توان الکتریکی: فرمول، واحدهای اندازه گیری. فرمول قدرت مکانیکی و تعریف

کیلووات یک واحد چندگانه است که از "وات" مشتق شده است.

وات

وات(W, W) - واحد سیستم اندازه گیری توان.
وات- یک واحد مشتق شده جهانی در سیستم SI با نام و نام ویژه. به عنوان یک واحد اندازه گیری قدرت، "وات" در سال 1889 شناخته شد. پس از آن بود که این واحد به افتخار جیمز وات (وات) نامگذاری شد.

جیمز وات - مردی که یک موتور بخار جهانی را اختراع و ساخت

به عنوان یک واحد مشتق شده از سیستم SI، "وات" در سال 1960 در آن گنجانده شد.
از آن زمان به بعد، قدرت همه چیز بر حسب وات سنجیده شد.

در سیستم SI، در وات، اندازه گیری هر قدرتی مجاز است - مکانیکی، حرارتی، الکتریکی و غیره. تشکیل مضرب و فرعی واحد اصلی (وات) نیز مجاز است. برای این کار توصیه می شود از مجموعه ای از پیشوندهای استاندارد SI مانند کیلو، مگا، گیگا و غیره استفاده کنید.

واحدهای قدرت، چند برابر وات:

• 1 وات
• 1000 وات = 1 کیلووات
• 1000000 وات = 1000 کیلووات = 1 مگاوات
• 1000000000 وات = 1000 مگاوات = 1000000 کیلووات = 1 گیگاوات
• و غیره.

کیلووات ساعت

چنین واحد اندازه گیری در سیستم SI وجود ندارد.
کیلووات ساعت(kWh, kW⋅h) یک واحد خارج از سیستم است که صرفاً برای محاسبه برق مصرف شده یا تولید شده به دست می آید. کیلووات ساعت میزان برق مصرفی یا تولید شده را اندازه گیری می کند.

استفاده از "کیلووات ساعت" به عنوان یک واحد اندازه گیری در روسیه توسط GOST 8.417-2002 تنظیم شده است که به وضوح نام، نامگذاری و دامنه "کیلووات ساعت" را نشان می دهد.

دانلود GOST 8.417-2002 (دانلود: 3014)

گزیده ای از GOST 8.417-2002 "سیستم دولتی برای اطمینان از یکنواختی اندازه گیری ها. واحدهای مقادیر»، بند 6 واحدهایی که در SI گنجانده نشده است (بخشی از جدول 5).

واحدهای غیر سیستمی برای استفاده همراه با واحدهای SI قابل قبول هستند

کیلووات ساعت برای چیست؟

GOST 8.417-2002استفاده از "کیلووات ساعت" را به عنوان واحد اندازه گیری اساسی برای محاسبه مقدار برق مصرفی توصیه می کند. زیرا "کیلووات ساعت" راحت ترین و کاربردی ترین شکلی است که به شما امکان می دهد قابل قبول ترین نتایج را به دست آورید.

در عین حال، GOST 8.417-2002 مطلقاً هیچ مخالفتی با استفاده از واحدهای متعدد مشتق شده از "کیلووات ساعت" در مواردی که مناسب و ضروری است ندارد. مثلاً وقتی کار آزمایشگاهییا هنگام محاسبه برق تولید شده در نیروگاه ها.

واحدهای متعدد حاصل از «کیلووات ساعت» به شکل زیر است:

• 1 کیلووات ساعت = 1000 وات ساعت،
• 1 مگاوات ساعت = 1000 کیلووات ساعت،
• و غیره.

نحوه صحیح نوشتن کیلووات ساعت⋅

املای اصطلاح "کیلووات ساعت" طبق GOST 8.417-2002:

• نام کامل باید با خط فاصله نوشته شود:
  وات ساعت، کیلووات ساعت
• نماد کوتاه باید با یک نقطه از هم جدا شود:
  ساعت، کیلووات ساعت، کیلووات⋅ ساعت

توجه داشته باشید برخی از مرورگرها کد HTML صفحه را به اشتباه تعبیر می کنند و به جای نقطه (⋅) علامت سوال (؟) یا سایر حرف های بیهوده را نمایش می دهند.

آنالوگ های GOST 8.417-2002

اکثر استانداردهای فنی ملی کشورهای کنونی پس از شوروی با استانداردها مرتبط هستند اتحادیه سابقبنابراین، در اندازه شناسی هر کشوری در فضای پس از شوروی می توان یک آنالوگ پیدا کرد. GOST روسی 8.417-2002، یا ارجاع به آن، یا نسخه اصلاح شده آن.

تعیین قدرت وسایل برقی

علامت گذاری وات وسایل برقی بر روی بدنه آنها معمول است.
تعیین قدرت تجهیزات الکتریکی زیر امکان پذیر است:

• بر حسب وات و کیلووات (W, kW, W, kW)
  (تعیین توان مکانیکی یا حرارتی یک وسیله الکتریکی)
• بر حسب وات-ساعت و کیلووات-ساعت (Wh, kW⋅h, W⋅h, kW⋅h)
  (تعریف مصرف شده قدرت الکتریکیلوازم الکتریکی)
• در ولت آمپر و کیلوولت آمپر (VA، kVA)
  (تعیین کل توان الکتریکی یک وسیله الکتریکی)

واحدهای اندازه گیری برای نشان دادن قدرت وسایل برقی

وات و کیلووات (W, kW, W, kW)- واحدهای اندازه گیری توان در سیستم SI برای نشان دادن کل استفاده می شود قدرت فیزیکیهر چیزی، از جمله لوازم برقی. اگر روی بدنه یک واحد الکتریکی بر حسب وات یا کیلووات علامتی وجود داشته باشد، به این معنی است که این واحد الکتریکی در حین کار، توان مشخص شده را توسعه می دهد. به عنوان یک قاعده، قدرت یک واحد الکتریکی، که منبع یا مصرف کننده انرژی مکانیکی، حرارتی یا دیگر انرژی است، با "وات" و "کیلووات" نشان داده می شود. در "وات" و "کیلووات" توصیه می شود که قدرت مکانیکی ژنراتورهای الکتریکی و موتورهای الکتریکی را مشخص کنید. قدرت حرارتیدستگاه ها و واحدهای گرمایش برقی و غیره تعیین "وات" و "کیلووات" توان فیزیکی تولید یا مصرف شده یک واحد الکتریکی به شرطی رخ می دهد که استفاده از مفهوم توان الکتریکی باعث سردرگمی کاربر نهایی شود. به عنوان مثال، برای صاحب یک بخاری برقی، مقدار گرمای دریافتی مهم است و تنها پس از آن محاسبات الکتریکی مهم است.

وات ساعت و کیلووات ساعت (W⋅h، کیلووات⋅h، دبلیو⋅h، کیلووات⋅h)- واحدهای اندازه گیری غیر سیستمی مصرف شده انرژی الکتریکی(مصرف برق). توان مصرفی مقدار برق مصرفی تجهیزات الکتریکی در واحد زمان کارکرد است. بیشتر اوقات، "وات ساعت" و "کیلووات ساعت" برای نشان دادن مصرف برق تجهیزات الکتریکی خانگی استفاده می شود که بر اساس آن در واقع انتخاب می شود.

ولت آمپر و کیلوولت آمپر (VA، kVA، VA، kVA)- واحدهای SI توان الکتریکی، معادل وات (W) و کیلووات (کیلووات). به عنوان واحد اندازه گیری برای برق AC ظاهری استفاده می شود. ولت آمپر و کیلوولت آمپر در محاسبات الکتریکی در مواردی که دانستن و کارکرد با مفاهیم الکتریکی مهم است استفاده می شود. این واحدهای اندازه گیری می توانند برای نشان دادن توان الکتریکی هر وسیله الکتریکی AC مورد استفاده قرار گیرند. چنین نامگذاری به بهترین وجه الزامات مهندسی برق را برآورده می کند، از این نظر که تمام وسایل برقی جریان متناوب دارای اجزای فعال و راکتیو هستند، بنابراین کل توان الکتریکی چنین دستگاهی باید با مجموع قطعات آن تعیین شود. به عنوان یک قاعده، قدرت ترانسفورماتورها، چوک ها و سایر مبدل های صرفاً الکتریکی اندازه گیری و با "ولت آمپر" و مضرب آنها مشخص می شود.

انتخاب واحدهای اندازه گیری در هر مورد به صلاحدید سازنده به صورت جداگانه انجام می شود. بنابراین، می توانید اجاق های مایکروویو خانگی را از اینجا پیدا کنید تولید کنندگان مختلفکه توان آن بر حسب کیلووات (کیلووات، کیلووات)، کیلووات ساعت (کیلووات⋅ ساعت، کیلووات⋅ ساعت) یا بر حسب ولت آمپر (VA، VA) نشان داده شده است. و اولی و دومی و سومی اشتباه نخواهد بود. در مورد اول، سازنده قدرت حرارتی (به عنوان یک واحد گرمایش) را نشان می دهد، در مورد دوم - توان الکتریکی مصرف شده (به عنوان مصرف کننده برق)، در مورد سوم - کل توان الکتریکی (به عنوان یک وسیله الکتریکی).

از آنجایی که تجهیزات الکتریکی خانگی به اندازه کافی کم مصرف هستند تا قوانین مهندسی برق علمی را در نظر بگیرند، بنابراین در سطح خانگی، هر سه عدد عملاً یکسان هستند.

با توجه به موارد فوق می توان پاسخ داد سوال اصلیمقالات

کیلووات و کیلووات ساعت | چه کسی اهمیت می دهد؟

• بیشترین یک تفاوت بزرگاین است که یک کیلووات یک واحد قدرت و یک کیلووات ساعت یک واحد برق است. سردرگمی و سردرگمی در سطح خانوار به وجود می آید، جایی که مفاهیم کیلووات و کیلووات ساعت با اندازه گیری توان تولیدی و مصرفی یک وسیله برقی خانگی شناسایی می شوند.
• در سطح یک دستگاه مبدل الکتریکی خانگی، تنها تفاوت در تفکیک مفاهیم خروجی و انرژی مصرفی است. توان حرارتی یا مکانیکی خروجی یک واحد الکتریکی بر حسب کیلووات اندازه گیری می شود. توان الکتریکی مصرفی یک واحد الکتریکی بر حسب کیلووات ساعت اندازه گیری می شود. برای یک لوازم الکتریکی خانگی، ارقام انرژی تولید شده (مکانیکی یا حرارتی) و انرژی مصرف شده (الکتریکی) تقریباً یکسان است. بنابراین، در زندگی روزمره تفاوتی در این نیست که چه مفاهیمی را بیان کنیم و در چه واحدهایی توان وسایل الکتریکی را اندازه گیری کنیم.
• پیوند واحدهای اندازه گیری کیلووات و کیلووات ساعت فقط برای موارد تبدیل مستقیم و معکوس انرژی الکتریکی به مکانیکی، حرارتی و غیره قابل اعمال است.
• استفاده از واحد اندازه گیری "کیلووات ساعت" در غیاب فرآیند تبدیل برق کاملا غیرقابل قبول است. برای مثال، «کیلووات ساعت» نمی‌تواند مصرف برق دیگ بخاری چوبی را اندازه‌گیری کند، اما می‌تواند مصرف برق دیگ گرمایش الکتریکی را اندازه‌گیری کند. یا مثلاً مصرف برق را نمی توان با «کیلووات ساعت» اندازه گیری کرد. موتور بنزینی، اما می توانید مصرف برق موتور الکتریکی را اندازه گیری کنید
• در صورت تبدیل مستقیم یا معکوس انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی یا حرارتی، می توانید کیلووات ساعت را با سایر واحدهای انرژی با استفاده از ماشین حساب آنلاین در tehnopost.kiev.ua پیوند دهید:

برای کشیدن 10 کیسه سیب زمینی از باغی که در چند کیلومتری خانه قرار دارد، باید یک سطل را در تمام طول روز به این طرف و آن طرف ببرید. اگر گاری طراحی شده برای یک کیسه را بردارید، می توانید آن را در دو تا سه ساعت انجام دهید.

خوب، اگر همه کیسه ها را داخل گاری که توسط اسب کشیده شده است بیندازید، پس از نیم ساعت محصول شما با خیال راحت به انبار شما منتقل می شود. تفاوت در چیست؟ تفاوت در سرعت انجام کار است.سرعت کار مکانیکی با کمیت فیزیکی مطالعه شده در درس فیزیک پایه هفتم مشخص می شود. این کمیت قدرت نامیده می شود. توان نشان می دهد که در واحد زمان چقدر کار انجام شده است. یعنی برای یافتن قدرت، باید کار انجام شده را بر زمان صرف شده تقسیم کنید.

فرمول محاسبه توان

و در این مورد، فرمول محاسبه توان می گیرد نمای بعدی: قدرت= کار/زمان یا

جایی که N قدرت است،
کار،
t - زمان.

واحد قدرت وات (1 وات) است. 1 W توانی است که در آن 1 ژول کار در 1 ثانیه انجام می شود. این واحد به افتخار مخترع انگلیسی J. Watt که اولین موتور بخار را ساخت، نامگذاری شده است. جالب است که خود وات از واحد قدرت متفاوتی استفاده کرده است - اسب بخارو فرمول قدرت در فیزیک به شکلی که امروز می شناسیم بعداً معرفی شد. اندازه گیری قدرت بر حسب اسب بخار هنوز هم امروزه استفاده می شود، به عنوان مثال، زمانی که در مورد قدرت صحبت می شود خودروی سرنشینیا یک کامیون یک اسب بخار تقریباً برابر با 735.5 وات است.

کاربرد قدرت در فیزیک

قدرت است مهمترین ویژگیهر موتور موتورهای مختلف قدرت کاملا متفاوتی تولید می کنند. این می تواند صدم کیلووات باشد، به عنوان مثال، یک موتور تیغ برقی، یا میلیون ها کیلووات، به عنوان مثال، یک موتور وسیله نقلیه پرتاب. سفینه فضایی. تحت بارهای مختلف موتور ماشین قدرت متفاوتی تولید می کندبرای ادامه حرکت با همان سرعت به عنوان مثال، با افزایش جرم بار، وزن خودرو افزایش می یابد و بر این اساس، نیروی اصطکاک روی سطح جاده افزایش می یابد و برای حفظ همان سرعت بدون بار، موتور باید کار بیشتری انجام دهد. بر این اساس، قدرت تولید شده توسط موتور افزایش خواهد یافت. موتور سوخت بیشتری مصرف خواهد کرد. این به خوبی برای همه رانندگان شناخته شده است. با این حال، در سرعت های بالا، اینرسی یک وسیله نقلیه در حال حرکت نیز نقش مهمی ایفا می کند، که هر چه جرم آن بیشتر باشد، بیشتر می شود. رانندگان کامیون با تجربه ترکیب بهینه سرعت و مصرف بنزین را پیدا می کنند تا کامیون سوخت کمتری بسوزاند.

برق - کمیت فیزیکی، سرعت انتقال یا تبدیل انرژی الکتریکی را مشخص می کند.

یوتیوب دایره المعارفی

1 / 5

✪ درس 363. برق در مدار جریان متناوب

✪ توان فعال، راکتیو و ظاهری. با استفاده از یک قیاس بصری به عنوان مثال، آن چیست.

✪ کار و قدرت جریان الکتریسیته. کار فعلی | فیزیک هشتم پایه نوزدهم | درس اطلاعات

✪ تفاوت ولتاژ و جریان چیست

✪ وات ژول و اسب بخار

زیرنویس

برق لحظه ای

توان لحظه ای حاصل ضرب مقادیر لحظه ای ولتاژ و جریان در هر قسمت از مدار الکتریکی است.

برق DC

از آنجایی که مقادیر جریان و ولتاژ ثابت و برابر با مقادیر لحظه ای در هر زمان هستند، توان را می توان با استفاده از فرمول محاسبه کرد:

P = I ⋅ U (\displaystyle P=I\cdot U) .

برای یک مدار خطی غیرفعال که در آن قانون اهم مشاهده می شود، می توانیم بنویسیم:

P = I 2 ⋅ R = U 2 R (\displaystyle P=I^(2)\cdot R=(\frac (U^(2))(R)))، جایی که R (\displaystyle R)- مقاومت الکتریکی .

اگر مدار حاوی یک منبع EMF باشد، توان الکتریکی صادر شده یا جذب شده توسط آن برابر است با:

P = I ⋅ E (\displaystyle P=I\cdot (\mathcal (E)))، جایی که E (\displaystyle (\mathcal (E)))- EMF

اگر جریان داخل EMF مخالف گرادیان پتانسیل باشد (در داخل EMF از مثبت به منفی جریان می‌یابد)، آنگاه برق توسط منبع EMF از شبکه جذب می‌شود (به عنوان مثال، زمانی که یک موتور الکتریکی در حال کار است یا در حال شارژ باتری)، اگر هم جهت باشد (در داخل EMF از منفی به مثبت جریان می یابد)، سپس توسط منبع به شبکه منتقل می شود (مثلاً هنگام کار با باتری گالوانیکی یا ژنراتور). با در نظر گرفتن مقاومت داخلی منبع EMF، قدرت آزاد شده روی آن p = I 2 ⋅ r (\displaystyle p=I^(2)\cdot r)به چیزی که جذب می شود یا از آنچه داده می شود کم می شود.

برق AC

در مدارهای متناوب، فرمول برق DC را فقط می توان برای محاسبه توان لحظه ای استفاده کرد، که در طول زمان بسیار متفاوت است و برای اکثر محاسبات ساده عملی بسیار مفید نیست. محاسبه مستقیم توان متوسط ​​نیاز به ادغام در طول زمان دارد. برای محاسبه توان در مدارهایی که ولتاژ و جریان به صورت دوره‌ای متفاوت است، می‌توان توان متوسط ​​را با ادغام توان لحظه‌ای در طول دوره محاسبه کرد. در تمرین بالاترین ارزشدارای محاسبه توان در مدارهای ولتاژ و جریان سینوسی متناوب.

به منظور اتصال مفاهیم توان راکتیو کل، اکتیو، راکتیو و ضریب توان، راحت است که به نظریه اعداد مختلط روی آوریم. می توان فرض کرد که توان در یک مدار جریان متناوب با یک عدد مختلط بیان می شود به طوری که توان اکتیو قسمت واقعی آن، توان راکتیو قسمت خیالی آن، توان کل ماژول آن و زاویه (تغییر فاز) آرگومان آن است. برای چنین مدلی، تمام روابطی که در زیر نوشته شده است معتبر هستند.

قدرت فعال

.

توان راکتیو مقداری است که بارهای ایجاد شده در دستگاه های الکتریکی توسط نوسانات انرژی را مشخص می کند میدان الکترومغناطیسیدر یک مدار جریان متناوب سینوسی، برابر با حاصل ضرب مقادیر ولتاژ rms U (\displaystyle U)و جاری من (\displaystyle I)ضرب در سینوس زاویه فاز φ (\displaystyle \varphi)بین آنها: Q = U ⋅ I ⋅ sin ⁡ φ (\displaystyle Q=U\cdot I\cdot \sin \varphi)(اگر جریان از ولتاژ عقب بماند، تغییر فاز مثبت در نظر گرفته می شود، اگر منجر شود، منفی است). توان راکتیو به توان ظاهری مربوط می شود S (\displaystyle S)و قدرت فعال P (\displaystyle P)نسبت: | س | = S 2 − P 2 (\displaystyle |Q|=(\sqrt (S^(2)-P^(2)))).

مفهوم فیزیکی توان راکتیو انرژی است که از منبع به عناصر راکتیو گیرنده (سلف‌ها، خازن‌ها، سیم‌پیچ‌های موتور) پمپ می‌شود و سپس توسط این عناصر در طول یک دوره نوسانی که به این دوره اشاره می‌شود، به منبع برمی‌گردد.

لازم به ذکر است که مقدار برای مقادیر φ (\displaystyle \varphi) 0 تا مثبت 90 درجه یک مقدار مثبت است. اندازه sin⁡ φ (\displaystyle \sin \varphi)برای ارزش ها φ (\displaystyle \varphi) 0 تا 90- درجه یک مقدار منفی است. طبق فرمول Q = U من گناه ⁡ φ (\displaystyle Q=UI\sin \varphi)توان راکتیو می تواند یک مقدار مثبت (اگر بار ذاتاً فعال-القایی باشد) یا منفی (اگر بار ذاتاً فعال-خازنی باشد) باشد. این شرایط بر این واقعیت تأکید دارد که توان راکتیو در عملکرد جریان الکتریکی شرکت نمی کند. وقتی دستگاهی دارای توان راکتیو مثبت است، مرسوم است که می گویند آن را مصرف می کند و زمانی که توان منفی تولید می کند، آن را تولید می کند، اما این کاملاً یک قرارداد است زیرا اکثر دستگاه های مصرف کننده انرژی (مثلاً ناهمزمان) موتورها) و همچنین بارهای کاملاً فعال که از طریق ترانسفورماتور متصل می شوند، القایی فعال هستند.

ژنراتورهای سنکرون نصب شده روی ایستگاه های برقبسته به مقدار جریان تحریکی که در سیم پیچ روتور ژنراتور جریان دارد، هم می تواند توان راکتیو تولید و هم مصرف کند. با توجه به این ویژگی ماشین های الکتریکی سنکرون، سطح ولتاژ شبکه مشخص شده تنظیم می شود. برای حذف اضافه بار و بهبود ضریب توان نصب الکتریکیتوان راکتیو جبران می شود.

استفاده از مبدل های اندازه گیری الکتریکی مدرن با استفاده از فناوری ریزپردازنده امکان ارزیابی دقیق تری از مقدار انرژی بازگشتی از یک بار القایی و خازنی به منبع ولتاژ متناوب را فراهم می کند.

قدرت کامل

واحد کل توان الکتریکی ولت آمپر است (نام روسی: VA; بین المللی: V·A) .

توان کل مقداری برابر با حاصل ضرب مقادیر مؤثر جریان الکتریکی دوره ای است من (\displaystyle I)در مدار و ولتاژ U (\displaystyle U)روی گیره های آن: S = U ⋅ I (\displaystyle S=U\cdot I); با نسبت توان فعال و راکتیو مرتبط است: S = P 2 + Q 2 , (\displaystyle S=(\sqrt (P^(2)+Q^(2)))جایی که P (\displaystyle P)- قدرت فعال، Q (\displaystyle Q)- توان راکتیو (با بار القایی Q > 0 (\displaystyle Q>0)، و با خازنی س< 0 {\displaystyle Q<0} ).

رابطه برداری بین توان کل، اکتیو و راکتیو با فرمول بیان می شود: S⟶ = P⟶ + Q⟶. (\displaystyle (\stackrel (\longrightarrow )(S))=(\stackrel (\longrightarrow )(P))+(\stackrel (\longrightarrow )(Q)).)قدرت پیچیده

توان، مشابه امپدانس، را می توان به شکل پیچیده نوشت:

S ˙ = U ˙ I ˙ ∗ = I 2 Z = U 2 Z ∗ , (\displaystyle (\dot (S))=(\dot (U))(\dot (I))^(*)=I^ (2)\mathbb (Z) =(\frac (U^(2))(\mathbb (Z) ^(*)))جایی که U ˙ (\displaystyle (\dot (U)))- استرس پیچیده، I ˙ (\displaystyle (\dot (I)))- جریان پیچیده Z (\displaystyle \mathbb (Z))- امپدانس، * - عملگر صرف پیچیده.

ماژول قدرت پیچیده | S˙ | (\displaystyle \چپ|(\نقطه (S))\راست|)برابر با قدرت کامل S (\displaystyle S). بخش واقعی R e (S ˙) (\displaystyle \mathrm (Re) ((\dot (S))))برابر با توان فعال P (\displaystyle P)، و خیالی I m (S ˙) (\displaystyle \mathrm (Im) ((\dot (S))))- توان راکتیو Q (\displaystyle Q)با علامت صحیح بسته به ماهیت بار. برق برخی از وسایل برقی

جدول مقادیر توان برخی از مصرف کنندگان برق را نشان می دهد:

لوازم الکتریکی	پاور، دبلیو
لامپ چراغ قوه	1
روتر شبکه، هاب	10…20
واحد سیستم کامپیوتر	100…1700
واحد سیستم سرور	200…1500
CRT مانیتور کامپیوتر	15…200
مانیتور PC LCD	2…40
لامپ فلورسنت خانگی	5…30
لامپ رشته ای خانگی	25…150
یخچال خانگی	15…700
جارو برقی	100… 3000
اتو برقی	300…2 000
ماشین لباسشویی	350…2 000
اجاق برقی	1 000…2 000
دستگاه جوش خانگی	1 000…5 500
موتور تراموا	45 000…50 000
موتور لکوموتیو برقی	650 000
موتور الکتریکی دستگاه بالابر مین	1 000 000...5 000 000
موتورهای الکتریکی کارخانه نورد	6 000 000…9 000 000

توان لحظه ای حاصل ضرب مقادیر لحظه ای ولتاژ و جریان در هر قسمت از مدار الکتریکی است.

برق DC

از آنجایی که مقادیر جریان و ولتاژ ثابت و برابر با مقادیر لحظه ای در هر زمان هستند، توان را می توان با استفاده از فرمول محاسبه کرد:

P = I ⋅ U (\displaystyle P=I\cdot U) .

برای یک مدار خطی غیرفعال که در آن قانون اهم مشاهده می شود، می توانیم بنویسیم:

P = I 2 ⋅ R = U 2 R (\displaystyle P=I^(2)\cdot R=(\frac (U^(2))(R)))، جایی که R (\displaystyle R)- مقاومت الکتریکی .

اگر مدار حاوی یک منبع EMF باشد، توان الکتریکی صادر شده یا جذب شده توسط آن برابر است با:

P = I ⋅ E (\displaystyle P=I\cdot (\mathcal (E)))، جایی که E (\displaystyle (\mathcal (E)))- EMF

اگر جریان داخل EMF مخالف گرادیان پتانسیل باشد (در داخل EMF از مثبت به منفی جریان می‌یابد)، آنگاه برق توسط منبع EMF از شبکه جذب می‌شود (به عنوان مثال، زمانی که یک موتور الکتریکی در حال کار است یا در حال شارژ باتری)، اگر هم جهت باشد (در داخل EMF از منفی به مثبت جریان می یابد)، سپس توسط منبع به شبکه منتقل می شود (مثلاً هنگام کار با باتری گالوانیکی یا ژنراتور). با در نظر گرفتن مقاومت داخلی منبع EMF، قدرت آزاد شده روی آن p = I 2 ⋅ r (\displaystyle p=I^(2)\cdot r)به چیزی که جذب می شود یا از آنچه داده می شود کم می شود.

برق AC

در مدارهای متناوب، فرمول برق DC را فقط می توان برای محاسبه توان لحظه ای استفاده کرد، که در طول زمان بسیار متفاوت است و برای اکثر محاسبات ساده عملی بسیار مفید نیست. محاسبه مستقیم توان متوسط ​​نیاز به ادغام در طول زمان دارد. برای محاسبه توان در مدارهایی که ولتاژ و جریان به صورت دوره‌ای متفاوت است، می‌توان توان متوسط ​​را با ادغام توان لحظه‌ای در طول دوره محاسبه کرد. در عمل، بیشترین اهمیت محاسبه توان در مدارهای ولتاژ و جریان سینوسی متناوب است.

به منظور اتصال مفاهیم توان راکتیو کل، اکتیو، راکتیو و ضریب توان، راحت است که به نظریه اعداد مختلط روی آوریم. می توان فرض کرد که توان در یک مدار جریان متناوب با یک عدد مختلط بیان می شود به طوری که توان اکتیو قسمت واقعی آن، توان راکتیو قسمت خیالی آن، توان کل ماژول آن و زاویه (تغییر فاز) آرگومان آن است. برای چنین مدلی، تمام روابطی که در زیر نوشته شده است معتبر هستند.

قدرت فعال

واحد اندازه گیری SI وات است.

میانگین دوره T (\displaystyle T)مقدار توان لحظه ای را توان الکتریکی فعال یا توان الکتریکی می نامند: P = 1 T ∫ 0 T p (t) d t (\displaystyle P=(\frac (1)(T))\int \limits _(0)^(T)p(t)dt). در مدارهای جریان سینوسی تک فاز P = U ⋅ I ⋅ cos ⁡ φ (\displaystyle P=U\cdot I\cdot \cos \varphi)، جایی که U (\displaystyle U)و من (\displaystyle I)- مقادیر rms ولتاژ و جریان، φ (\displaystyle \varphi)- زاویه تغییر فاز بین آنها. برای مدارهای جریان غیر سینوسی، توان الکتریکی برابر است با مجموع توانهای متوسط ​​مربوطه هر هارمونیک منفرد. توان فعال میزان تبدیل برگشت ناپذیر انرژی الکتریکی به انواع دیگر انرژی (حرارتی و الکترومغناطیسی) را مشخص می کند. توان اکتیو را می توان بر حسب جریان، ولتاژ و جزء فعال مقاومت مدار نیز بیان کرد r (\displaystyle r)یا رسانایی آن g (\displaystyle g)طبق فرمول P = I 2 ⋅ r = U 2 ⋅ g (\displaystyle P=I^(2)\cdot r=U^(2)\cdot g). در هر مدار الکتریکی اعم از جریان سینوسی و غیر سینوسی، توان اکتیو کل مدار برابر است با مجموع توانهای فعال تک تک قطعات مدار؛ برای مدارهای سه فاز، توان الکتریکی به صورت مجموع قدرت های هر فاز با قدرت کامل S (\displaystyle S)فعال با رابطه مرتبط است P = S ⋅ cos ⁡ φ (\displaystyle P=S\cdot \cos \varphi).

.

Var به عنوان توان راکتیو یک مدار با جریان متناوب سینوسی در مقادیر موثر ولتاژ 1 ولت و جریان 1 A تعریف می شود، اگر تغییر فاز بین جریان و ولتاژ باشد. π 2 (\displaystyle (\frac (\pi )(2))) .

توان راکتیو مقداری است که بارهای ایجاد شده در دستگاه های الکتریکی را با نوسانات انرژی میدان الکترومغناطیسی در مدار جریان متناوب سینوسی، برابر با حاصل ضرب مقادیر ولتاژ rms مشخص می کند. U (\displaystyle U)و جاری من (\displaystyle I)ضرب در سینوس زاویه فاز φ (\displaystyle \varphi)بین آنها: Q = U ⋅ I ⋅ sin ⁡ φ (\displaystyle Q=U\cdot I\cdot \sin \varphi)(اگر جریان از ولتاژ عقب بماند، تغییر فاز مثبت در نظر گرفته می شود، اگر منجر شود، منفی است). توان راکتیو به توان ظاهری مربوط می شود S (\displaystyle S)و قدرت فعال P (\displaystyle P)نسبت: | س | = S 2 − P 2 (\displaystyle |Q|=(\sqrt (S^(2)-P^(2)))).

مفهوم فیزیکی توان راکتیو انرژی است که از منبع به عناصر راکتیو گیرنده (سلف‌ها، خازن‌ها، سیم‌پیچ‌های موتور) پمپ می‌شود و سپس توسط این عناصر در طول یک دوره نوسانی که به این دوره اشاره می‌شود، به منبع برمی‌گردد.

لازم به ذکر است که مقدار برای مقادیر φ (\displaystyle \varphi) 0 تا مثبت 90 درجه یک مقدار مثبت است. اندازه sin⁡ φ (\displaystyle \sin \varphi)برای ارزش ها φ (\displaystyle \varphi) 0 تا 90- درجه یک مقدار منفی است. طبق فرمول Q = U من گناه ⁡ φ (\displaystyle Q=UI\sin \varphi)توان راکتیو می تواند یک مقدار مثبت (اگر بار ذاتاً فعال-القایی باشد) یا منفی (اگر بار ذاتاً فعال-خازنی باشد) باشد. این شرایط بر این واقعیت تأکید دارد که توان راکتیو در عملکرد جریان الکتریکی شرکت نمی کند. وقتی دستگاهی دارای توان راکتیو مثبت است، مرسوم است که می گویند آن را مصرف می کند و زمانی که توان منفی تولید می کند، تولید می کند، اما این کاملاً یک قرارداد است زیرا اکثر دستگاه های مصرف کننده انرژی (مثلاً موتورهای ناهمزمان) ، و همچنین بارهای کاملاً فعال، از طریق ترانسفورماتور متصل می شوند، فعال القایی هستند.

ژنراتورهای سنکرون نصب شده در نیروگاه ها بسته به میزان جریان تحریکی که در سیم پیچ روتور ژنراتور جریان دارد، هم می توانند توان راکتیو تولید و هم مصرف کنند. با توجه به این ویژگی ماشین های الکتریکی سنکرون، سطح ولتاژ شبکه مشخص شده تنظیم می شود. برای حذف اضافه بار و افزایش ضریب توان تاسیسات الکتریکی، جبران توان راکتیو انجام می شود.

استفاده از مبدل های اندازه گیری الکتریکی مدرن مبتنی بر فناوری ریزپردازنده امکان ارزیابی دقیق تری از مقدار انرژی برگشتی از یک بار القایی و خازنی به منبع ولتاژ متناوب را فراهم می کند.

قدرت کامل

واحد اندازه گیری SI وات است. علاوه بر این، از یک واحد خارج از سیستم استفاده می شود ولت آمپر(نام روسی: VA; بین المللی: V·A). در فدراسیون روسیه، این واحد برای استفاده به عنوان یک واحد غیر سیستمی بدون محدودیت زمانی با زمینه کاربرد "مهندسی برق" تایید شده است.

توان کل مقداری برابر با حاصل ضرب مقادیر مؤثر جریان الکتریکی دوره ای است من (\displaystyle I)در مدار و ولتاژ U (\displaystyle U)روی گیره های آن: S = U ⋅ I (\displaystyle S=U\cdot I); با نسبت توان فعال و راکتیو مرتبط است: S = P 2 + Q 2 , (\displaystyle S=(\sqrt (P^(2)+Q^(2)))جایی که P (\displaystyle P)- قدرت فعال، Q (\displaystyle Q)- توان راکتیو (با بار القایی Q > 0 (\displaystyle Q>0)، و با خازنی س< 0 {\displaystyle Q<0} ).

رابطه برداری بین توان کل، اکتیو و راکتیو با فرمول بیان می شود: S⟶ = P⟶ + Q⟶. (\displaystyle (\stackrel (\longrightarrow )(S))=(\stackrel (\longrightarrow )(P))+(\stackrel (\longrightarrow )(Q)).)

توان کل به عنوان مقداری که بارهای اعمال شده توسط مصرف کننده را بر روی عناصر شبکه تامین (سیم ها، کابل ها، تابلوهای توزیع، ترانسفورماتورها، خطوط برق) توصیف می کند، اهمیت عملی دارد، زیرا این بارها به جریان مصرفی بستگی دارند و نه به جریان مصرفی. انرژی که در واقع توسط مصرف کننده استفاده می شود. به همین دلیل است که توان کل ترانسفورماتورها و تابلوهای توزیع به جای وات بر حسب ولت آمپر اندازه گیری می شود.

قدرت پیچیده

توان، مشابه امپدانس، را می توان به شکل پیچیده نوشت:

S ˙ = U ˙ I ˙ ∗ = I 2 Z = U 2 Z ∗ , (\displaystyle (\dot (S))=(\dot (U))(\dot (I))^(*)=I^ (2)\mathbb (Z) =(\frac (U^(2))(\mathbb (Z) ^(*)))جایی که U ˙ (\displaystyle (\dot (U)))- استرس پیچیده، I ˙ (\displaystyle (\dot (I)))- جریان پیچیده Z (\displaystyle \mathbb (Z))- امپدانس، * - عملگر صرف پیچیده.

ماژول قدرت پیچیده | S˙ | (\displaystyle \چپ|(\نقطه (S))\راست|)برابر با قدرت کامل S (\displaystyle S). بخش واقعی R e (S ˙) (\displaystyle \mathrm (Re) ((\dot (S))))برابر با توان فعال P (\displaystyle P)، و خیالی I m (S ˙) (\displaystyle \mathrm (Im) ((\dot (S))))- توان راکتیو Q (\displaystyle Q) 15…200

اگر می خواهید واحدهای برق را در یک سیستم بیاورید، به تبدیل برق ما - مبدل آنلاین نیاز دارید. و در زیر می توانید نحوه اندازه گیری قدرت را بخوانید.

وات اسب بخار اسب بخار متریک انگلیسی Erg در ثانیه کیلوگرم نیرو متر در ثانیه

قدرت یک کمیت فیزیکی است که برابر با نسبت کار انجام شده در یک دوره زمانی معین به این دوره زمانی است.

قدرت چگونه اندازه گیری می شود؟

واحدهای قدرتی که برای هر دانش آموزی شناخته شده و در جامعه بین المللی پذیرفته شده است، وات است. به افتخار دانشمند J. Watt نامگذاری شده است. آنها با W یا vt لاتین تعیین می شوند.

1 وات واحدی از توان است که در هر ثانیه 1 ژول کار تولید می کند. یک وات برابر است با توان جریانی که قدرت آن 1 آمپر و ولتاژ آن 1 ولت است. در فناوری معمولاً از مگاوات و کیلووات استفاده می شود. 1 کیلووات برابر با 1000 وات است.
قدرت نیز بر حسب ارگ ​​در ثانیه اندازه گیری می شود. 1 گرم در ثانیه برابر با 10 به منهای توان هفتم وات. بر این اساس، 1 وات برابر است با 10 به توان هفتم erg/sec.

و واحد اندازه گیری قدرت "اسب بخار" غیر سیستمی در نظر گرفته می شود. در قرن هجدهم وارد گردش شد و همچنان در صنعت خودرو مورد استفاده قرار می گیرد. به شرح زیر تعیین می شود:

• L.S. (در روسی)،
• HP (به انگلیسی).
• PS (به آلمانی)،
• CV (به زبان فرانسه).

هنگام تبدیل قدرت، به یاد داشته باشید که هنگام تبدیل اسب بخار به وات، سردرگمی باورنکردنی در RuNet وجود دارد. در روسیه، کشورهای مستقل مشترک المنافع و برخی کشورهای دیگر 1 اسب بخار. برابر با 735.5 وات است. در انگلستان و آمریکا، 1 اسب بخار برابر با 745.7 وات است.