можно определить с помощью данного устройства, если значение, указанное на заводской табличке, не включено в документацию, прилагаемую к устройству.

Регулирование cos

Негативное влияние упомянутых выше реактивных элементов может быть компенсировано специальными дополнениями к общей схеме. Расчеты следует производить по приведенным формулам.

Подбор номинала автоматического выключателя

Автоматические выключатели защищают электрооборудование от токов короткого замыкания и перегрузок.

В случае неисправности они отключают защищаемую цепь с помощью теплового или электромагнитного расцепителя.

Термовыключатель состоит из биметаллической пластины с различными коэффициентами теплового расширения. При превышении номинального тока пластина изгибается и срабатывает механизм расцепления.

Электромагнитный расцепитель состоит из катушки соленоида с подвижным сердечником. Если номинальное значение I превышено, электромагнитное поле в катушке увеличивается, сердечник втягивается в катушку соленоида и активируется механизм расцепления.

Минимальное значение I, при котором срабатывает тепловой расцепитель, устанавливается с помощью регулировочного винта.

Ток отключения магнитного выключателя при коротком замыкании равен произведению установленного тока отключения и номинального тока выключателя.

Как узнать напряжение, зная силу тока

Для расчета напряжения используются формулы:

U=P/I — постоянный ток,

U=P/(I*cos(phi)) — однофазной сети,

U=P/(1.73*I*cos(phi)) — представляет собой трехфазную сеть.

Из этого выражения следует, что напряжение прямо пропорционально напряжению и обратно пропорционально току.

Как рассчитать мощность, зная силу тока и напряжение

Характеристическая мощность электрической системы рассчитывается по следующей формуле:

Советы по чтению: Принцип работы и принципиальная схема генератора переменного тока.

Принцип и принципиальная схема и принцип работы генератора,

P=U*I*cos(phi) — однофазный переменный ток.

P=1,73*U*I*cos(phi) — трехфазная сеть.

В этой статье приведены упрощенные формулы для расчета активной мощности электросети, которые дают приблизительные результаты.

Для получения точных результатов необходимо также учитывать реактивные и условные сопротивления, а также потери.

Как правильно рассчитать

Как правильно рассчитывается активная мощность?

Мощность электроэнергии влияет на то, как быстро устройство может выполнить свою задачу. Например, дорогой радиатор с удвоенной мощностью нагревает комнату быстрее, чем два дешевых радиатора с вдвое меньшей мощностью. Поэтому выгоднее приобрести прибор с большей мощностью, чтобы быстрее обогреть холодное помещение. В то же время, однако, такое устройство потребляет значительно больше энергии, чем его более дешевый аналог.

При выборе труб для установки также учитывается энергопотребление всех приборов в доме. Если это не учесть и подключить много приборов в более позднее время, сеть будет перегружена. Проводка не сможет выдержать ток от всех приборов, что приведет к расплавлению изоляции и короткому замыканию, которое может привести к самовозгоранию проводки. В результате может возникнуть пожар, который может привести к необратимым последствиям.

Однофазный синусоидальный ток в электрических цепях рассчитывается по формуле P = U x I x cos φ, где U и I. Их обозначение кодируется следующим образом: среднеквадратичное значение напряжения и тока и φ — фазовый угол между ними.

Для несинусоидальных цепей электрическая емкость равна квадратному корню из суммы квадратов активной и реактивной емкостей. Активная емкость характеризуется скоростью, с которой происходит необратимый процесс преобразования электрической энергии в другие формы энергии. Эта мощность может быть рассчитана на основе тока, напряжения и активной составляющей сопротивления цепи r или проводимости g по формуле P = I(2) x r = U(2) x g.

Реактивная мощность

Следует отметить, что:

• резистор потребляет активную мощность и отдаёт её в форме тепла и света.
• индуктивность потребляет реактивную мощность и отдаёт её в форме магнитного поля.
• конденсатор потребляет реактивную мощность и отдаёт её в форме электрического поля.

В любой электрической цепи, синусоидальной или нет, активная емкость всей цепи равна сумме активных емкостей отдельных частей цепи, а в трехфазных цепях электрическая емкость определяется как сумма емкостей отдельных фаз. Активная емкость связана с общей емкостью S соотношением P = S x cos φ.

В теории дальнодействия (анализ электромагнитных процессов в линии передачи, длина которой сопоставима с длиной электромагнитной волны) полным аналогом активной мощности является кажущаяся мощность, которая определяется как разность между падающей и отраженной мощностью.

Как можно определить полную реактивную мощность по активной мощности? Эта мощность, характеризующая нагрузки, возникающие в электрооборудовании за счет изменения энергии электромагнитного поля в цепи синусоидального переменного тока, равна произведению среднеквадратических значений напряжения U и тока I, умноженному на синус угла сдвига фаз φ между ними: Q = U x I x sin φ (если ток отстает от напряжения, сдвиг фаз положительный, если опережает — отрицательный).

Энергия может быть двух видов: реактивной и активной.

Активная мощность — это реальная электрическая мощность, она производит реальную работу на нагрузке, W обозначает этот параметр. Он преобразует энергию в механическую, тепловую и другие формы энергии.

Если вы включаете мощный прибор или конденсатор, напряжение в сети падает. Такие нагрузки образуют колебательный контур, который потребляет энергию из сети. Полезные функции в этом случае выполняет только элемент P act. Активный индекс рассчитывается следующим образом:

• U х I – постоянный ток (переменный при резистивной нагрузке);
• U х I х cos fi – для однофазной линии 220 В;
• U х √3 х cos fi = U х 1,7321 х cos fi – 3-х фазная сеть, U х √3 х 380V.

Существуют и другие виды энергии, но об этом подробнее позже.

Реактивная мощность

Это значение указывает на нагрузки, возникающие в оборудовании из-за колебаний энергии электромагнитного поля.

Реактивная мощность должна учитываться независимо от отсутствия полезной работы для правильной оценки основных данных сети. Кабели и провода нагреваются, когда по ним течет ток в любом направлении. Это происходит довольно циклично. Воздействие энергии высокой интенсивности:

• повреждают кабельные жилы и защитную изоляцию;
• способствуют возникновению короткого замыкания;
• разрушают обмотки трансформаторов и приводов.

Реактивная мощность выражается в ВА (вольт-амперах) и рассчитывается путем умножения напряжения на ток и угол дрейфа:

P p = U x I x sin fi.

При подключении нагрузки с емкостными параметрами значение становится отрицательным, а с индуктивными параметрами — положительным. Поскольку свойства магнитного поля меняются, единицей измерения реактивной мощности является ВА.

Если параметры общей электрической мощности представить в виде векторов, то получится треугольник. Длина сторон равна количеству электрической энергии, потребляемой данным компонентом. Для расчетов используется угол между полной мощностью (P full) и активной мощностью (ϕ). Общая стоимость определяется выражением: P poln = √((P act)2 + (P react)2).

Что такое мощность в электричестве

Напряжение — это работа, совершаемая при перемещении зарядного устройства. Ток — это количество кулонов, перемещаемых за 1 секунду. Умножение первого параметра на второй дает общую работу, совершенную за 1 секунду.

Сила тока — это числовая мера тока, характеризующая его энергетические свойства. Показатель мощности в равной степени зависит от силы напряжения и тока. А что измеряется интенсивностью тока? Для измерения этого параметра используется ваттметр, и единица измерения обозначается так же — W (ватты).

Используя зависимость параметра мощности от силы тока и напряжения, специалисты могут передавать электроэнергию на большие расстояния. Для этого ток преобразуется на подстанциях.

Мощность электрооборудования и неактивная мощность

В технических характеристиках электроприборов важной характеристикой является эффективная нагрузка — коэффициент мощности. Он показывает, насколько эффективно бытовой прибор использует электроэнергию.

Это число о т-1 до 1, которое никогда не равно единице. Этот коэффициент зависит от типа нагрузки: C, L или R. Первые два оказывают отрицательное влияние на PF = cos φ системы. Если параметр большой, то потребление тока устройствами увеличивается. Многие потребители тока являются индуктивными, что приводит к отставанию тока от напряжения.

Реактивная энергия генерируется в электрических цепях переменного тока. Он рассчитывается просто: квадратный корень из суммы (Pa2+Pr2). Если реактивная нагрузка равна нулю, то пассивная нагрузка равна единице |Pa|.

Наличие нелинейных искажений тока в энергосистемах обусловлено несоблюдением результирующего направления между U/I, поскольку энергия имеет пульсирующий характер. В нелинейных режимах полная мощность тока (EP) увеличивается. Такая нагрузка неактивна и потребляет энергию Pr и энергию искажения тока. Единица измерения такая же, как и для обычной мощности W.