Как рассчитать номинальную мощность

Номинальная мощность электродвигателя и его расчет

Одна из естественных характеристик электродвигателя – его номинальная (эффективная) мощность (Pном), которая для машин переменного и постоянного тока является механической мощностью на валу.

Это мощность двигателя, с которой он мог бы работать в номинальном режиме — режиме эффективной работы на протяжении длительного времени (не менее нескольких часов). Номинальная мощность измеряется в Вт (кВт) или лошадиных силах (л.с.) и указывается на щитке электрической машины вместе с остальными основными характеристиками.

Номинальная мощность электродвигателя

При нагрузках, меньших Pном, мощность двигателя развивается в полной мере. При загрузке двигателя до номинальной мощности на сравнительно короткий промежуток времени, можно считать, что он не используется в полную силу. В такой ситуации бывает целесообразна его кратковременная перегрузка, предел которой определяется перегрузочной мощностью двигателя.

В паспорте электродвигателя заводом-изготовителем всегда указываются номинальные величины мощности Pном, напряжения Uном, коэффициента мощности cosϕном, номинальная угловая скорость двигателя ωном.

Расчет номинальной мощности

Метод эквивалентного тока

Применим для расчета номинальной мощности при обязательном соблюдении во время работы неизменности показателей мощности потерь в обмотках двигателя, складывающейся из постоянной и переменной величин мощности, сопротивлений обмоток ротора и статора, потерь на механическое трение. Зная номинальный коэффициент мощности, показатели эквивалентного тока и номинального напряжения, возможно рассчитать номинальную мощность электродвигателя:

Pном ≥ Iэк ∙ Uном ∙cosϕном,

где Iэк – показатель эквивалентного тока,

Uном – номинальное напряжение,

cosϕном – номинальный коэффициент мощности, повышающийся с увеличением мощности и номинальной угловой скорости вращения ротора, а также зависящий от нагрузки. Для большинства электродвигателей составляет 0,8-0,9.

Метод эквивалентного момента

Электродвигатели любого типа имеют пропорциональный произведению тока и величине магнитного потока вращающий момент. Метод эквивалентного момента для расчета номинальной мощности используется в тех случаях, когда условия применяемой нагрузки определяют непосредственно требуемый от двигателя момент, а не ток. Для синхронных и асинхронных машин переменного тока, коэффициент мощности cosϕ приближенно принимается за постоянную величину:

Pном = Мвр ∙ ωном,

где Мвр – значение вращающего момента,

ωном – номинальная угловая скорость двигателя.

Определение номинальной мощности опытным путем

Указанная в паспорте или щитке устройства номинальная мощность будет равна этому значению только при оптимальной нагрузке на вал, определяемой заводом-изготовителем для номинального режима. На что ориентироваться, если по каким-то причинам не сохранился паспорт или стерлись надписи на табличке?

Помогут практические измерения и счетчик электроэнергии:

Необходимо полностью отключить все прочие источники потребления электроэнергии: освещение, электроприборы и т.д.
В случае использования электронного счетчика, следует подключить двигатель под нагрузкой на 5-6 минут, на электронном дисплее отобразиться величина нагрузки в кВт.

Дисковый счетчик проводит измерения в кВт∙час. Следует записать последние показания и включить двигатель на 10 минут с точностью до секунды. После остановки электромашины, отнять из полученного значения записанные показания и умножить на 6. Полученное число и будет являться активной механической мощностью двигателя.

Для маломощных двигателей можно подсчитать количество оборотов диска счетчика, для каждого из которых указана, чему равна величина полных оборотов в единицах мощности. Несложные расчеты помогут определить искомую величину мощности.

При использовании этого метода важно правильно подобрать нагрузку, поскольку при ее недостаточности или перегрузке, определяемый показатель будет далек от номинальной мощности электродвигателя.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад, если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное. Всего доброго.

Что значит номинальная мощность?

Номинальная мощность двигателя отличие от максимальной

Что такое номинальная мощность?

С термином «номинальная мощность» мы сталкиваемся практически ежедневно. Выбираем ли электрический чайник или лампу накаливания – везде указано это значение. Единицей измерения являются ватты или киловатты. Казалось бы – что может быть проще в этом вопросе? Ведь еще со школьного курса физики всем известно, что для определения мощности (P) достаточно перемножить значения тока и напряжения. Но что скрывается за словами «номинальная мощность»? Под термином «номинальный» понимают определенное значение чего-либо, не учитывающее внешних корректирующих факторов. Таким образом, номинальная мощность – указанное производителем значение, которое может быть получено только при предусмотренных расчетных параметрах. Это общее понятие. В каждом же конкретном случае необходимо учитывать свои специфичные особенности. Приведем пример с лампой накаливания. На ее стеклянной колбе отмечено: 230 В, 100 Вт. То есть, 100 Вт может быть достигнуто только при напряжении в 230 В. Номинальная мощность – это те самые 100 Вт. Ее значение уменьшается со снижением напряжения и увеличивается с повышением так как эти параметры находятся в прямой зависимости друг от друга (P=I*U). Как правило, для большинства электроприборов есть ограничение по верхней границе, обычно 5-10%. Другими словами, допустима работа при 230 В + 23 В = 253 В. Нижний предел может не указываться, как в случае с лампой. Более сложное оборудование ограничено по паспортным параметрам как сверху, так и снизу. К примеру, как понять термин «номинальная мощность двигателя»? Существует два равноправных определения – одно с точки зрения электричества, а другое исходя из расчетной механической нагрузки на валу. Хотя они непосредственно взаимосвязаны, второе более простое для понимания. Мы приведем оба. На табличке с паспортными данными всегда указано значение мощности. Она численно равна потребляемой из электрической сети при расчетной механической нагрузке, причем температура корпуса должна находиться в допустимых пределах (подразумевается продолжительный режим работы). То есть, можно считать, что паспортное значение равно номинальному. Если же электропривод работает в повторно-кратковременном режиме (ПВ не равно 100%), то такое соответствие не выполняется, так как времени работы недостаточно для перехода в установившийся режим, когда увеличение нагрева компенсируется температурой окружающего воздуха. В этом случае потребуется нагрузочный график: номинальная мощность будет равна произведению паспортного значения P и корня квадратного из подобранного по графику коэффициента. Все вышесказанное верно для электрической составляющей. Согласно другому определению, номинальная мощность принимается равной механической, развиваемой двигателем при расчетном значении напряжения и температурном режиме, соответствующем паспортному. Таким образом, если напряжение (U) уменьшается, то изменяется и момент силы, хотя скорость вращения вала может остаться прежней. Как было сказано, производителем закладывается в изделие определенный «запас прочности»: колебания U в пределах +-5% позволяет двигателю развивать расчетный момент (при неизменности частоты сети). Для частоты такой запас составляет всего 2,5%. А вот номинальная мощность трансформатора учитывает только температурный режим. Если посмотреть в паспорт устройства, то там указаны две температуры: номинальная и окружающего воздуха. Если при работе первая не превышает своего расчетного значения, а вторая отличается от паспортных данных незначительно, то в этом режиме трансформатор выдает номинальную мощность. Любое повышение электрической нагрузки вызывает рост тока и температуры, поэтому вполне достаточно контроля последней. Как и в случае с двигателями, допускается небольшое превышение.

Расчет номинальной мощности

Метод эквивалентного тока

Pном ≥ Iэк ∙ Uном ∙cosϕном,

где Iэк – показатель эквивалентного тока,

Uном – номинальное напряжение,

Метод эквивалентного момента

Pном = Мвр ∙ ωном,

где Мвр – значение вращающего момента,

ωном – номинальная угловая скорость двигателя.

Определение номинальной мощности опытным путем

Помогут практические измерения и :

Необходимо полностью отключить все прочие источники потребления электроэнергии: освещение, электроприборы и т.д.
В случае использования электронного счетчика, следует подключить двигатель под нагрузкой на 5-6 минут, на электронном дисплее отобразиться величина нагрузки в кВт.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта , буду рад, если вы найдете на моем еще что-нибудь полезное. Всего доброго.

При нагрузках, меньших P ном, мощность двигателя развивается в полной мере. При загрузке двигателя до номинальной мощности на сравнительно короткий промежуток времени можно считать, что он не используется в полную силу. В такой ситуации бывает целесообразна его кратковременная перегрузка, предел которой определяется перегрузочной мощностью двигателя.

В паспорте электродвигателя заводом-изготовителем всегда указываются номинальные величины мощности P ном, напряжения U ном, коэффициента мощности cosϕ ном, номинальная угловая скорость двигателя ω ном.

Выбор генератора по мощности

Выбирая генератор, потребитель обращает внимание на различные параметры установки – вес, запас моторесурса, мобильность, наличие дополнительного функционала, цену, и т.д. Но в первую очередь необходимо выбирать установку, ориентируясь на ее мощность. Как правильно рассчитать этот показатель и на что обратить внимание?

Чтобы было понятней, разберем эту ситуацию на простом примере. Допустим, в нашем пользовании имеются такие бытовые приборы: пылесос, калорифер, морозильник. Мощность этих бытовых приборов составляет соответственно 1 кВт, 2 кВт и 0,3 кВт. Получается, чтобы обеспечить работу этих приборов, нам необходим генератор мощностью не менее 3 кВт. Чтобы понять это, разберемся в таком понятии, как номинальная мощность генератора.

Номинальная, или, как ее еще называют, реальная мощность установки, существенно отличается от максимальной. В технической документации производители чаще всего указывают именно максимальные показатели по мощности для данной модели генератора. Стоит отметить, что с такой нагрузкой установка без критических последствий может работать очень непродолжительное время – в некоторых случаях это секунды, иногда 1-2 минуты. В то же время реальная, или номинальная мощность несколько ниже максимального показателя. Для ее расчета необходим коэффициент мощности cos φ. Этот показатель определяется отношением активной мощности к полной.

Максимальная и номинальная мощность генератора

При выборе модели дизель генератора Янмар, нужно ориентироваться на его возможности, которые должны соответствовать потребностям обслуживаемого объекта. Если агрегат приобретается для дома, значит, необходимо сложить мощность всех эксплуатируемых электроприборов (от ноутбука и освещения до бытовых инструментов). Полученный результат не должен превышать активную мощность ДГУ, прописанную в руководстве по эксплуатации.

Что означает номинальная и максимальная мощность?

В технической документации к продукции Янмар указывается два типа мощности дизельного генератора:

полная (максимальная);
активная (номинальная) в кВт.

В пределах активной мощности генератор способен работать неограниченное время, пока не закончится его топливо.

Например, у модели YEG170DTLS номинальная мощность составляет 10,1 кВт и максимальная 11,1 кВт. До 10,1 кВт станция будет работать в постоянном режиме, а в пределах от 10,1 до 11,1 кВт – во временном.

Запас мощности – для чего он необходим?

При покупке автономной электростанции не бытового уровня, важно учитывать также условия эксплуатации (климат, температуру). При изменении этих параметров от заявленных производителем, производительность электростанции может уменьшаться. Потому, если планируется использовать агрегат на улице, нужно заложить запас мощности еще на стадии покупки ДГУ.

Запас мощности также необходим при подключении приборов с электродвигателями, к которым относятся холодильники, электрокосилки, насосы. Причина этого в том, что запуск двигателя требует мощности, которая выше номинальной в 3-3,5 раза. Если этого не предусмотреть, то не избежать обвального спада напряжения.

В таком случае подсчет нужно производить в следующем порядке:

Берем номинальную мощность самого производительного электроприбора и умножаем на три.
Если другие приборы с электродвигателями не будут включаться одновременно с первым, то прибавляем к этому значению их номинальные параметры.
Прибавляем также мощности всех прочих активных потребителей энергии, которые будут включены одновременно с первым прибором.
Увеличиваем полученный результат на 20-30% и получаем мощность генератора для дома с оптимальным запасом, которая подойдет под ваши нужды и обеспечит работу электропотребителей в отсутствие сетевой электроэнергии.

Суммарная мощность подключаемых приборов не должна превышать номинальную мощность генератора Yanmar. Японский производитель предлагает ДГУ от 2.0 до 3530.0 кВт, поэтому у нас на сайте не составит сложности подобрать автономную дизельную электростанцию для дома или для производства.

Пример

Допустим, в нашем распоряжении генератор с показателями мощности в 3 кВА и cos φ, равным 0,8. В таком случае номинальная мощность данной установки будет равна:

3 кВА х 0,8=2,4 (кВт)

Теперь можно понять, почему мощность может указываться в тех или иных единицах измерения, в ваттах (Вт) или Вольт Амперах (ВА). Некоторые производители, чтобы избавить потребителя от необходимости проведения вычислений, просто указывают в сопроводительной документации оба значения мощности – номинальной и максимальной. Встречаются также варианты, когда производителем указывается только одна из мощностей и приводится значение коэффициента мощности. Некоторые недобросовестные компании могут скрывать коэффициент мощности от потребителя. Это делается с целью выдать генератор за более мощную, чем на самом деле, установку.

Учет вида нагрузки

Для бытовых электроприборов характерны два вида нагрузки:

Активная (омическая) нагрузка потребляется приборами, которые преобразуют получаемую энергию в тепло. Это электрическая плита, утюг, фен, калориферы и т.д. Реактивную нагрузку потребляют остальные электроприборы, преобразующие в тепло только незначительную часть энергии. Основная часть потребляемой энергии используется с другой целью. Примерами таких приборов могут быть холодильник, пылесос, телевизор, компьютер и т.д.

Если вам нужна помощь в выборе мощности генератора для вашего дома, производственного цеха или любого другого объекта, обратитесь за квалифицированной консультацией к нашим специалистам.

Как мощность влияет на громкость колонок

Мощность акустических систем — раздолье для спекуляции цифрами. Разнообразие подходов производителей акустики к измерению этого параметра и документирования результатов заставляет подчас задуматься даже опытного аудиофила. Рассмотрим несколько популярных заблуждений на эту тему.

Миф первый. Колонки «выдают» ватты

Первым делом нужно разобраться с несколькими понятиями. Колонки бывают активные и пассивные.

Первые имеют встроенный усилитель, а для вторых он необходим в виде отдельного устройства.

Именно усилитель в обоих вариантах преобразует ток от блока питания и передаёт сигнал определённой мощности на динамики, которые в свою очередь преобразуют его в звук. Причём делают это с низким КПД, рассеивая большую часть получаемой энергии в тепло. Поэтому говорить, что колонки выдают столько-то ватт, корректно только если они активные.

В любом случае, усилитель служит поставщиком мощности (электрической), а динамик — потребителем. За редкими исключениями (их рассмотрим позже) для активной акустики указывается выходная мощность встроенного усилителя.

Например, внутри двухкомпонентной системы SVEN MC-30 установлены TAS5342R. Его номинал 100 Вт, и производитель колонок честно указывает такую выходную мощность.

При этом динамики рассчитаны на такую мощность, иначе долго такая колонка не проживёт.

С пассивной акустикой всё немного сложнее. Согласование параметров нужно обеспечивать самостоятельно. Здесь уже у каждого компонента будет “своя” мощность: у усилителя — выходная, а у колонок — потребляемая.

Дотошный акустик может заметить, что есть такая величина как звуковая мощность, но она не измеряемая, а расчётная. А вычисляется эта величина из уровня звукового давления, который и отвечает за способности колонки. Он будет подробно рассмотрен далее.

Миф второй. Громкость определяется мощностью

Начнём с того, что громкость — параметр субъективный. Если вам в разгар вечеринки захочется прибавить звука, вряд ли это понравится соседу. То есть зависит громкость от нашего основного приёмника — уха. Правильнее говорить об уровне звукового давления. Именно этот параметр часто встречается в документации на аудиоаппаратуру под именем SPL. Измеряется он в децибелах (дБ) в отличие от мощности, единица измерения которой — ватт. Децибел — величина относительная и индицирует насколько текущий уровень SPL превышает порог слышимости (0 дБ).

Мощность приходится SPL очень «дальним родственником». Как правило, это параметр, указывающий какую максимальную электрическую энергию можно направить в динамики колонки, чтобы они при этом не вышли из строя. За то, насколько эффективно эта энергия будет использоваться, отвечает другой параметр — чувствительность. Она характеризует уже динамик, а не усилитель. Измеряется как SPL на расстоянии метра от динамика, при подаче на него сигнала частотой 1 кГц и мощностью 1 Вт. Отсюда единица измерения — дБ/Вт/м.

Например, чувствительность 84 дБ/Вт/м позволит вам на одном ватте получить SPL в 84 дБ. Каждое удвоение мощности прибавит к SPL 3 дБ. Таким образом, чтобы получить внушительные для небольшого помещения 90 дБ, в такой динамик нужно «влить» 4 ватта. Если же взять более чувствительный динамик (90 дБ/Вт/м), то достаточно будет 1 Вт. Почувствуйте разницу.

Интересно, что у некоторых производителей этот параметр значится как «эффективность». Проведём следующую аналогию. Как далеко вы проедете на автомобиле на 10 литрах бензина? Зависит от расхода топлива. Также и с динамиком, который «заправляют» 10 ваттами мощности — насколько громко он заиграет? Зависит от чувствительности. В случае с 10 Вт прибавьте к её значению 10 дБ и ответ готов.

Миф третий. Существует универсальный показатель мощности

В этой области больше решает репутация производителя, который старается придерживаться стандартов измерения характеристик, а не гонится за баснословными цифрами. Вспомните магнитолы производства известных мастеров доступной бытовой электроники, на которых гордо красовались наклейки с киловаттами. Это как раз те исключения, оговоренные в мифе №1. Казалось бы, магнитола — активная акустическая система, да ещё и портативная, откуда такие цифры?

А это не мощность усилителя, а максимально возможная пиковая нагрузка на динамики, которая может длиться миллисекунды. Да, недорогой динамик возможно выдержит такой всплеск, но это ничего не имеет общего со штатным режимом работы.

Измерять мощность можно разными способами, по-разному учитывая качество звука. Ниже приведены несколько стандартизированных показателей мощности:

Номинальная и синусоидальная — параметры, появившиеся ещё в советские времена. В импортной технике разумеется их не используют;
DIN — разработан Немецким институтом стандартизации. Измеряется максимальная мощность при подаче сигнала частотой 1 кГц в течении 10 минут. При этом уровень нелинейных искажений (или THD), не должен превышать 1%;
RMS — наиболее часто встречающийся показатель. Отражает максимальный уровень мощности синусоидального сигнала на протяжении длительного времени, при котором нет физических повреждений тестируемого устройства;
PMPO — музыкальная мощность, позволившая упомянутым производителям магнитол вешать на них ярлычки с киловаттами мощности. Смысла в этом параметре немного, больше маркетинга. Может превышать RMS в 20 раз.

Представляется ассоциация с водонепроницаемостью смартфона. Поместили на пару метров в воду на несколько минут — всё работает. А если утопить метров на пять на то же время, то бесследно это для аппарата не пройдёт. Сначала могут появиться проблемы с тачскрином, при следующем погружении перезагрузится и т.д. После серии таких погружений вода постепенно выведет из строя плату. Аналогично с тестированием динамика. Кратковременно он выдержит высокую нагрузку, но при увеличении времени воздействия начнётся перегрев со всеми вытекающими последствиями.

Стоит обратить внимание на такой простой параметр как потребляемая мощность.

Вечный двигатель ещё не придумали, поэтому выходная мощность не может быть выше входной. Кратковременно оно может быть превышено. Усилитель может накопить энергию и в какой-то пик, например, сильный удар по тарелкам в музыкальном треке, выдать мощность больше потребляемой, но это несколько мгновений. По величине входной мощности можно сразу понять реальный предел устройства, и если производитель указал в брошюре заведомо большие цифры, то задумайтесь, а стоит ли вообще приобретать его продукцию.

Миф четвёртый. RMS — «честная» мощность

Это могло быть так, если бы не маркетинг и подчас повышенный оптимизм производителей акустики. RMS — это наиболее часто встречающийся показатель мощности акустической системы. Он говорит о максимальной мощности, при подведении которой динамики могут работать определённое время и не получат повреждений. То есть при следующем тесте будут функциональны. В идеале если ещё при этом не будет превышен заданный уровень нелинейных искажений. Но это для многих производителей совсем не точно. THD свыше 10% в зависимости от частоты вызывают призвуки, хрипы, скрипы и т.п., что делает прослушивание музыки некомфортным. Зато заявленная мощность будет обеспечена.

Безусловно RMS — более значимый параметр, чем любая пиковая мощность. Но лучше если производитель указывает какие уровни THD соблюдались при проведении испытаний. В идеале, если указан также и максимальный SPL.

Миф пятый. Мощность — главный параметр при выборе акустики

Чтобы дать возможность звуку полностью раскрыться, нужна громкость, равно как и обеспечивающая её мощность. Но упомянутые искажения могут сильно испортить картину. За чистоту звука на всём диапазоне SPL отвечают другие важные параметры: АЧХ, согласованность импедансов, акустическое оформление и др. Каждый из них по-своему влияет на восприятие. Не забывайте, что и помещение, в котором расположена акустическая система, тоже играет немаловажную роль. Да и особенности музыкальных композиций тоже нужно учитывать, не зря же существуют эквалайзеры. Всё эти детали в совокупности и формируют сочный насыщенный звук.

Вопросы подбора мощности усилителя и акустической системы: термины и способы измерения

Отвечаем на часто задаваемые вопросы.

Сохранить и прочитать потом —

1. Что означают такие термины, как «пиковая мощность», «мгновенная мощность», «музыкальная мощность» и «программная мощность»?

Эти термины тем или иным способом описывают изменяющуюся во времени природу музыки и необходимую для ее воспроизведения мощность электропитания. Включенная 150-ваттная лампочка создает постоянную нагрузку в 150 Вт на источник питания. А вот 150-ваттный усилитель будет отдавать акустической системе всю свою мощь только в редкие пиковые моменты. На рис. 1 изображены изменяющийся во времени музыкальный сигнал и мощность, необходимая для его воспроизведения.

Термин «пиковая мощность» на этой иллюстрации определяется как максимальная мощность, требующаяся системе в рамках указанного интервала времени. «Средняя мощность» представляет ее усредненную величину в течение этого же периода.

Следует отметить два обстоятельства: и пиковая, и средняя мощность в значительной степени зависят от характера музыкального сигнала, и их соотношение для разных музыкальных программ может сильно разниться.

В строгом смысле термин «мгновенная мощность» относится к любой краткосрочной потребности в мощности и обычно ассоциируется с ее максимальным значением, которое может потребоваться для воспроизведения музыкального сигнала. «Музыкальная мощность» и «программная мощность» не имеют строгого определения; их можно рассматривать как варианты средней мощности.

На рисунке изображена огибающая мощности музыкального сигнала по времени для типичной акустической системы, рассчитанной на использование с 300-ваттным усилителем. Обратите внимание, что большую часть времени требования по мощности остаются достаточно низкими; только хаотичные мгновенные пики требуют от системы ее выдачи в полном объеме. Отношение в децибелах, рассчитанное на основе двух пунктирных линий, называется пик-фактором сигнала. В данном случае оно составляет примерно 25 дБ, что характерно для классической музыки. Для роковых композиций значение пик-фактора лежит в диапазоне от 8 до 10 дБ.

Все акустические системы способны выдерживать намного большую мощность в кратковременном пике, чем в постоянном режиме, и правильный выбор усилителя в большой степени определяется именно этой способностью АС.

2. Как характер музыкального материала влияет на предельно допустимую мощность АС?

Динамики АС могут получать повреждения двух типов – термические и механические. Предположим, что 100-ваттный усилитель вышел из строя и начал выдавать высокочастотные колебания за пределами диапазона слышимости. Легкая звуковая катушка твитера почти сразу может выйти из строя из-за перегрева. С другой стороны, предположим, что НЧ-динамик постоянно подвергается избыточной раскачке из-за рокота проигрывателя винила, слишком высокого уровня басов, обратной связи в низкочастотной области или сочетания этих факторов. Через некоторое время движущиеся части вуфера окажутся в напряженном состоянии, способном привести к смещению оси звуковой катушки и ее износу из-за трения. В особо серьезных случаях катушка может вылететь из зазора и зависнуть над магнитной системой, как показано на рис. 2.

Динамик в нормальном состоянии

Динамик в перегруженном состоянии

К таким повреждениям может привести даже не очень высокая мощность; в случае сигнала сверхнизкой частоты достаточно всего 20-30 Вт. Общепринятые инженерные практики подразумевают применение в профессиональных системах фильтров высокой частоты для ослабления сигналов за пределами полосы пропускания системы.

3. Как рассчитывается номинальная мощность акустических систем JBL Professional?

Как было отмечено, динамик АС может быть поврежден в результате перегрева звуковой катушки или избыточной раскачки в низкочастотной области. В идеале нам нужен стандартный тестовый сигнал, в котором приняты в расчет оба этих вида повреждений и в то же время применимый на практике. Он описывается стандартом Международной электротехнической комиссии (IEC) № 268-5. Это сигнал типа розовый шум с коэффициентом амплитуды нагрузки 6 дБ, фильтрованный на 12 дБ на октаву ниже 40 Гц и выше 5 кГц.

Для определения номинальной мощности на испытуемые экземпляры динамиков подается тестовый сигнал с постепенным увеличением мощности и выявляется тот ее уровень, который они способны выдерживать в течение восьми часов. Подробности процесса тестирования приведены на рис. 3.

Мы уже упоминали выше, что коэффициент амплитуды нагрузки составляет 6 дБ. Поясним это в подробностях. Коэффициент амплитуды соотносится с пик-фактором сигнала и является точной мерой пикового значения шума, связанного со средней «нагревающей способностью» сигнала для звуковой катушки. Величина 6 дБ означает, что на конкретный динамик или преобразователь подается сигнал, мощность которого в четыре раза превышает среднюю. Например, при тестировании этим методом динамика с номинальной мощностью 150 Вт на него в течение восьми часов подавался бы сигнал с мгновенной мощностью 600 Вт. Этот метод настолько хорошо отвечает реальным условиям работы динамиков, что компания JBL теперь применяет его для всех акустических систем, отказавшись от всех ранее использовавшихся показателей мощности.

4. Что можно сказать о неправильной эксплуатации АС в нормальном режиме? Применяются ли в подобных условиях какие-либо корректирующие коэффициенты для систем?

Да. JBL выделяет три категории способов применения АС, в которых требуется корректировка указанного для системы номинала IEC:

A. При тщательно контролируемом использовании в случаях, когда должно быть обеспечено прохождение пиковых сигналов, для системы требуется усилитель, мощность которого вдвое превышает номинал АС по IEC. Например, комплект студийных мониторов с номинальной мощностью 300 Вт будет успешно работать с усилителем с выходной мощностью 600 Вт.

Пояснение: тщательное наблюдение в данном случае необходимо. Процесс записи высококлассной музыки сегодня подразумевает наличие в сигнале всплесков высокой амплитуды. Они обычно имеют очень малую продолжительность и в силу этого не нагружают компоненты системы. Таким образом, дополнительный резерв по мощности в 3 дБ (в два раза) обеспечит более устойчивое функционирование системы и меньшую утомляемость слушателя.

B. При рутинном применении, когда в расчет должен входить постоянно высокий, но не приводящий к искажениям уровень сигнала, для системы требуется усилитель, мощность которого соответствует номиналу АС по IEC.

Пояснение: к этому случаю относится большая часть ситуаций, в которых требуется звукоусиление. Такие системы нередко неумышленно подвергаются перегрузкам или могут войти в цикл обратной связи. При использовании усилителя с такой же номинальной мощностью по IEC владелец может рассчитывать на безопасную работу системы.

C. При применении в системе с музыкальными инструментами, допускающими возможность применения искажений (перегрузки звука), требуется усилитель, мощность которого соответствует половине номинала АС по IEC.

Пояснение: большая часть рок-композиций записывается практически на максимальном уровне, близком к клиппированию, поскольку именно такой звук нравится поклонникам рока. Если усилитель, способный выдавать 300 Вт на синусоидальном сигнале без искажений, выводится в режим клиппинга, его выходная мощность может достигать 600 Вт! В таком случае понижение мощности усилителя до половины номинала IEC обеспечит безопасную работу динамиков.

Чем отличается установленная мощность от номинальной?

Установленная мощность является суммой номинальных мощностей всех устройств- потребителей в цепи электроустановки. Она не является мощностью, которая подается в действительности. Это в особенности относится к электродвигателям, где номинальное значение мощности относится к выходной мощности на приводном валу.

Что такое Установленная электрическая мощность?

Установленная мощность — суммарная номинальная электрическая мощность однотипных электрических машин. Термин применяется для оценки генерируемой или потребляемой мощности электрических систем как отдельных организаций и предприятий, так и отраслей и географических регионов в целом.

Что такое установленная и расчетная мощность?

Установленной мощностью называется суммарная номинальная электрическая мощность всех однотипных электрических машин, установленных например на каком-нибудь объекте. … При проектировании электроустановок определяют расчетную полную мощность каждого из потребителей, то есть мощность, потребляемую различными нагрузками.

Что такое установленная мощность котельной?

Расчетную тепловую мощность котельной определяют как сумму максимальных часовых нагрузок тепловой энергии на отопление, вентиляцию и кондиционирование, средних часовых нагрузок тепловой энергии на горячее водоснабжение и нагрузок тепловой энергии на технологические цели.

Почему номинальная мощность отличается от фактической?

В двух словах: фактическая мощность — это мощность которую мы получаем на практике, а номинальная мощность — это мощность которую мы можем рассчитать.

Какая мощность на квартиру?

Для жилых домов 2-й категории предусмотрено две нормы электрификации: 5 – 7 кВт, на частный дом или квартиру, с газовыми плитами. 8 – 11 кВт – с электрическими плитами.

Что такое номинальная мощность квт?

Это мощность двигателя, с которой он мог бы работать в номинальном режиме — режиме эффективной работы на протяжении длительного времени (не менее нескольких часов). Номинальная мощность измеряется в Вт (кВт) или лошадиных силах (л. с.) … При нагрузках, меньших Pном, мощность двигателя развивается в полной мере.

Как определить расчетную мощность?

Р = Ргр х k x а, где:

Ргр – установленная мощность группы приемников в кВт,
k – коэффициент одновременности для этой группы,
a – коэффициент использования номинальной мощности для данной группы приемников.

Как это номинальная мощность?

Номинальная мощность нагрузки – физическая величина, определяющая максимально возможную мощность нагрузки при нормальном режиме работы. В зависимости от производителя и характера нагрузки, его номинальная мощность может быть представлена в трех разных вариантах: Активная мощность, кВт. Реактивная мощность, квар.

Что такое коэффициент спроса?

Коэффициент спроса Кс – это отношение расчетной мощности Рр к суммарной номинальной мощности группы. Казалось бы, ничего сложного, но, как показывает практика, даже в таком простейшем случае можно допустить грубейшую ошибку.

Как рассчитать мощность котельной?

Таким образом, для того чтобы посчитать мощность, которую выдаёт котельная, необходимо расход воды умножить на разность температур (перепад между «подачей» и «обраткой» ) и разделить на 1000. У Вас получится мощность в гигакаллориях (ГКал).

Чем мощность отличается от потребляемой мощности?

В отличие от первого термина, потребляемая мощность является параметром измерения потребляемой электроэнергии кондиционером за определённый промежуток времени и измеряется в ваттах. Мощность охлаждения в свою очередь измеряется в БТЕ (BTU), но может также указываться в Ваттах.

Что такое номинальная мощность ламп?

Под номинальной мощностью лампы накаливания данного типа Pл.ном понимают расчетную электрическую мощность, которая выделяется в лампе накаливания данного типа при ее включении на номинальное (или расчетное) напряжение. … Применительно к каждой лампе накаливания можно говорить о нижнем допустимом пределе светового потока.

Что называют номинальной мощностью электрического устройства?

Номинальной (установленной) мощностью эдектроприемника, называют мощность, на которую он рассчитан для длительного потребления электроэнергии из сети при номинальном напряжении и продолжительном номинальном режиме работы. Приводится на заводской табличке или в паспорте электроприемника.

Мощность акустики

Итак что же такое мощность? Что указанно на аппаратуре, что является чушью и какие именно цифры нам нужны? Как вы можете убедиться сами, любой человек ходивший в школе на уроки физики может вполне определить где реальность а где вымысел.

С самого начала стоит понять для себя что сейчас параметр мощность приобрел чисто маркетинговый характер. Некоторые фирмы придерживаются достаточно сомнительных методов измерения мощности, а многие и вовсе пишут цифры с потолка чтоб их барахло раскупалось быстрее людьми с двойкой по физике �� По этому нужно твердо для себя уяснить что цифры написанные на коробках, мануалах и девайсах за ОЧЕНЬ редким исключением с жизнью не имеют АБСОЛЮТНО ничего общего!

Абсолютно бессмысленно их называть, опираться на них и тем более суммировать. Даже замерянный усь или динамик не разовьют указанные мощности в вашем авто и даже близко к ним не подойдут.

Итак какая же мощность самая правильная? Каждая фирма меряет мощность по своему, многие не меряют вовсе. А те кто меряют честно указывают 3-4 разных цифр. рмс, рмро, среднеквадратичные, суммарные и т. д.

Тут каждый выбирает сам, но лично я предпочитаю рассматривать всего 3 параметра мощности. Это номинальная мощность, максимальная и пиковая мощность.

Номинальная мощность это та мощность при которой нелинейные искажения акустики или усилителя не превышает определенных стандартом значений.

При этой мощности искажения вносимые аппаратурой в сигнал минимальны и ухом практически не слышны. Поскольку эта мощность ограничивается искажениями, а не возможностями аппаратуры, то она как правило очень невысока.

Скажем для усилителя с максимальной мощностью в 100 ватт номинальная в зависимости от схемотехники усилителя может составлять 20-30 ватт. Именно по этому производители ее не указывают НИКОГДА!

За редким исключением в топовых моделях которые комплектуются листком с индивидуальными замерами. По большому счету для обычного повседневного бюджетного инсталла эта мощность не слишком важна и знать ее не обязательно. Гораздо важнее второй параметр.

Максимальная мощность

Это величина при которой аппаратура способна проработать длительное время на музыкальном сигнале без последствий для себе и без внесения существенных искажений в сигнал (хрипов, дребезга, бубнения и т. д.). Некоторые производители именно эту мощность указывают в качестве номинальной, что не особо верно но хотя бы реально.

Пиковая же мощность это способность аппаратуры кратковременно отдать или переварить указанную мощность без вреда для себя. Действие этой величины очень коротко, порядка 1с. При этом искажения вносимые в сигнал не учитываются поскольку они просто чудовищны. Эта цифра будет самая большая из трех но, в повседневной системе она абсолютно бесполезна потому как достигается на музыкальном сигнале достаточно редко и длится работа в пике гораздо меньше секунды. Но эта цифра является основной у спортсменов ЭС ПИ ЭЛЬ. Там аппаратура работает при замере практически тока в пиковой нагрузке. По этому для аппаратуры эс пи эль пиковая мощность тщательно измеряется. Это очень важно, поскольку за пределами этой мощности произойдут повреждения аппаратуры. В бюджетной же аппаратуре зачастую пиковая мощность берется просто с потолка.

Мы определили что в нашем случае наиболее важна максимальная мощность, мощность при которой мы можем слушать аппаратуру длительное время не опасаясь за нее и не слушая хрип и треск. Ниже попытаемся определить реальные мощности для усилителей и динамиков.

Для примера возьмем например усилитель Kicx KAP-27.

Заявка на него такая: номинал на 2ом 2х175вт, на 4 ом 2х125вт, номинальная в мосту 350вт, максимальная при 2ом 2х400ватт и максимальная в мосту 600 ватт. При этом усилитель оборудован предохранителями 2х25 ампер.

Возьмем этот усь в идеальные условия и подумаем. Допустим усть питается 13.5 вольт без каких либо просадок и падений. Поскольку 2 предохранителя не сгорают при работе, то значит он кушает по любому меньше 2х25=50ампер. 13.5в Х 50А= 675вт. Это та мощность которую потребить усилитель длительно НЕ СМОЖЕТ не спалив предохранители.

Теперь учтем что на номинал предохранителей накидывается запас процентов 10 чтоб они не горели на пиковом потреблении усилка. Вычитаем этот процент и получаем 675вт- 10% = 607.5вт.

В каждом усилителе есть блок питания повышающий напряжение для усилителя. Естественно что этот элемент что-то потребляет. В усилителях КПД блока питания порядка 90%. Вычитаем его. 607.5 -10%=546.75 ватт. Эта мощность выходит из блока питания и питает усилители. Тут вспомним что КПД усилителей А класса 10-20% Это эскушные профессиональные усилки.

АВ класса 50-60% (подавляющее большенство усей)

D класса до 90% (сабовые мощные моноблоки. Да и вообще за D классом будущее).

Мой усь АВ класса а значит вычитаем из мощности блока питания 40% потерь в усилке. 547.75вт -40%= 328.05 вт. Это та максимальная мощность которую мы можем снять с усилителя в мостовом включении каналов на расчетную нагрузку в 4ом. 328.05/2=164 вт примерно столько я смогу получить поканально нагрузив каждый канал в 2 ом. и 164вт /2= 82ватта это примерно то что я смогу получить поканально в 4ом.

Если все это дело упростить, то можно вывести коэфициенты из расчета выше. Умножите сумму предов на 13 и эту величину разделите на 2 это будет суммарная мощность всех каналов, потом поделите на количество каналов и узнаете сколько в каждом канале на 2ом, а поделив еще на 2 узнаете сколько канал отдаст в 4ом. Повторюсь что расчет сильно приблизительный и цифры реальные могут быть чуть больше (если скажем в 4х канальнике 2 канала не задействованы, а вторые 2 в мосту) или чуть меньше (если блок питание уся дерьмовый, но тем не менее уже четко видно что на выходе усилка 600 ватт и не пахнет, также как и 400, зато как я и предполагал производитель под номинальными мощностями указал цифры слегка завышенной максимальной мощности для каждого режима которые мы посчитали выше.

На данный момент это самый доступный и простой способ определить мощность усилителя не прибегая к сложным замерам. Можете посчитать свои усилки и определить честность вашего производителя. Именно по такому расчету можно узнать что мощность любого толкового гу не превысит 16 ватт максимальной мощности. Номинальная и пиковая мощность для ваших усилителей целиком будет зависеть от схемотехники и реализации отдельно взятого усилителя. С усилителями вроде более или менее понятно. Теперь поговорим о динамиках.

Мощность динамиков

Давайте рассмотрим сабвуферы как один из самых простых видов акустики. Они точно также как усилители имеют номинальную, максимальную и пиковую мощность. Разница в том что максимальная и пиковая мощность будут ограничиваться 2мя пределами. Электрическим, после которого произойдет перегрев катушки и механический, при котором динамик превысит ход.

Оба случая будут сопровождаться большими искажениями звука и в конечном счете повреждением динамика. А главная беда в том что эти параметры у динамика будут изменяться в зависимости от того в каком оформлении он установлен.

К примеру, если зажать динамик в объеме то катушка перегреется очень рано при этом ход динамика будет небольшим. И перегреется отчасти из-за маленького хода и как следствие плохого охлаждения катушки. А динамик теряет эффективность при перегреве катушки уже выше 60-70 градусов. Или например установив динамик в очень большой коробок вы превысите ход динамика уже на половине мощности и он застучит катушкой или упрется в подвесы.

Методики для расчета максимальной мощности саба фактически нету, по этому могу только порекомендовать опираться на номинальную мощность указанную производителем, считая ее предельно допустимой для дина и надеяться на честность замеров. И поинтересоваться замерами специалистов в интернете касаемо конкретной модели.

Ну и конечно не стоит забывать что на максимальную мощность динамик выйдет только в грамотно рассчитанном и настроенном коробке сделанном именно под этот дин. В грамотном ящике динамик выберет свой электрический предел мощности вплотную подойдя к механическому пределу.

А значит только в грамотном и правильном ящике саб будет работать на максимуме возможностей. В любом другом случае подведение максимальной мощности приведет к большим искажениям либо вовсе к выходу саба из строя.

Отчасти по этим причинам новички убивают сабы, а потом разносят легенды по интернету о том какой у них могучий усилитель. Ну и еще не стоит забывать о том что усилитель войдя в клипп от слабого питания начинает трепать динамик из стороны в сторону и может порвать или изжарить динамик даже в оптимальном коробке.

Немного по поводу мощности компонентной и коаксиальной акустики. Мощность указывается для системы в целом, но как правило основная часть мощности идет на работу мидбасового динамика. Почему-то как раз для этой акустики мощность завышают сильнее всего. К примеру вся бюджетная компонентная и коаксиальная акустика достаточно редко превышает 30-40 ватт максимальной мощности. По этому если вы новичок в звуке то при настройке системы с усилителем на фронт необходимо первое время тщательно вслушиваться в искажения звука, хрип, дребезг, бренчание или жесткий настойчивый звук вч.

Они будут первым и опасным признаком того что динамики перегружены. Настраивать подводимую мощность нужно так, чтобы даже на максимуме громкости динамики не искажали звук. Ну и конечно не стоит забывать про не менее важный параметр динамиков- чувствительность. Это по сути показатель КПД динамика. и если чувствительность саба низкая то даже при потреблении скажем в 600 ватт он будет играть тише чем другой от 300 ватт с более высокой чувствительностью) Так что куча ватт это вовсе не объективный показатель громкости и уж тем более качества системы!

Отдельно хочу выделить следующий момент: НИКАКИХ связок усь-саб не существует! И абсолютно бессмысленно подбирать усь под саб или саб под усь.

Любой усь можно установить с любым сабом.

И все будет прекрасно работать при грамотной настройке.

Вопрос в другом: что вы хотите получить от звука. И только четко поняв свои предпочтения нужно начинать подбор компонентов в сабовое звено по мощностям и по качеству. К примеру кто-то ставит усь мощнее саба и ограничивает его в итоге даже на максимуме саба получает минимум искажений от усилка поскольку тот абсолютно не нагружен. А кто-то саб ставит вдвое мощнее усилителя чтоб в случае небольшой перегрузки усилителя не боятся за саб.

В конце можно немного поговорить о мощности аккумулятора и генератора.

Мощность аккумулятора как правило указывается в документах к нему и она во многом зависит от емкости аккумулятора. Главный показатель мощности аккумулятора это время в течение которого он сможет эту мощность обеспечить. И чем меньше мощность тем более длительное время ее сможет отдавать аккум. Тут не стоит обольщаться красивыми цифрами.

Во-первых они тоже завышаются, во-вторых со временем при потреблении от аккумулятора его напряжение падает. Например при работающем двигателе напряжение составляет порядка 13-13.5в на клеммах усилителя и просто заглушив машину мы потеряем 1-1.5в.

А падение напряжение питания усилителя на 1в может дать снижение выходной мощности почти на треть! то есть если на заведенной машине усилитель отдает 300 ватт то на заглушенной машине мощность может составить чуть больше 220-230 вт!

А если мы подсадим аккумулятор до 11в то мощность упадет чуть ли не вдвое от заведенной машины и может составит порядка 150-160вт. а на 10в усилитель уже начнет работать нестабильно и даже возникает риск что усь сгорит.

По этому даже чуть подсаженный аккум сильно снизит все характеристики усилителя. Тоже самое будет происходить из-за просадок напряжения питания независимо от их происхождения. Этими нюансами пользуются эспиэльщики в классах где запрещается замер на заведенном движке они докидывают последовательно дополнительные аккумы напряжением 1в.

Мощность генератора

Сейчас можно встретить в продаже очень много генераторов повышенной мощности. Это очень хорошо. Возьмем генератор к примеру 100 ампер! При напряжении в 13.5в он способен обеспечить питание в 1350 ватт! Красота! НО перед покупкой стоит обратить внимание на то при скольких оборотах генератор выйдет на полную отдачу тока. И позволят ли обороты вашего двигателя раскрутить так генератор с учетом передаточного числа шкивов.

К примеру, если генератор разовьет максимум мощности при 2.5 тыс оборотов движка, то на холостых оборотах в 800-900об/мин отдача его будет очень мала и вполне возможно что даже злого генератора при повседневной езде по городу не хватит на обеспечение питаловом даже средней системки.

Это будет выражаться в больших просадках питания на ударах баса. Не зря эс пи эль машины на замере в классе позволяющем заводить двигатель ревут движками на хороших оборотах. На повседневную систему нужен генератор полностью обеспечивающий ее потребление уже на холостых оборотах. Только тогда вы сможете не задумываясь раскачивать музыку без опаски спалить что-то присадками и не опасаясь посадить аккум.

Мораль всей писанины такая: школьные знания далеко не всегда бесполезны.

Добавить комментарий Отменить ответ

Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.

Что такое номинальная мощность

Под термином «номинальный» понимают определенное значение чего-либо, не учитывающее внешних корректирующих факторов. Таким образом, номинальная мощность – указанное производителем значение, которое может быть получено только при предусмотренных расчетных параметрах. Это общее понятие. В каждом же конкретном случае необходимо учитывать свои специфичные особенности. Приведем пример с лампой накаливания. На ее стеклянной колбе отмечено: 230 В, 100 Вт. То есть, 100 Вт может быть достигнуто только при напряжении в 230 В. Номинальная мощность – это те самые 100 Вт. Ее значение уменьшается со снижением напряжения и увеличивается с повышением так как эти параметры находятся в прямой зависимости друг от друга (P=I*U).

Как правило, для большинства электроприборов есть ограничение по верхней границе, обычно 5-10%. Другими словами, допустима работа при 230 В + 23 В = 253 В. Нижний предел может не указываться, как в случае с лампой. Более сложное оборудование ограничено по паспортным параметрам как сверху, так и снизу.

К примеру, как понять термин «номинальная мощность двигателя»? Существует два равноправных определения – одно с точки зрения электричества, а другое исходя из расчетной механической нагрузки на валу. Хотя они непосредственно взаимосвязаны, второе более простое для понимания. Мы приведем оба. На табличке с паспортными данными всегда указано значение мощности. Она численно равна потребляемой из электрической сети при расчетной механической нагрузке, причем температура корпуса должна находиться в допустимых пределах (подразумевается продолжительный режим работы). То есть, можно считать, что паспортное значение равно номинальному. Если же электропривод работает в повторно-кратковременном режиме (ПВ не равно 100%), то такое соответствие не выполняется, так как времени работы недостаточно для перехода в установившийся режим, когда увеличение нагрева компенсируется температурой окружающего воздуха. В этом случае потребуется нагрузочный график: номинальная мощность будет равна произведению паспортного значения P и корня квадратного из подобранного по графику коэффициента. Все вышесказанное верно для электрической составляющей.

Согласно другому определению, номинальная мощность принимается равной механической, развиваемой двигателем при расчетном значении напряжения и температурном режиме, соответствующем паспортному. Таким образом, если напряжение (U) уменьшается, то изменяется и момент силы, хотя скорость вращения вала может остаться прежней. Как было сказано, производителем закладывается в изделие определенный «запас прочности»: колебания U в пределах +-5% позволяет двигателю развивать расчетный момент (при неизменности частоты сети). Для частоты такой запас составляет всего 2,5%.

А вот номинальная мощность трансформатора учитывает только температурный режим. Если посмотреть в паспорт устройства, то там указаны две температуры: номинальная и окружающего воздуха. Если при работе первая не превышает своего расчетного значения, а вторая отличается от паспортных данных незначительно, то в этом режиме трансформатор выдает номинальную мощность. Любое повышение электрической нагрузки вызывает рост тока и температуры, поэтому вполне достаточно контроля последней. Как и в случае с двигателями, допускается небольшое превышение.

Конвертер величин

Scheme

Этот калькулятор определяет активную, реактивную, полную и комплексную мощность, потребляемую устройством, подключенным к источнику переменного тока, по известным напряжению, току и коэффициенту мощности или фазовому сдвигу, а также характеру нагрузки (емкостная или индуктивная). Для расчетов, связанных с трехфазными системами, пользуйтесь нашим Калькулятором мощности трехфазного тока.

Пример: Рассчитать активную, реактивную, полную и комплексную мощность, потребляемую устройством, включенным в сеть переменного тока, если известно, что эффективные значения тока и напряжения U_rms = 3 V, I_rms = 2 A и коэффициент мощности PF = 0.5 или φ = –60° (емкостная нагрузка).

Входные данные
Действующее значение напряжения
U_rms
Действующее значение тока
I_rms

Нагрузка

Коэффициент мощности
PF
Фазовый сдвиг
φ °
Тип нагрузки
Индуктивная Емкостная
Поделиться ссылкой на этот калькулятор, включая входные параметры
Выходные данные
Пиковое значение напряжения
U_p В
Пиковое значение тока
Ip А
Активная мощность
P Вт
Реактивная мощность
Q Вар
Полная мощность
|S| ГВ·А
Комплексная мощность
S ГВ·А

Для расчета всех четырех видов мощности введите действующие значения напряжения и тока, коэффициент мощности или фазовый сдвиг и тип нагрузки, и нажмите кнопку Рассчитать.

Нажмите на ссылки ниже, чтобы посмотреть как работает калькулятор в различных режимах:

Чисто резистивная нагрузки
Чисто емкостная нагрузка
Чисто индуктивная нагрузка
Активно-емкостная нагрузка с коэффициентом мощности 0,6
Активно-индуктивная нагрузка с коэффициентом мощности 0,85

По этим трехфазным высоковольтным линиям электропередачи передается электроэнергия, выработанная на АЭС Пикеринг, расположенной на оз. Онтарио в 13 км от Торонто. Высокое напряжение используется для повышения эффективности передачи электроэнергии в результате уменьшения тепловых потерь в проводах.

Определения и формулы

Этот калькулятор используется для расчета мощности переменного тока и все, о чем говорится ниже, относится к переменному току. Если вы хотите рассчитать мощность по постоянному току, воспользуйтесь нашим Калькулятором мощности постоянного тока. В описании этого калькулятора вы найдете информацию о фундаментальных понятиях электротехники: заряде, силе тока, напряжении и мощности, а также о единицах их измерения. Здесь мы рассмотрим расчет электрической мощности в однофазной сети переменного тока.

В отличие от постоянного тока, который течет только в одном направлении, переменный ток периодически изменяет направление и амплитуду с течением времени. Следовательно, этот калькулятор, который считает мощность переменного тока, значительно сложнее калькулятора мощности постоянного тока. Вместо просто мощности постоянного тока в схемах постоянного тока, здесь мы будем говорить сразу о четырех видах мощности: активной мощности, P, реактивной мощности, Q, комплексной мощности, S, and полной мощности, |S|. Похоже, что четыре мощности вместо одной — слишком сложно? Ничего, мы попробуем разобраться.

Переменный ток

Установленный на столбе в жилой зоне в Канаде однофазный распределительный трансформатор, подающий потребителю ток напряжением 120 V.

Переменный ток может быть не только синусоидальной формы, как в сетевых розетках. Он может иметь любую форму, в том числе и не периодическую. Примером такой сложной формы может быть звук гитарной струны, в которой одновременно возникают колебания нескольких собственных частот струны. В результате кажется, что одновременно слышен звук нескольких частот. Однако, в описании этого калькулятора мы будем говорить только о синусоидальных колебаниях.

Для уменьшения тепловых потерь в проводах линий электропередачи, которые переносят энергию от электростанции потребителям, используется высокое напряжение до сотен киловольт. Это высокое напряжение преобразуется в более безопасное напряжение 110 или 220 В. Использовать высокое напряжение без понижения было бы очень неудобно и опасно.

Исторически сложилось так, что частота электросетей в разных странах различная, причем чаще всего встречаются частоты 50 и 60 Гц. В морской, авиационной и космической технике используется частота 400 Гц, так как она позволяет уменьшить вес оборудования, такого как трансформаторы и электродвигатели, а также увеличить скорость работы электродвигателей. Однако такая высокая частота неудобна для передачи на большие расстояния, так как в результате значительно увеличивается импеданс линий электропередачи из-за их индуктивности.

Подробнее об электрическом токе — в нашем Конвертере электрического тока.

Напряжение

Мгновенное напряжение u(t) представляется функций времени:

где U_p — пиковое значение напряжения (максимальная амплитуда) в вольтах, ω — угловая частота в радианах в секунду и f — частота в герцах. Для описания напряжения используется также величина размаха напряжения или двойная амплитуда (англ. peak-to-peak amplitude) U_pp = 2U_p. Здесь мы используем для обозначения напряжения нижний регистр u(t), чтобы показать, что это выражение для изменения мгновенного напряжения в зависимости от времени t.

Величиной размаха напряжения удобно пользоваться, например, при оценке максимального пробивного напряжения изоляции и конденсаторов. В то же время, размахом напряжения пользоваться неудобно, если нужно оценить мощность переменного тока. В этом случае удобно использовать действующее (среднеквадратичное, англ. root mean square, RMS) значение напряжения, так как такое напряжение нагревает чисто резистивную нагрузку точно так же, как это делает постоянный ток с тем же напряжением. Например, если действующее значение напряжения 220 В приложено к идеальному резистору, на нем выделится столько же тепла, сколько выделилось бы если бы к нему было приложено постоянное напряжение 220 В. Новые микропроцессорные мультиметры обычно измеряют действительное среднеквадратичное значение напряжение сигнала любой формы, так как они оцифровывают сигнал, то есть, преобразуют его в набор дискретных выборок, а затем рассчитывают среднеквадратичное значение напряжения.

Соотношение между действующим (RMS) и амплитудным значением (А) для часто используемых периодических функций хорошо известно и получено в результате интегрирования одного периода этих функций по времени:

синусоидальные колебания:

прямоугольные импульсы (меандр) со скважностью (отношение периода к длительности импульса) 50%:

прямоугольные импульсы со скважностью D:

треугольные импульсы:

Подробную информацию о напряжении можно найти в нашем Конвертере электрического потенциала и напряжения

Мощность

В типичной цепи переменного тока энергия передается по линии электропередачи от источника, например, электростанции или портативного генератора, к нагрузке, например, к лампе или телевизору. Поскольку соединительные провода имеют небольшое сопротивление, часть энергии расходуется на нагрев этих проводов и затем на нагрев окружающей среды. Бóльшая часть энергии передается в нагрузку. Если нагрузка резистивная, энергия преобразуется в тепловую и нагревает окружающую среду. Если нагрузка резистивно-индуктивная, например, электродвигатель, то электрическая энергия вначале преобразуется в механическую плюс тепловую (двигатель нагревается) и в дальнейшем вся она преобразуется в тепловую и опять же нагревает окружающую среду.

Электрическая мощность P представляет собой скорость передачи энергии в нагрузку или ее преобразования:

Здесь U — напряжение в вольтах, I — ток в амперах. В Европейских странах для обозначения напряжения обычно используют букву U. В Северной Америке для обозначения напряжения обычно используют V, потому что V — сокращение для вольта. Конечно, это неудобно, но все привыкли, так же как к фунтам, футам и дюймам. Сравните: V = 1 V и U = 1 V. Что удобнее?

Из закона Ома мы знаем, что

Поэтому мощность на резистивной нагрузке можно выразить как

где R — сопротивление в омах. В нашем Конвертере единиц мощности, описано, что мощность измеряется в ваттах (Вт). Процесс преобразования электрической энергии в тепловую обычно называется джоулевым нагревом.

Для установившегося синусоидального сигнала мгновенное напряжение u с фазовым углом φ_u и мгновенный ток i с фазовым углом φ_i можно выразить в виде

Для удобства мы предположим, что φ_i = 0, когда ток проходит положительный максимум. Тогда разность фаз между током и напряжением становится равной просто φ_u. Теперь можно преобразования функции для тока и напряжения к виду

Мгновенная мощность определяется произведением тока и напряжения

Преобразуем эту формулу, используя тригонометрическое тождество для произведения двух косинусов:

Теперь воспользуемся тригонометрическим тождеством для косинуса суммы двух аргументов:

Мгновенное напряжение, ток и мощность чистого синусоидального процесса в индуктивной нагрузке. Ток в индуктивной нагрузке отстает от напряжения (φ_u = 60°) и, следовательно, в данном случае мы имеем «отстающий» коэффициент мощности или cos φ = 0,5. Отрицательная часть красной синусоиды функции мощности под горизонтальной осью показывает часть мощности, которая возвращается в систему

На рисунке выше показано соотношение между мгновенными значениями напряжения, тока и мощности в индуктивной нагрузке в предположении, что фазовый сдвиг φ_u = 60°.

Для чисто резистивной нагрузки мощность определяется так:

Среднеквадратичное значение называют также эффективным значением синусоидального тока или напряжения.

Активная и реактивная мощность

Мы можем переписать формулу для мгновенной мощности в виде

называется активной, P. Это часть полной мощности, которая преобразуется в нагрузке в тепло и другие виды энергии и измеряется в ваттах (Вт). Величина

называется реактивной мощностью, Q. Это часть полной мощности, которая в течение каждого цикла возвращается к источнику энергии и измеряется в реактивных вольт-амперах (вар). Эту единицу можно использовать с десятичными приставками для образования дольных и кратных единиц, например, мвар, квар, Мвар (мегавар), ТВА (теравар), ГВА (гигавар) и т. д.

Можно преобразовать выражение для активной и реактивной мощности с использованием среднеквадратичных значений напряжения и тока:

Мгновенное значение напряжения и тока в емкостной нагрузке; ток опережает напряжение; фазовый угол отрицательный. Щелкните для просмотра этого примера в калькуляторе.

Конечно, в реальной жизни все нагрузки не только резистивные, но также емкостные или индуктивные. Даже электронагреватель имеет определенные емкость и индуктивность (спираль — катушка индуктивности, а отдельные витки образуют конденсаторы). Трансформаторы и электродвигатели являются примерами индуктивных нагрузок. Конденсаторы и катушки индуктивности запасают энергию во время протекания в них переменного тока, в результате чего направление передачи энергии в цепи периодически изменяется. В цепи переменного тока с чисто резистивной нагрузкой синусоидальные ток и напряжение изменяют полярность одновременно, поэтому направление передачи энергии не изменяется и передается только активная энергия.

Если нагрузка чисто реактивная (индуктивная или емкостная), то разность фаз между напряжением и током равна 90° (подробнее об этом поведении RLC цепей). В этом случае энергия в нагрузку вообще не передается. В то же время, электроэнергия течет от источника в нагрузку и возвращается назад по линиям электропередачи, которые в результате нагреваются и нагревают окружающую среду. В связи с тем, что реальные нагрузки всегда имеют некоторую индуктивность и емкость, в них всегда имеется активная и реактивная составляющие мощности.

Комплексная и полная мощность

Возможно для того чтобы всё усложнить, а может быть, наоборот, чтобы упростить, инженеры придумали еще два вида мощности: комплексную мощность, S, измеряемую в вольт-амперах (ВА) и полную мощность, |S|, которая является векторной суммой активной и реактивной мощностей и также измеряется в вольт-амперах. Эту единицу можно использовать с десятичными приставками для образования дольных и кратных единиц, например, мВА, кВА, МВА (мегавольт-ампер), ТВА (теравольт-ампер), ГВА (гигавольт-ампер) и т. д.

Комплексная мощность, S — комплексная сумма активной и реактивной мощностей:

Мы увидим, что комплексная мощность объединяет активную и реактивную мощности, а также коэффициент мощности.

Полная мощность, |S| — модуль (абсолютная величина) комплексной мощности:

Треугольник мощностей показывает комплексную мощность, которая является векторной суммой активной P и реактивной Q мощностей; полная мощность |S| является абсолютной величиной (модулем) комплексной мощности.

Из треугольника мощностей имеем:

Используя тригонометрическое тождество, являющееся следствием теоремы Пифагора и приведенные выше формулы для P и Q, можно записать:

То есть, полная мощность |S| является произведением действительных значений напряжения и тока.

Комплексная мощность учитывается при разработке и эксплуатации энергетических систем, потому что линии электропередач, трансформаторы и генераторы должны быть рассчитаны на полную мощность, а не только на мощность, которая выполняет полезную работу. Если реактивной мощности недостаточно, это может привести к понижению напряжения и даже, в свою очередь, к большой аварии в электросистеме (блэкауту), например, такой, как авария в энергосистеме США и Канады в 2003 году, в результате которой 55 миллионов человек на северо-западе США и в канадской провинции Онтарио остались без электроэнергии.

Электродвигателя являются примерами индуктивных промышленных нагрузок

Коэффициент мощности

Коэффициент мощности определяется как отношения реальной (активной) мощности, поглощенной нагрузкой P к полной мощности |S| в системе. В русскоязычной литературе коэффициент мощности обычно обозначается λ (в процентах) или cos φ, где φ — угол сдвига фаз между током и напряжением. В этой статье, поскольку она является переводом с английского без изменения формул, он обозначается PF от англ. power factor.

Коэффициент мощности представляет собой безразмерное число в интервале –1 ≤ PF ≤ 1 и часто выражается в процентах. Отрицательный коэффициент мощности указывает, что «нагрузка» в действительности таковой не является (поэтому в кавычках) и реально представляет собой генератор, вырабатывающий электроэнергию, которая отправляется назад в систему. Одним из примеров такой энергии является энергия, получаемая от установленных на крыше жилого дома солнечных батарей. Блок управления солнечными батареями измеряет напряжение, частоту и фазу в сети, синхронизирует свою работу с сетью и выдает в нее лишнюю энергию. В таких случаях современные цифровые электросчетчики показывают отрицательную величину коэффициента мощности.

Если нагрузка чисто резистивная, то напряжение и ток находятся в фазе, коэффициент мощности равен единице и реактивная мощность, которая может быть опережающей или отстающей, равна нулю. Если нагрузка имеет активно-емкостной характер, коэффициент мощности называется опережающим, так как ток опережает напряжение. Если же нагрузка имеет активно-индуктивный характер, то коэффициент мощности называют отстающим, так как ток отстает от напряжения.

Из приведенных выше формул для P и S следует, что для чисто синусоидального напряжения, PF = cos ϕ_u:

Здесь φ_u — сдвиг фаз между током и напряжением. Коэффициент мощности уменьшается, если активная мощность уменьшается с увеличением сдвига фаз между напряжением источника питания и током. Коэффициент мощности чисто активной (резистивной) нагрузки равен единице.

Отрицательный сдвиг фаз указывает, что нагрузка емкостная, в которой ток опережает напряжение. Такая нагрузка «отдает» реактивную мощность в систему. Положительный сдвиг фаз показывает, что нагрузка имеет индуктивный характер, ток отстает от напряжения и нагрузка «потребляет» реактивную мощность.

В промышленности коэффициент мощности имеет очень важное значение, так как энергосбытовые компании повышают цены на электроэнергию, если коэффициент мощности падает ниже определенного предела. Работу ведь выполняет активная мощность, а реактивная просто движется туда-сюда между нагрузкой и источником энергии. Образующиеся при этом большие токи повышают потери энергии при передаче. В результате требуется более мощное оборудование для ее получения, а также более толстые провода для передачи, в которых энергия бесполезно нагревает окружающую среду.

Если вам интересно как реальные нелинейные нагрузки искажают форму тока и как описанный выше классический треугольник мощностей превращается в объемную фигуру, откройте наш калькулятор для пересчета вольт-амперов в ватты.

В 50-х и в начале 60-х гг. прошлого века в Европе родители могли подарить на Рождество своему чаду набор для сборки лампового радиоприемника с питанием от сети 220 В…

Не по теме. Когда я писал эту статью, мне попалось мнемоника, которую преподаватели часто используют для облегчения запоминания материала по электротехнике: УЛИЦА (U на L, I на C). Что это за чушь? Зачем вообще бедным студентам зазубривать кто кого опережает? Меня всегда удивляло множество мнемоник, предлагаемых преподавателями студентам для зазубривания вещей, которые студенты должны понимать, а не помнить. На мой взгляд, студенты должны каждый раз думать, когда они отвечают на вопрос, например, о фазовых соотношениях между током и напряжением в емкостной или индуктивной цепи — кто кого опережает: ток опережает напряжение или напряжение опережает ток.

Зазубрить, конечно, проще, да и преподавателю проще проверить зубрежку, чем вникать в тонкости и тому, и другому. Студентам легче, потому что не нужно понимать проблему, достаточно зазубрить простое мнемоническое правило. Преподавателям намного быстрее и, главное, дешевле для самого университета просто проверить ответы на вопросы с несколькими вариантами ответов вместо того, чтобы оценить как студенты поняли материал во время разговора на экзамене.

Не знаю кто как, а я никогда не помнил кто кого опережает и если нужно об этом сказать, то я вспоминаю стрелку мультиметра в режиме измерения сопротивления, которая, если подключить конденсатор достаточно большой емкости, резко отклоняется вправо и потом медленно возвращается назад. Все понятно: ток опережает напряжение — ток уже большой, а напряжение постепенно нарастает. Не нужна мнемоника! Не нужно зубрить электротехнику! Её нужно понимать! Нужно взять аналоговый тестер или цифровой мультиметр с качественным эмулятором стрелочной шкалы, пощупать и всё станет понятно. Можно даже языком пощупать, если напряжение меньше 10 В. Я в детстве щупал и до сих пор живой. Если же студент не хочет брать мультиметр, чтобы понять то, что он изучает, то, как мне кажется, ему лучше вместо электроники изучать историю или иностранные языки. Короче, окончить университет по специальности «умею читать и писать».

Интересно, что в 50-х и в начале 60-х гг. прошлого века в Европе родители могли подарить на Рождество своему чаду набор для сборки радиоприемника на двух лампах с питанием от сети 220 В и никто не боялся, что ребенок получит травму. Может быть потому, что в 50-х и начале 60-х еще были живы воспоминания об ужасной войне и по сравнению с бомбардировками (я хорошо помню мамины рассказы об этом) опасность розетки на 220 вольт не казалась достаточно серьезной? Я в девять лет собрал двухламповый приемник и хорошо помню, что делал это один, без присмотра взрослых. Правда, сам я приемник запустить не смог, так как схемы читать еще не научился и собирал по монтажной схеме, в которой была ошибка. Отец помог его наладить.