Jak měřit výkon ve stejnosměrném obvodu

Z výrazu pro stejnosměrný výkon P = IU je vidět, že jej lze měřit pomocí ampérmetru a voltmetru nepřímou metodou. V tomto případě je však nutné provádět současné odečty ze dvou přístrojů a výpočty, které měření komplikují a snižují jeho přesnost.

Pro měření výkonu v obvodech stejnosměrného a jednofázového střídavého proudu se používají přístroje zvané wattmetry, pro které se používají elektrodynamické a ferodynamické měřicí mechanismy.

Elektrodynamické wattmetry jsou vyráběny ve formě přenosných zařízení vysokých tříd přesnosti (0,1 – 0,5) a slouží k přesnému měření výkonu stejnosměrného a střídavého proudu na průmyslových a vysokých frekvencích (do 5000 Hz). Ferodynamické wattmetry se nejčastěji vyskytují ve formě panelových zařízení relativně nízké třídy přesnosti (1,5 – 2,5).

Takové wattmetry se používají hlavně na střídavý proud na průmyslové frekvenci. Při stejnosměrném proudu mají značnou chybu v důsledku hystereze jader.

Pro měření výkonu na vysokých frekvencích se používají termoelektrické a elektronické wattmetry, což je magnetoelektrický měřicí mechanismus vybavený převodníkem činného výkonu na stejnosměrný proud. V měniči výkonu se provede operace násobení ui = p a získá se výstupní signál, který závisí na součinu ui, tj. na výkonu.

Na Obr. 1 znázorňuje možnost použití elektrodynamického měřícího mechanismu pro stavbu wattmetru a měření výkonu.

Rýže. 1. Schéma zapojení elektroměru (a) a vektorové schéma (b)

Pevná cívka 1, zapojená do série se zátěžovým obvodem, se nazývá sériový wattmetrový obvod, pohyblivá cívka 2 (s přídavným rezistorem), zapojená paralelně k zátěži, se nazývá paralelní obvod.

Pro DC wattmetr:

Uvažujme provoz elektrodynamického wattmetru na střídavý proud. Vektorový diagram Obr. 1, b je stavěn pro indukční charakter zátěže. Proudový vektor Iu paralelního obvodu zaostává za vektorem U o úhel γ v důsledku určité indukčnosti pohyblivé cívky.

Z tohoto výrazu vyplývá, že wattmetr správně měří výkon pouze ve dvou případech: když γ = 0 a γ = φ.

Podmínku γ = 0 lze dosáhnout vytvořením napěťové rezonance v paralelním obvodu, například zapnutím kondenzátoru C příslušné kapacity, jak je znázorněno čárkovanou čarou na Obr. 1, a. K napěťové rezonanci však dojde pouze při určité frekvenci. Při změně frekvence je porušena podmínka γ = 0. Když γ není rovno 0, wattmetr měří výkon s chybou β y, která se nazývá úhlová chyba.

Při malém úhlu γ (γ obvykle není větší než 40 – 50′) je relativní chyba

Při úhlech φ blízkých 90° může úhlová chyba dosahovat velkých hodnot.

Druhou, specifickou chybou wattmetrů je chyba způsobená příkonem jeho cívek.

Při měření výkonu spotřebovaného zátěží jsou možná dvě schémata připojení wattmetru, lišící se zařazením jeho paralelního obvodu (obr. 2).

Rýže. 2. Obvody pro připojení paralelního vinutí wattmetru

Pokud nebudeme brát v úvahu fázové posuny mezi proudy a napětími v cívkách a budeme zátěž H považovat za čistě aktivní, budou chyby β (a) a β (b), způsobené příkonem cívek wattmetru, pro obvody na obr. 2, a a b:

kde Pi a P u jsou v tomto pořadí výkon spotřebovaný sériovým a paralelním obvodem wattmetru.

Ze vzorců pro β (a) a β (b) je zřejmé, že chyby mohou mít znatelné hodnoty pouze při měření výkonu v obvodech s nízkým výkonem, tedy když jsou P i a P u srovnatelné s Pn.

Pokud změníte znaménko pouze jednoho z proudů, změní se směr výchylky pohyblivé části wattmetru.

Wattmetr má dva páry svorek (sériový a paralelní obvod) a v závislosti na jejich zařazení do obvodu může být směr vychýlení ukazatele různý. Pro správné zapnutí wattmetru je jeden z každého páru svorek označen „*“ (hvězdička) a nazývá se „svorka generátoru“.

Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře

Pokud se vám tento článek líbil, sdílejte odkaz na něj na sociálních sítích. Velmi to pomůže rozvoji našeho webu!

Nenechte si ujít aktualizace, přihlaste se k odběru našich sociálních sítí:

Elektrický výkon, označený ve schématech písmenem P, je fyzikální veličina, která charakterizuje rychlost přeměny nebo přenosu elektřiny. Standardním konceptem je snaha přesunout elektrický náboj po trase z bodu F1 do bodu F2.

Elektrický výkon zařízení je klíčovým parametrem, který určuje potenciál pro jeho provoz v elektrické síti. Používá se k výpočtu obvodů a provozních režimů zařízení k zajištění bezpečnosti elektrických sítí. Čím větší je výkon zařízení, tím rychleji provedou požadovanou akci.

Elektrický proud napětím a proudem

Protože potenciálový rozdíl vypočítaný podle vzorce (F1-F2) určuje napětí (U), lze snadno dojít k závěru, že vztah stanovený Ohmovým zákonem nelze použít. Elektrický výkon (P) je také kvalifikován podle intenzity proudu (I) na určitém úseku vedení. Konečný výraz: P = U x I.

Jaká je zátěž stanovena z hlediska proudu a odporu?

Jednoduchým přepočtem se spotřeba elektrické energie určí podle vzorce: P = I2 x R. Ten ukazuje závislost výkonu na jmenovité hodnotě odporu připojeného k vedení síťového prvku. U kompletního obvodu je uveden odpor zdroje (vnitřní) a vodivost připojovacího bodu.

Viz také:
Rozdíly mezi elektrikářem a elektrikářem

Co to je a jak vypočítat zatížení

Zatížení elektrickým proudem je veličina charakterizující jeho vlastnosti. Ukazuje, kolik energie spotřebují elektrické spotřebiče. Aktuální výkon se měří pomocí speciálního zařízení – wattmetru.

Pokud zapojíte měřič do série, můžete zkontrolovat sílu proudu. Při paralelním zapojení se určí napětí. Velikost spotřeby okruhu se vypočítá pomocí vzorců: P = I x U nebo P = U2/ R = I2 x R.

Elektrická zátěž se rovná napětí na spotřebiči vynásobeném množstvím proudu, který jím protéká.

Vzorec udává, která měření určují tento parametr. Pokud je zátěž aktivní, měří se ve Wattech, jalovou jednotkou elektrického výkonu je VA.

Jak určit maximální proudové zatížení

Užitný výkon ukazuje maximální hodnotu v situaci, kdy je zatěžovací odpor R porovnáván se stejným parametrem uvnitř zdroje – r.

P max = E2 / 4r, kde E je hnací síla zdroje proudu.

Pro výpočet maximální proudové zátěže pro elektrické zařízení potřebujete znát parametr jmenovité zátěže a vstupní AC napětí. Technický list zařízení, manuál nebo logo obsahuje první indikátor.

Například, když je jmenovitý výkon spotřebiče (P) 12 W, maximální odběr proudu při střídavém napětí bude pro:

• 120 V – I = 12/120 = 0,100 A nebo 100 mA.
• 220 V – I = 12 / 220 = 0,055A nebo 55 mA.

V případě potřeby je množství spotřebované elektřiny vyjádřeno prostřednictvím komplexní hodnoty. K tomuto účelu se používají základní vztahy, místo odporu se používá impedance.

Popis videa

Aktivní, jalový a zdánlivý výkon. Co to je, pomocí vizuální analogie jako příkladu.

Parametry elektrických spotřebičů

Každý moderní byt musí být vybaven elektrospotřebiči. Pro jejich připojení k síti je nutné vypracovat schéma zapojení, kde budou zátěže připojené k jednotlivým linkám rozloženy ve vzájemné koordinaci. Aby se předešlo nouzovým situacím, je nutné zabudovat jistič na bázi PUE.

Nejprve jsou vyjasněny parametry elektrického zapojení. Poté se kontrolují podle skupinového schématu pro připojení k síti domácích elektrických spotřebičů.

Standardní charakteristiky spotřeby elektrické energie (W):

• stolní počítač – 170-1 250;
• LCD TV – 120 – 265;
• notebook – 40-280;
• klimatizace – 1 200 – 2 500;
• železo – 450-1850.

K ochraně sítě potřebujete automatický stroj, který vybíráme s ohledem na všechny významné faktory.

Je důležité věnovat pozornost zátěžím, které mají zvýšené parametry jalové energie.

Viz také:
Zvýšení elektrické energie: pokyny krok za krokem

V čem se měří?

Jednotkou měření elektrického výkonu je W pro Rusko. Podle mezinárodních standardů – W. Jedná se o energii poskytnutou za jednotku času. Jedno W se rovná joulu za sekundu (J/s). Joule je navíc jednotka elektrického výkonu, sekunda je jednotka času.

Pro malé hodnoty se používá více předpon: „mili-“, „mikro-“, pro velké hodnoty – „mega-“. Například: 5 800 W = 5,8 kilowattů = 5,8 kW.

Když vynásobíte 1 kilowatt 1 hodinou, dostanete kilowatthodinu (kW x h). Jedná se o měrnou jednotku množství elektřiny poskytované odběratelům. Využívají jej energetické podniky, které vlastní příslušné zařízení (generátory a trafostanice). Vyrábějí a přeměňují vyrobenou elektřinu, která je následně distribuována spotřebitelům.

Stejně tak se energetická kapacita baterií měří v jednotkách ampérhodin (Ah). Přenosné typy akumulátorů energie se měří v miliampérhodinách (mAh).

Pro jednotku měření Watt je podle mezinárodních standardů písmeno W přiřazeno po Jamesi Wattovi. Jako první použil termín „koňská síla“, což je dnes již zastaralá jednotka parametru W.

Indikátory přeměny energie:

• výkon (HP) – 746 W;
• kilo Wattů (kW) – 1×1000 W;
• megawatty (MW) −1×1000000 W;
• gigawatt (GW) – 1×1000000000 W.

Dnes se „koňská síla“ používá k označení druhého měřítka výkonu motoru ve vozidlech.

Co určuje zatížení elektrickým proudem?

Stávající vedení elektrického vedení pociťují při pohybu elektronů odpor, který charakterizuje ztrátu napětí. Obvody, kde je přítomen zdroj střídavého proudu, mají jednu vlastnost – klíčovou roli zde hraje sinusové kmitání elektrických indikátorů.

Následující informace vám umožní vybrat nejlepší metodu výpočtu na základě skutečných podmínek sítě.

Okamžitý elektrický výkon: výpočet hodnoty

Tento indikátor určuje okamžité hodnoty naměřených dat. Za klíčovou definici se považuje skutečnost, že se jediný jednoduchý náboj (q) pohne za určitý čas Δt. K provedení specifické akce je vynaložena energie elektrického proudu PF1-F2 = U/ Δt nebo (U/ Δt) x q = U x (q/ Δt). Vzorec bere v úvahu pohyb q za periodu Δt. Protože se proud podle klasické definice rovná náboji pohybujícímu se z F1 do F2 (I = q/ Δt), je výsledný výraz odvozen: PF1-F2 = U x I.

Podmíněně za předpokladu, že časový úsek je velmi krátký, získáme okamžitý výkon pro část elektrického obvodu P(t) = U(t) x I(t). Stejné závěry lze vyvodit při zohlednění odpovídajícího parametru odporu: P (t) = (I (t))2 x R = (U(t))2/ R.

Diferenciální výrazy pro elektrickou energii

Aktivní vodiče mají zvláštnost – vedení ztrácí energii na jednotku objemu kvůli přítomnosti odporu uvnitř elektrického obvodu. Část energie se spotřebuje na ohřev vodičů. Na takové momenty je třeba se dívat s přihlédnutím k proudové hustotě (j).

Specifický parametr zatížení je určen vzorcem: P takt = (j2) x R takt. Pro zjednodušení hodnocení se většinou používá stejná vodivost. Jeho hodnota je nepřímo úměrná odpovídajícímu parametru odporu.

Popis videa

Výkon elektrického proudu.

Elektrické napájení: DC obvod

Výše uvedené vzorce jsou uvedeny bez korekčních faktorů. Používají se k výpočtu obvodu připojeného ke zdroji stejnosměrného proudu. Pomocí běžného zařízení – multimetru se spínačem ve správné poloze nastavuje odpor zátěže připojené k síti.

Elektrické napájení: AC obvod

Pro takové linky je nepřijatelné používat vzorce, které určují okamžité parametry, protože konečný ukazatel se mění z minimální hodnoty na maximální hodnotu s frekvencí sítě. Typická jednofázová síť 220 V se vyznačuje sinusovým signálem 50 Hz. Při připojování zařízení s odporovými parametry je povoleno používat jednoduchý vzorec P = U x I:

• Topná tělesa praček;
• spirály infračervených ohřívačů;
• žárovky.

Pomocí tohoto vzorce se nastaví zatížení.

Energie může být dvou typů: reaktivní a aktivní.

Aktivní je skutečný elektrický výkon, který produkuje skutečnou práci v zátěži, W ukazuje tento parametr. Přeměňuje energii na mechanické, tepelné a jiné formy.

Pokud zapnete výkonnou jednotku nebo kondenzátor, napětí uvnitř sítě klesne. Takové zátěže vytvářejí oscilační obvod, který přijímá energii ze zdroje energie. V této situaci provádějí užitečné funkce pouze komponenty P act. Aktivní indikátor se vypočítá následujícím způsobem:

• U x I – stejnosměrný proud (střídavý proud s odporovou zátěží);
• U x I x cos fi – pro jednofázové vedení 220 V;
• U x √3 x cos fi = U x 1,7321 x cos fi – 3fázová síť, U x √3 x 380V.

Existují i ​​jiné druhy energie, ale o tom později.

Jalový výkon

Tento indikátor ukazuje zátěže, které vznikají v zařízeních v důsledku kolísání energie elektromagnetického pole.

Jalový výkon, bez ohledu na absenci užitečné práce, je třeba vzít v úvahu pro správné vyhodnocení klíčových dat sítě. Kabely a dráty, když jimi prochází proud v libovolném směru, se zahřívají. To se děje docela cyklicky. Energetické účinky při vysoké intenzitě:

• poškození žil kabelu a ochranné izolace;
• přispět k výskytu zkratu;
• zničit vinutí transformátorů a pohonů.

Jalový výkon je vyjádřen jako VA (voltampéry) a vypočítá se vynásobením napětí proudem a úhlem střihu:

P r = U x I x sin fi.

Při připojení zátěže s kapacitními parametry se hodnota stává zápornou, při indukčním kladnou. Protože se charakteristiky magnetického pole mění, je jednotkou měření jalového výkonu VA.

Pokud jsou parametry celkového elektrického výkonu zobrazeny jako vektory, objeví se trojúhelník. Délka jeho stran bude rovna množství elektřiny spotřebované konkrétní komponentou. Pro výpočty se používá úhel mezi zdánlivým výkonem (Pap) a činným výkonem (ϕ). Celková hodnota je určena výrazem: P celkem = √((P act)2 + (P reagovat)2).

Viz také:
Aktivní a jalový výkon – co to je?

Co je síla v elektřině

Napětí je práce vykonaná k pohybu jednotky náboje. Aktuální je počet coulombů posunutých za 1 sekundu. Když vynásobíte první parametr druhým, získáte konečné množství práce vykonané za 1 sekundu.

Síla elektřiny je numerický měřič proudu, který charakterizuje její energetické vlastnosti. Indikátor napájení stejně závisí na napětí a síle proudu. Jak se měří aktuální výkon? Pro měření tohoto parametru se používá wattmetr, jednotka měření je označena stejným způsobem – W (Watt).

Pomocí závislosti parametru výkonu na proudu a napětí mohou specialisté přenášet elektřinu na velké vzdálenosti. Pro tyto účely dochází k přeměně energie na snižovacích a zvyšujících transformátorových stanicích (transformátorových rozvodnách).

Elektrický výkon a neaktivní výkon

Certifikáty zařízení obsahují aktivní zátěž – účiník, což je důležitá charakteristika. Ukazuje, jak efektivně domácí spotřebič spotřebovává elektřinu.

Toto je číslo od -1 do 1, nikdy se nerovná jedné. Tento koeficient závisí na typu zatížení: C, L nebo R. První 2 negativně ovlivňují PF = cos φ systému. Pokud je jeho parametr velký, zvyšuje se proud spotřebovaný zařízeními. Mnoho výkonových zátěží je induktivních, což způsobuje zpoždění proudu za napětím.

Neaktivní energie vzniká v elektrických střídavých obvodech sítí střídavého proudu. Vypočítá se jednoduše: druhá odmocnina ze součtu (Pa2 + Pr2). Pokud je reaktivní zatížení nulové, pak se pasivní zatížení rovná modulu |Pa|.

Přítomnost nelineárních zkreslení proudu v elektrických sítích je způsobena nedodržením směru, který se vyskytuje mezi U/I, protože energie má pulzní povahu. V nelineárních režimech se zdánlivý proudový výkon (EP) zvyšuje. Taková zátěž je neaktivní a spotřebovává Pr a energii zkreslení proudu. Jednotka měření je stejná jako běžný výkon W.

Popis videa

Práce a síla elektrického proudu.

Závěr

Elektrická energie je snaha přesunout náboj po určité trase z bodu F1 do bodu F2. Díky němu se zjišťuje potenciál zařízení v síti. Slouží k výpočtu obvodů a výběru provozního režimu zařízení tak, aby elektrická síť fungovala bezpečně.