Jak vypočítat výkon podle napětí a proudu?

Babička, sousedka zdola, si stěžovala: děti mi daly mycí vysavač. Funguje to skvěle, ale odněkud jde zápach spáleniny.

Šel jsem se podívat. Naše elektroinstalace je stará: hliníkové nudle 2,5 čtverečních. A vysavač má spotřebu 2,5 kW. Přišel jsem na to, jak pro tento případ funguje vzorec pro výpočet výkonu podle proudu a napětí.

Rozděleno 2500 wattů na 220 voltů. Mám něco málo přes 11 ampérů. Naše vodiče nesou zátěž 22 A. Máme téměř dvojnásobnou proudovou rezervu. Ostatní spotřebiče jsou během čištění vypnuty.

Začali kontrolovat a čichat: zápach byl blízko panelu bytu. Otevřel jsem ji a prohlédl: autobus nulové montáže byl pokryt sazemi a na jedné propojce byla spálená izolace. Upevňovací šroub je uvolněný. To je důvod, proč začal požár. Opraveno.

Na tomto příkladu ukazuji, že je vždy nutné vyhodnotit příkon elektrospotřebičů a možnosti elektroinstalace s ochrannými zařízeními. Mluvím o tom níže.

Co je síla v elektřině: jednoduše o komplexu

Vzpomněl jsem si na epos o Iljovi Muromcovi, když veškerou svou moc použil na slavíka. Chudák okamžitě začal vidět jiskry vycházející z jeho očí, jako plameny z horního obrázku na špatně nainstalované elektroinstalaci.

Zjednodušeně řečeno: výkon v elektřině je výkonová charakteristika energie, pomocí které se hodnotí jak schopnost generátorových soustrojí ji vyrobit, tak možnosti spotřebitelů a dopravních cest.

Všechny tyto oblasti musí být přesně smontovány a seřízeny, aby byl zajištěn bezpečný provoz. Jakmile dojde kdekoli k poruše, okamžitě dojde k nehodě v celém okruhu.

Pokud jde o domácí elektrické zařízení, musíte neustále hledat rovnováhu mezi:

1. zařízení připojená k síti;
2. navrhování drátů a kabelů;
3. nastavení ochranných zařízení.

Pouze komplexní řešení těchto tří problémů může zajistit bezpečnost elektroinstalace a obyvatel.

Jak vypočítat elektrickou energii doma

Vzorce pro výpočet výkonu v elektřině umožňují provést kvalitativní posouzení bezpečnosti každé z výše uvedených položek.

Jejich použití není náročné. V předchozích článcích jsem již poskytl elektrikářský cheat sheet, kde jsou prezentovány ve vizuální podobě pro stejnosměrné obvody.

Jsou zcela platné pro aktivní složku střídavého proudu, která vykonává užitečnou práci. Mimochodem, kromě toho existuje ještě jeden zbytečný – reaktivní, spojený se ztrátou energie. Druhá část je věnována jeho popisu.

Je vhodné provádět takové výpočty pomocí online kalkulačky. Odstraňuje rutinní matematické výpočty a aritmetické chyby.

U kterékoli z metod potřebujete pro výpočet činného výkonu znát dvě ze tří elektrických veličin:

1. síla proudu I;
2. aplikované napětí U;
3. odpor části obvodu R.

Jak měřit elektrickou energii doma

Existuje další možnost odhadu činného výkonu: jeho měření v provozním obvodu pomocí speciálních zařízení: wattmetrů.

Přesná měření může poskytnout průmyslový laboratorní wattmetr. Vyrábí se jako zařízení pracující na analogových signálech a využívající digitální technologie.

V domácí elektroinstalaci nejsou potřeba přesné výpočty. Vyrábějí se pro něj různé typy jednodušších wattmetrů.

Oblíbená jsou zařízení, která lze zapojit do zásuvky a připojit k napájecímu kabelu od spotřebitele, zapněte je a okamžitě odečítají údaje na displeji ve wattech.

Říká se jim: wattmetrová zásuvka. Měří čistý aktivní střídavý výkon.

Taková zařízení osvobozují elektrikáře od provádění složitých operací pod napětím, když je nutné měřit:

• efektivní napětí;
• síla proudu;
• úhel fázového posunu mezi vektory proudu a napětí.

Poté je třeba všechna data dodatečně zadat do vzorce pro výpočet výkonu podle proudu a napětí a provést výpočty pomocí něj.

Tuto metodu lze zjednodušit pečlivým sledováním elektrického měřiče indukčního systému s rotujícím diskem. Vypočítává vykonanou práci: energii spotřebovanou za určitou dobu.

Rychlost otáčení disku však přesně charakterizuje výši spotřeby. Stačí si spočítat, kolikrát se za minutu otočí a přepočítat to na watty podle štítku umístěného na pouzdře.

Proč reaktance obvodu ovlivňuje střídavé napájení

Sinusové harmonické napětí vstupující do odporového odporu mění velikost proudu bez jeho odchylky v komplexní rovině.

Takový proud vykonává užitečnou práci s minimálními energetickými ztrátami a generuje činný výkon. Frekvence signálu na to nemá žádný vliv.

Odpor kondenzátoru a indukčnost závisí na frekvenci harmonické. Jeho opozice vychyluje směr proudu na každém z těchto prvků v různých směrech.

Takové procesy jsou spojeny se ztrátou části energie pro zbytečné přeměny. Spotřebovávají výkon Q, který se nazývá jalový Jeho vliv na celkový výkon S a spojení s aktivním P je vhodně graficky znázorněno pravoúhlým trojúhelníkem.

Chtěl jsem to nakreslit na pozadí zařízení vyrobeného z hromad porcelánu a kovu, kde jsem musel pracovat poměrně dlouho. Nesuďte za to přísně.

Porovnejte to s odporovým trojúhelníkem, který jsem publikoval dříve. Najdete nějaké společné rysy?

Jsou to geometrické proporce obrazce, vzorce, které je popisují a úhel φ, který určuje celkovou ztrátu výkonu. Dovolte mi přejít k jejich podrobnějšímu posouzení.

Vzorce pro výpočet výkonu pro jednofázové a třífázové silové obvody

V ideálním teoretickém případě se třífázový obvod skládá ze tří stejných jednofázových obvodů. V praxi vždy existují určité odchylky. Ve většině případů jsou však v analýzách opomíjeny.

Proto nejprve zvážíme nejjednodušší otázku.

Grafy a vzorce pro jednofázové napětí

Jak funguje rezistor?

Na čistě odporovém odporu se sinusoidy proudu a napětí shodují v úhlu a směřují stejně v každé půlperiodě, proto je jejich součin, který vyjadřuje výkon, vždy kladný.

Jeho hodnota v libovolném časovém okamžiku t se nazývá okamžitá, značí se malým písmenem p.

Průměrná hodnota výkonu za jednu periodu se nazývá aktivní složka. Jeho graf pro střídavý proud má tvar symetrického burstu s maximální hodnotou Pm uprostřed každého půlcyklu T/2.

Vezmeme-li polovinu jeho hodnoty Pm/2 a nakreslíme přímku během jedné periody T, dostaneme obdélník s pořadnicí P.

Jeho plocha se rovná dvěma oblastem grafů aktivních složek libovolného půlcyklu. Když se na obrázek podíváte pozorněji, můžete si představit, že horní část cákance byla odříznuta, obrácena vzhůru nohama a vyplnila volný prostor pod ním.

Uvedení tohoto grafu pomáhá zapamatovat si, že výkon stejnosměrného a střídavého proudu na činném odporu se počítá pomocí stejného vzorce a nemění jeho znaménko.

Graf okamžitých hodnot činného výkonu střídavého proudu na odporovém odporu má podobu opakujících se kladných vln. Ale v jednom období udělá stejnou práci jako v obvodech stejnosměrného proudu a napětí.

Na rezistoru nevznikají žádné reaktivní ztráty.

Jak funguje indukčnost?

Cívka s vinutím ukládá svými závity energii magnetického pole. Díky procesu své akumulace posouvá indukční reaktance vektor proudu vpřed o 90 stupňů vzhledem k přiloženému napětí na komplexní rovině.

Vynásobením jejich okamžitých hodnot získáme hodnoty výkonu, které během jedné periody mění znaménka (směr) v každé půlperiodě.

Frekvence změn výkonu na indukčnosti je dvakrát vyšší než frekvence jejích složek: proudových a napěťových sinusoid. Skládá se ze dvou částí:

1. aktivní, označeno indexem PL;
2. reaktivní QL.

Jalová část na indukčnosti vzniká neustálou výměnou energie mezi cívkou a aplikovaným zdrojem. Jeho hodnota je ovlivněna hodnotou indukční reaktance XL.

Jak funguje kondenzátor?

Kondenzátor neustále akumuluje náboj mezi svými deskami. Díky tomu se vektor proudu posune vpřed o 90 stupňů vzhledem k použitému napětí.

Graf okamžitého výkonu se podobá předchozímu, ale začíná zápornou půlvlnou.

Uvolněná jalová složka na kondenzátoru závisí na hodnotě kapacity XC.

Jak funguje skutečný obvod se všemi typy odporu

V čisté podobě se výše uvedené grafy a výrazy tak často nenacházejí. Ve skutečnosti je přenos elektřiny a její provoz na střídavý proud spojen se složitým překonáváním sil elektrického odporu rezistorů, kondenzátorů a indukčností.

Navíc některé z těchto složek budou převažovat. Pro takové případy může být přeměna elektrické energie na okamžitý výkon jedním z následujících typů.

Horní obrázek ukazuje případ, kdy vektor proudu zaostává za aplikovaným napětím a spodní obrázek vede.

V obou případech se hodnota aktivní složky snižuje z celkové hodnoty o hodnotu vyjádřenou jako cosφ. Proto se běžně nazývá účiník.

Kosinus phi (cosφ) se používá při analýze trojúhelníku výkonu a odporu a charakterizuje energetické ztráty.

Jak funguje obvod třífázového napájení?

Vstupní rozvaděč vícepodlažní budovy přijímá třífázové napětí od organizace napájení, generované průmyslovými generátory.

Majitel soukromého domu jej může v případě potřeby za poplatek připojit, což mnozí dělají. V tomto případě vypadá pracovní schéma a schéma napětí takto.

Ve starém uzemňovacím systému TN-C je proveden se čtyřvodičovým připojením a v novém TN-S je proveden s pětivodičovým připojením s přidáním ochranného vodiče PE. V tomto diagramu to pro jednoduchost neuvádím.

Během provozu musí být každá fáze zatížena stejně stejnými proudy. Pak se v domovní elektroinstalaci vytvoří nejpříznivější optimální režim bez nebezpečných energetických nerovnováh.

V tomto případě může být vzorec pro výpočet výkonu podle proudu a napětí pro třífázový obvod reprezentován jednoduchým součtem podobných vzorců pro součásti jednofázových obvodů.

A protože jsou všechny totožné, jsou jednoduše ztrojnásobeny.

Například, když má činný výkon fáze B výraz Рв=Uв×Iв×cosφ, pak pro celý třífázový obvod bude vyjádřen následujícím vzorcem:

Označíme-li fázový výraz písmenem f. například Pf, můžete napsat:

Reaktivní složka bude vypočtena podobně

Protože P a Q představují rozměry ramen pravoúhlého trojúhelníku, lze přeponu nebo celkovou složku vypočítat jako druhou odmocninu součtu jejich druhých mocnin.

Jak se bere v úvahu třífázový zdánlivý výkon

V energetickém systému a dokonce i v soukromém domě je nutné analyzovat připojené zátěže a rovnoměrně je rozdělit mezi zdroje napětí.

K tomuto účelu slouží četná provedení měřicích přístrojů. Na ovládacích panelech rozvoden jsou panelové wattmetry a varmetry navržené pro provoz v různých poměrech.

Na tomto obrázku jsou zobrazeny staré analogové přístroje.

Aby se předešlo zmatkům ve výpočtových záznamech, byly zavedeny různé názvy jednotek. Jsou určeny:

• VA – (ruština), VA (mezinárodní) voltampér pro plné množství energie;
• W – (ruština), var (mezinárodní) watt – aktivní;
• var (ruština), var (mezinárodní) – reaktivní.

Analogové přístroje měří pouze aktivní nebo reaktivní složku a plnou hodnotu je nutné vypočítat pomocí vzorců.

Mnoho moderních digitálních zařízení je schopno provádět tuto funkci automaticky.

Video tutoriál Pavla Victora doplňuje můj materiál. Doporučuji shlédnout.

Výkonová kalkulačka pro vás

Zde můžete provádět výpočty online bez použití vzorců nebo aritmetiky. Stačí zadat počáteční údaje do tabulky a kliknout na tlačítko „Vypočítat aktuální“.

Na závěr mi dovolte připomenout, že existuje sekce komentářů pro vaše dotazy. Zeptejte se jich, odpovím.

Na této online platformě kalkulačky můžete najít účinný nástroj známý jako výpočet výkonu. Ano, tato ohmová kalkulačka je určena pro rovnici Ohmova zákona, kterou odvodil Georg Simon Ohm v roce 1827. Než se dozvíme více o naší kalkulačce Ohmova zákona, řekněme vám, co je (Ohmův zákon).

Co je Ohmův zákon?

V roce 1827 odvodil bavorský fyzik Georg Simon Ohm matematický zákon elektrického výpočtu proudu silou. Toto je nejzákladnější zákon, který definuje vztah mezi proudem (I), odporem (R), napětím (V) a výkonem (P). Přesněji, (Ohmův zákon) určil, že proud (I) procházející vodičem mezi dvěma body je přímo úměrný napětí (V) a nepřímo úměrný odporu (R).

Vzorec Ohmova zákona:

Bavorský fyzik Georg Simon Ohm odvodil vzorec, ve kterém proud rezistoru (I) v ampérech (A) = (rovno) napětí odporu (V) ve voltech děleno odporem R v ohmech (Ω): Vzorec pro Ohmův zákon je uvedeno takto:

Proud (I) = (Napětí, (V)) / (Odpor, (R)) v ampérech, (A)

Nalezení proudu je snadné díky našemu jednoduchému výpočtu výkonu pomocí aktuálního vzorce.

Kalkulačka Ohmova zákona:

Tým online kalkulačky poskytl jednoduchý a účinný nástroj známý jako kalkulačka Ohmova zákona, pomocí kterého můžete snadno zjistit hodnotu napětí (V), proudu (I), výkonu (P) a odporu (R). ohledně vzorce jednoduchého Ohmova zákona. K výpočtu zbývajících dvou hodnot však potřebujete znát dvě z těchto hodnot. Proto pamatujte, že obdržíte výsledky týkající se standardních jednotek, které si vyberete!

Jak funguje náš výpočet výkonu?

Pro stanovení hodnot napětí (V), proudu (I), výkonu (P) a odporu (R) není třeba se uchylovat ke konkrétním matematickým výpočtům. Naše kalkulačka odporu udělá vše za vás během několika sekund. Naše (kalkulačka Ohmova zákona) se nejen snadno používá, ale také funguje efektivně! Pojďme se na to podívat!

• Ve výše uvedené kalkulačce Ohmova zákona můžete najít čtyři pole: napětí (V), proud (I), odpor (R) a výkon (P).
• Jednoduše musíte zadat libovolné dvě z těchto hodnot ve vztahu k jejich jednotkám SI.
• Jakmile vyberete dvě hodnoty a jejich jednotky SI, stačí kliknout na tlačítko vypočítat a získat zbývající dvě hodnoty.

Jak již bylo zmíněno výše, obdržíte výsledky ve vztahu k jednotkám SI, které jste si vybrali před výpočtem!

Rovnice Ohmova zákona:

Podle Ohmova zákona je množství proudu (I) procházející kovovým vodičem v obvodu přímo úměrné napětí (V), které se na něj aplikuje, pro odpovídající teplotu. Georg Simon Ohm svůj objev vyjádřil ve formě jednoduché rovnice Ohmova zákona, která popisuje vztah mezi napětím, výpočtem proudu z výkonu a odporu:

V této rovnici Ohmova zákona se napětí (V) rovná proudu (I) krát odpor (R). Takže pomocí této rovnice Ohmova zákona lze rozdělit na dvě možnosti, řešení pro proud (I) a odpor (R):

Jak vypočítat proud?

Náš výpočet výkonu funguje také jako proudový kalkulátor, protože pracuje s jednoduchým proudovým vzorcem. Jakmile je uveden výpočet napětí (V) a odporu, měli byste použít vzorec pro výpočet proudu z výkonu. Pomocí tohoto vzorce můžete vypočítat proud!

Aktuální vzorec:

[Proud (I) = Napětí (V) ÷ Odpor (R)] I (A) = V (V) ÷ R (Ohm)

Například:

Najděte proud protékající odporem 3 ohmy, když je na něj aplikován rozdíl potenciálu 30 V.

jak najít odpor?

výpočet výkonu se také nazývá kalkulačka odporu, protože pomáhá vypočítat výpočet odporu. Jakmile je zadáno napětí (V) a proud (I), můžete určit odpor pomocí jednoduchého vzorce pro odpor.

Vzorec odporu:

[Odpor (R) = napětí (V) ÷ proud (I)] R (ohmy) = V (volty) ÷ I (ampéry)

Například:

Najděte hodnotu neznámého rezistoru, který klesne o 5 V, když jím protéká proud 20 mA. Řešení:

Odpor (R) = Napětí (V) ÷ Proud (I) v ampérech;

jak zjistit aktuální sílu?

Na to je spolehlivá výše zmíněná kalkulačka Ohmova zákona! Jakmile je znám výpočet proudu a odporu, můžete snadno zjistit napětí pomocí jednoduchého vzorce napětí:

Vzorec napětí:

[Napětí (V) = Proud (I) x Odpor (R)] V (volty) = I (ampéry) x R (ohmy)

Například:

Najděte napětí aplikované na rezistor 15 kΩ, když jím protéká proud 10 mA.

Řešení: napětí (volty) = proud (ampéry) x odpor (ohmy);

V = 10 mA x 15 kOhm;

jak najít sílu?

Výše uvedená kalkulačka vám pomůže najít výkon pomocí jednoduchého vzorce výkonu. Pokud je zadán výpočet napětí a proudu pro výkon, lze hodnotu výkonu snadno vypočítat.

Vynutit vzorec:

Výkon (P) = Napětí (V) * Proud (I)

Například:

Pokud při použití úbytku napětí 15 na rezistoru protéká proud 10 mA, jak potom odhadnout ztrátový výkon na něm. Řešení:

Út No, je čas dozvědět se o omezeních Ohmova zákona.

Omezení Ohmova zákona:

• Mějte na paměti, že Ohmův zákon nelze aplikovat na jednosměrné sítě – tyto sítě obsahují jednosměrné prvky včetně diod, tranzistorů atd., což znamená, že tyto prvky nemají stejný poměr napětí a proudu pro oba směry. proud.
• Optimistické studie ukazují, že Ohmův zákon neplatí pro nelineární prvky – jedná se o prvky, ve kterých proud není přímo úměrný použitému napětí, což znamená, že hodnota odporu těchto prvků se mění pro různé hodnoty napětí a vypočítává proud mocí. Příklady nelineárních prvků: tyristor, elektrický oblouk atd.

Závěrečná slova online kalkulačky:

Naše Power Calculator je jednoduchý nástroj, který používá jednoduchý vzorec Ohmova zákona k určení napětí (V), odporu (R). Proud (I) a výkon (P).