Vad är styrka och kraft? Hur denna indikator mäts, vilka instrument som används och hur dessa används i praktiken kommer vi att överväga senare i artikeln.
Tvinga
I världen börjar alla kroppar av fysisk natur att röra sig på grund av kraft. När den utsätts för det, med samma eller motsatta rörelseriktning av kroppen, utförs arbetet. Sålunda verkar en viss kraft på kroppen.
Således rör sig en cykel iväg tack vare styrkan i en persons ben, och tåget påverkas av dragkraften från ett elektriskt lok. En liknande påverkan inträffar med alla rörelser. En krafts arbete är den kvantitet i vilken kraftmodulen, förskjutningsmodulen för dess appliceringspunkt och cosinus för vinkeln mellan vektorerna för dessa indikatorer multipliceras. Formeln i det här fallet ser ut så här:
A = F s cos (F, s)
Om vinkeln mellan dessa vektorer inte är noll, är arbetet alltid gjort. Dessutom kan det ha både positiv och negativ betydelse. Det kommer inte att finnas någon kraft som verkar på kroppen i en vinkel på 90°.
Tänk till exempel på en vagn som dras av en hästs muskelkraft. Arbetet utförs med andra ord av dragkraften i vagnens rörelseriktning. Men när den är riktad nedåt eller vinkelrätt fungerar den inte (förresten, hästkrafter är vad motoreffekten mäts i).
Arbetet som utförs av en kraft är en skalär storhet och mäts i joule. Hon kan vara:
- resulterande (under påverkan av flera krafter);
- icke-konstant (då utförs beräkningen med en integral).
Kraft
Hur mäts denna mängd? Låt oss först titta på vad det är. Det är tydligt att kroppen börjar röra sig på grund av den kraft som utövas. Men i praktiken är det nödvändigt att veta exakt hur det åstadkoms.
Arbetet kan slutföras inom olika tidsramar. Till exempel kan samma åtgärd utföras av en liten motor eller en stor elmotor. Frågan är bara hur lång tid det tar att producera den. Den kvantitet som är ansvarig för denna uppgift är makt. Hur det mäts blir tydligt från definitionen - detta är förhållandet mellan arbete för en specifik tid och dess värde:
Med logiska steg kommer vi fram till följande formel:
det vill säga produkten av kraftvektorer och rörelsehastighet är kraft. Hur mäts det? Enligt det internationella SI-systemet är måttenheten för denna kvantitet 1 Watt.
Watt och andra kraftenheter
Watt betyder effekt, där en joule arbete utförs på en sekund. Den sista enheten fick sitt namn efter engelsmannen J. Watt, som uppfann och byggde den första ångmaskinen. Men han använde en annan mängd - hästkrafter, som används än idag. ungefär lika med 735,5 watt.
Sålunda, förutom watt, mäts effekten i metriska hästkrafter. Och för ett mycket litet värde används också Erg, lika med tio till minus sjunde potens Watt. Det är också möjligt att mäta i en enhet massa/kraft/meter per sekund, vilket är lika med 9,81 Watt.
Motoreffekt
Detta värde är ett av de viktigaste i alla motorer, som kommer i ett brett effektområde. Till exempel har en elektrisk rakhyvel hundradelar av en kilowatt, och en rymdskeppsraket har miljoner.
Olika laster kräver olika effekt för att hålla en viss hastighet. Till exempel kommer en bil att bli tyngre om mer last placeras i den. Då kommer vägen att öka. Därför, för att bibehålla samma hastighet som i obelastat tillstånd, kommer mer effekt att krävas. Följaktligen kommer motorn att förbruka mer bränsle. Alla förare känner till detta faktum.
Men vid höga hastigheter är maskinens tröghet också viktig, som är direkt proportionell mot dess massa. Erfarna förare som är medvetna om detta faktum hittar den bästa kombinationen av bränsle och hastighet när de kör så att mindre bensin förbrukas.
Aktuell effekt
Hur mäts strömeffekten? I samma SI-enhet. Det kan mätas med direkta eller indirekta metoder.
Den första metoden implementeras med hjälp av en wattmätare, som förbrukar betydande energi och kraftigt belastar strömkällan. Den kan användas för att mäta tio watt eller mer. Den indirekta metoden används när det är nödvändigt att mäta små värden. Instrumenten för detta är en amperemeter och en voltmeter kopplade till konsumenten. Formeln i det här fallet kommer att se ut så här:
Med ett känt belastningsmotstånd mäter vi strömmen som flyter genom den och hittar effekten enligt följande:
P = I 2 ∙ R n.
Med hjälp av formeln P = I 2 /R n kan strömeffekten också beräknas.
Hur det mäts i ett trefasströmnät är heller ingen hemlighet. För detta används en redan bekant enhet - en wattmätare. Dessutom är det möjligt att lösa problemet med vad som mäts med ett, två eller till och med tre instrument. Till exempel skulle en fyrtrådsinstallation kräva tre enheter. Och för en tretråd med en asymmetrisk belastning - två.
Begreppet kraft (M) är förknippat med produktiviteten hos en viss mekanism, maskin eller motor. M kan definieras som mängden arbete som utförs per tidsenhet. Det vill säga, M är lika med förhållandet mellan arbete och den tid som spenderas på dess slutförande. I det allmänt accepterade internationella enhetssystemet (SI) är den gemensamma måttenheten M watt. Tillsammans med detta är hästkrafter (hk) fortfarande en alternativ indikator för M. I många länder runt om i världen är det vanligt att mäta M för förbränningsmotorer i hk och M för elmotorer i watt.
Sorter av EIM
När vetenskapliga och tekniska framsteg utvecklades dök ett stort antal olika enheter för effektmätning (PMU) upp. Bland dem är de som efterfrågas idag W, kgsm/s, erg/s och hp. För att undvika förvirring vid övergång från ett mätsystem till ett annat sammanställdes följande EIM-tabell, där verklig effekt mäts.
Tabeller över samband mellan EIM
| EIM | W | kgsm/s | erg/s | hp |
|---|---|---|---|---|
| 1 W | 1 | 0,102 | 10^7 | 1,36 x 10^-3 |
| 1 kiloW | 10^3 | 102 | 10^10 | 1,36 |
| 1 megaW | 10^6 | 102 x 10^3 | 10^13 | 1,36 x 10^3 |
| 1 kgcm per sekund | 9,81 | 1 | 9,81 x 10^7 | 1,36 x 10^-2 |
| 1 erg per sekund | 10^-7 | 1,02 x 10^-8 | 1 | 1,36 x 10^-10 |
| 1 hk | 735,5 | 75 | 7,355 x 10^9 | 1 |
Mätning av M i mekanik
Alla kroppar i den verkliga världen sätts i rörelse av en kraft som appliceras på dem. Effekten på kroppen av en eller flera vektorer kallas mekaniskt arbete (P). Till exempel sätter dragkraften i en bil den i rörelse. Detta åstadkommer därmed mekanisk R.
Ur vetenskaplig synvinkel är P en fysisk storhet "A", bestäms av produkten av storleken på kraften "F", rörelseavståndet för kroppen "S" och cosinus för vinkeln mellan vektorerna för dessa två kvantiteter.
Arbetsformeln ser ut så här:
A = F x S x cos (F, S).
M "N" i detta fall kommer att bestämmas av förhållandet mellan mängden arbete och tidsperioden "t" under vilken krafterna verkade på kroppen. Därför kommer formeln som definierar M att vara:
Mekanisk M-motor
Den fysiska kvantiteten M i mekaniken kännetecknar olika motorers kapacitet. I bilar bestäms motorns M av volymen av förbränningskamrarna för flytande bränsle. M av en motor är arbete (mängden genererad energi) per tidsenhet. Under sin drift omvandlar motorn en typ av energi till en annan potential. I detta fall omvandlar motorn termisk energi från bränsleförbränning till kinetisk energi för roterande rörelse.
Det är viktigt att veta! Huvudindikatorn för M-motorn är det maximala vridmomentet.
Det är vridmomentet som skapar motorns dragkraft. Ju högre denna indikator, desto större M på enheten.
I vårt land beräknas M-kraftenheter i hästkrafter. Över hela världen finns en trend att beräkna M i W. Nu anges effektkarakteristiken i dokumentationen i två dimensioner samtidigt i hk. och kilowatt. I vilken enhet som ska mätas M bestäms av tillverkaren av kraftelektriska och mekaniska installationer.
M el
Elektrisk M kännetecknas av hastigheten för omvandling av elektrisk energi till mekanisk, termisk eller lätt energi. Enligt International SI System är en watt en EIM där den totala effekten av elektricitet mäts.
Kraft- en fysisk storhet som i det allmänna fallet motsvarar hastigheten för förändring, omvandling, överföring eller förbrukning av systemenergi. I en snävare mening är makt lika med förhållandet mellan det arbete som utförts under en viss tidsperiod och denna tidsperiod.
Skilj mellan medeleffekt över en tidsperiod
och momentan kraft vid en given tidpunkt:
Integralen av momentan kraft över en tidsperiod är lika med den totala överförda energin under denna tid:
Enheter. The International System of Units (SI) effektenhet är watt, lika med en joule dividerat med en sekund. mekanisk arbetskraft elektrisk
En annan vanlig, men nu föråldrad, enhet för effektmätning är hästkrafter. I sina rekommendationer listar International Organization of Legal Metrology (OIML) hästkrafter som en måttenhet "som bör fasas ut så snart som möjligt där den för närvarande används och som inte bör införas om den inte används."
Samband mellan kraftenheter (se bilaga 9).
Mekanisk kraft. Om en kraft verkar på en rörlig kropp, så fungerar denna kraft. Effekt i detta fall är lika med skalärprodukten av kraftvektorn och hastighetsvektorn med vilken kroppen rör sig:
Var F- tvinga, v- hastighet, - vinkel mellan vektorn för hastighet och kraft.
Ett speciellt fall av kraft under rotationsrörelse:
M- vridmoment, - vinkelhastighet, - pi, n- rotationshastighet (varv per minut, rpm).
Elkraft
Mekanisk kraft. Kraft kännetecknar den hastighet med vilken arbetet utförs.
Effekt (N) är en fysisk storhet som är lika med förhållandet mellan arbete A och den tidsperiod t under vilken detta arbete utfördes.
Power visar hur mycket arbete som utförs per tidsenhet.
I det internationella systemet (SI) kallas kraftenheten Watt (W) för att hedra den engelske uppfinnaren James Watt (Watt), som byggde den första ångmaskinen.
[N]= W = J/s
- 1 W = 1 J/1s
- 1 Watt är lika med kraften av en kraft som gör 1 J arbete på 1 sekund eller när en last som väger 100 g höjs till en höjd av 1 m på 1 sekund.
James Watt själv (1736-1819) använde en annan kraftenhet - hästkrafter (1 hk), som han introducerade för att jämföra prestanda hos en ångmaskin och en häst.
1 hk = 735 W.
Effekten hos en genomsnittlig häst är dock cirka 1/2 hk, även om hästar är olika.
"Levande motorer" kan kort öka sin effekt flera gånger.
En häst kan öka sin kraft när den springer och hoppar upp till tio gånger eller mer.
Genom att hoppa till en höjd av 1 m utvecklar en häst som väger 500 kg en effekt lika med 5 000 W = 6,8 hk.
Man tror att den genomsnittliga kraften hos en person under tyst gång är cirka 0,1 hk. dvs 70-90W.
När man springer och hoppar kan en person utveckla kraften många gånger större.
Det visar sig att den mest kraftfulla källan till mekanisk energi är ett skjutvapen!
Med hjälp av en kanon kan du kasta en kanonkula som väger 900 kg med en hastighet av 500 m/s och utveckla cirka 110 000 000 J arbete på 0,01 sekunder. Detta arbete motsvarar att lyfta 75 ton last till toppen av Cheops-pyramiden (höjd 150 m).
Effekten på kanonskottet blir 11 000 000 000 W = 15 000 000 hk.
Spänningskraften i en persons muskler är ungefär lika med tyngdkraften som verkar på honom.
denna formel är giltig för likformig rörelse med konstant hastighet och i fallet med variabel rörelse för medelhastighet.
Från dessa formler är det tydligt att vid konstant motoreffekt är rörelsehastigheten omvänt proportionell mot dragkraften och vice versa.
Detta är grunden för funktionsprincipen för växellådan (växellådan) i olika fordon.
Elkraft. Elektrisk kraft är en fysisk storhet som kännetecknar hastigheten för överföring eller omvandling av elektrisk energi. När man studerar växelströmsnät introduceras, förutom momentan effekt som motsvarar den allmänna fysiska definitionen, även begreppen aktiv effekt, lika med medelvärdet av momentan effekt över en period, reaktiv effekt, vilket motsvarar energi som cirkulerar utan förlust från källa till konsumenten och tillbaka, och total effekt, beräknad som produkten av de effektiva värdena för ström och spänning utan att ta hänsyn till fasförskjutningen.
U är det arbete som utförs när man flyttar en coulomb, och strömmen I är antalet coulombs som passerar på 1 sekund. Därför visar produkten av ström och spänning det totala arbetet som utförs på 1 sekund, det vill säga elkraft eller elektrisk strömkraft.
Genom att analysera ovanstående formel kan vi dra en mycket enkel slutsats: eftersom den elektriska effekten "P" lika beror på strömmen "I" och på spänningen "U", kan därför samma elektriska effekt erhållas antingen med en hög ström och låg strömspänning, eller omvänt, vid hög spänning och låg ström (Detta används vid överföring av el över långa avstånd från kraftverk till förbrukningsställen, genom transformatoromvandling vid step-up och step-down krafttransformatorstationer) .
Aktiv elektrisk effekt (detta är effekt som oåterkalleligt omvandlas till andra typer av energi - termisk, lätt, mekanisk, etc.) har sin egen måttenhet - W (Watt). Det är lika med 1 volt gånger 1 ampere. I vardagen och i produktionen är det bekvämare att mäta effekt i kW (kilowatt, 1 kW = 1000 W). Kraftverk använder redan större enheter - mW (megawatt, 1 mW = 1 000 kW = 1 000 000 W).
Reaktiv elektrisk effekt är en storhet som kännetecknar denna typ av elektrisk belastning som skapas i enheter (elektrisk utrustning) av energifluktuationer (induktiva och kapacitiva till sin natur) i det elektromagnetiska fältet. För konventionell växelström är den lika med produkten av driftströmmen I och spänningsfallet U med sinus av fasvinkeln mellan dem:
Q = U*I*sin(vinkel).
Reaktiv effekt har en egen måttenhet som kallas VAR (volt-ampere reactive). Betecknas med bokstaven "Q".
Krafttäthet. Specifik effekt är förhållandet mellan motoreffekt och dess massa eller annan parameter.
Fordons effekttäthet. I förhållande till bilar är specifik effekt den maximala motoreffekten dividerad med bilens hela massa. Effekten hos en kolvmotor dividerad med motorns slagvolym kallas litereffekt. Till exempel är litereffekten för bensinmotorer 30...45 kW/l, och för dieselmotorer utan turboladdning - 10...15 kW/l.
En ökning av motorns specifika effekt leder i slutändan till en minskning av bränsleförbrukningen, eftersom det inte finns något behov av att transportera en tung motor. Detta uppnås genom lätta legeringar, förbättrad design och förstärkning (ökning av hastighet och kompressionsförhållande, användning av turboladdning, etc.). Men detta beroende observeras inte alltid. I synnerhet kan tyngre dieselmotorer vara mer ekonomiska, eftersom effektiviteten hos en modern turboladdad diesel når upp till 50 %
I litteraturen, med denna term, anges ofta det omvända värdet kg/hk. eller kg/kW.
Specifik kraft för tankar. Kraften, tillförlitligheten och andra parametrar för tankmotorer växte ständigt och förbättrades. Om de i de tidiga modellerna var nöjda med i huvudsak bilmotorer, då med ökningen av massan av tankar på 1920-1940-talet. Anpassade flygplansmotorer och senare specialdesignade tankdieselmotorer (flerbränslemotorer) blev utbredda. För att säkerställa acceptabel körprestanda hos en tank måste dess specifika effekt (förhållandet mellan motoreffekt och tankens stridsvikt) vara minst 18-20 hk. Med. /T. Specifik effekt för vissa moderna tankar (se bilaga 10).
Aktiv makt. Aktiv effekt är medelvärdet av momentan växelströmseffekt under en period:
Aktiv effekt är en storhet som kännetecknar processen att omvandla elektricitet till någon annan typ av energi. Elkraft visar med andra ord hur stor elförbrukningen är. Detta är kraften som vi betalar pengar för, som räknas av mätaren.
Aktiv effekt kan bestämmas med följande formel:
Belastningens effektegenskaper kan exakt specificeras av en enda parameter (aktiv effekt i W) endast för fallet med likström, eftersom det i en likströmskrets bara finns en typ av motstånd - aktivt motstånd.
Effektegenskaperna för belastningen för fallet med växelström kan inte exakt specificeras av en enda parameter, eftersom det i växelströmkretsen finns två olika typer av motstånd - aktiv och reaktiv. Därför är det bara två parametrar: aktiv effekt och reaktiv effekt som exakt karakteriserar belastningen.
Funktionsprinciperna för aktivt och reaktivt motstånd är helt olika. Aktivt motstånd - omvandlar irreversibelt elektrisk energi till andra typer av energi (termisk, ljus, etc.) - exempel: glödlampa, elektrisk värmare.
Reaktans - växelvis lagrar energi och släpper sedan tillbaka den i nätverket - exempel: kondensator, induktor.
Aktiv effekt (försvinner genom aktivt motstånd) mäts i watt, och reaktiv effekt (cirkulerar genom reaktans) mäts i vars; För att karakterisera lasteffekten används ytterligare två parametrar: skenbar effekt och effektfaktor. Alla dessa 4 parametrar:
Aktiv effekt: beteckning P, enhet: Watt.
Reaktiv effekt: beteckning Q, måttenhet: VAR (Volt Ampere reactive).
Skenbar effekt: beteckning S, enhet: VA (Volt Ampere).
Effektfaktor: beteckning k eller cosФ, måttenhet: dimensionslös kvantitet.
Dessa parametrar är relaterade av följande relationer:
S*S=P*P+Q*Q, cosФ=k=P/S.
CosФ kallas också effektfaktor.
Därför, inom elektroteknik, är två av dessa parametrar specificerade för att karakterisera effekt, eftersom resten kan hittas från dessa två.
Det är samma sak med strömförsörjning. Deras effekt (belastningskapacitet) kännetecknas av en parameter för DC-strömförsörjning - aktiv effekt (W) och två parametrar för källor. AC strömförsörjning. Typiskt är dessa två parametrar skenbar effekt (VA) och aktiv effekt (W).
De flesta kontors- och hushållsapparater är aktiva (ingen eller liten reaktans), så deras effekt anges i watt. I det här fallet, vid beräkning av belastningen, används UPS-effektvärdet i watt. Om belastningen är datorer med strömförsörjning (PSU) utan ingångseffektfaktorkorrigering (APFC), en laserskrivare, ett kylskåp, en luftkonditionering, en elmotor (till exempel en dränkbar pump eller en motor som en del av en maskin) , fluorescerande driftdon etc. - alla används i beräkningsutgången UPS-data: kVA, kW, överbelastningsegenskaper, etc.
Responsiv kraft. Reaktiv effekt, metoder och typer (medel) för reaktiv effektkompensation.
Reaktiv effekt är den del av den totala effekten som förbrukas på elektromagnetiska processer i en last som har kapacitiva och induktiva komponenter. Det utför inte användbart arbete, orsakar ytterligare uppvärmning av ledarna och kräver användning av en energikälla med ökad effekt.
Reaktiv effekt hänvisar till tekniska förluster i elektriska nätverk enligt order från Ryska federationens industri- och energiministerium nr 267 av den 4 oktober 2005.
Under normala driftsförhållanden laddar alla konsumenter av elektrisk energi vars läge åtföljs av den konstanta förekomsten av elektromagnetiska fält (elektriska motorer, svetsutrustning, lysrör, etc.) nätverket med både aktiva och reaktiva komponenter av den totala strömförbrukningen. Denna reaktiva effektkomponent (nedan kallad reaktiv effekt) är nödvändig för driften av utrustning som innehåller betydande induktanser och kan samtidigt betraktas som en oönskad extra belastning på nätverket.
Med betydande förbrukning av reaktiv effekt minskar spänningen i nätverket. I kraftsystem som har brist på aktiv effekt är spänningsnivån vanligtvis lägre än den nominella. Otillräcklig aktiv effekt för att slutföra balansen överförs till sådana system från angränsande kraftsystem som har överskottsgenererad effekt. Typiskt har kraftsystem brist på aktiv effekt och bristfällig reaktiv effekt. Det är dock mer effektivt att inte överföra den saknade reaktiva effekten från angränsande kraftsystem, utan att generera den i kompensationsanordningar installerade i det givna kraftsystemet. Till skillnad från aktiv effekt kan reaktiv effekt genereras inte bara av generatorer utan också av kompenserande enheter - kondensatorer, synkrona kompensatorer eller statiska reaktiva kraftkällor, som kan installeras vid transformatorstationer i det elektriska nätverket.
Reaktiv effektkompensation, för närvarande är en viktig faktor för att lösa frågan om energibesparing och minska belastningen på elnätet. Enligt uppskattningar från inhemska och ledande utländska experter upptar andelen energiresurser, och i synnerhet elektricitet, en betydande mängd i produktionskostnaden. Detta är ett tillräckligt starkt argument för att på allvar närma sig analysen och granskningen av ett företags energiförbrukning, utvecklingen av en metod och sökandet efter sätt att kompensera för reaktiv effekt.
Reaktiv effektkompensation. Reaktiv effektkompensation betyder. Den induktiva reaktiva belastningen som skapas av elektriska konsumenter kan motverkas med en kapacitiv belastning genom att ansluta en exakt dimensionerad kondensator. Detta minskar den reaktiva effekten som förbrukas från nätverket och kallas effektfaktorkorrigering eller reaktiv effektkompensation.
Fördelar med att använda kondensatorenheter som ett medel för reaktiv effektkompensation:
- · låga specifika förluster av aktiv effekt (de egna förlusterna för moderna lågspänningscosinuskondensatorer överstiger inte 0,5 W per 1000 VAr);
- · inga roterande delar;
- · enkel installation och drift (ingen grund krävs);
- · relativt låga kapitalinvesteringar;
- · Möjligheten att välja vilken kompensationskraft som helst;
- · Möjlighet till installation och anslutning var som helst i elnätet;
- · inget ljud under drift;
- · låga driftskostnader.
Beroende på anslutningen av kondensatorenheten är följande typer av kompensation möjliga:
- 1. Individuell eller konstant kompensation, i vilken induktiv reaktiv effekt kompenseras direkt vid den punkt då den inträffar, vilket leder till avlastning av matningsledningarna (för enskilda konsumenter som arbetar i kontinuerligt läge med konstant eller relativt hög effekt - asynkronmotorer, transformatorer, svetsmaskiner, urladdningslampor, etc.).
- 2. Gruppkompensation, i vilken, i likhet med individuell kompensation för flera samtidigt arbetande induktiva förbrukare, en gemensam konstant kondensator är ansluten (för elmotorer placerade nära varandra, grupper av urladdningslampor). Här lossas även matningsledningen, men endast före distribution till enskilda konsumenter.
- 3. Centraliserad kompensation, där ett visst antal kondensatorer är anslutna till huvud- eller gruppfördelningsskåpet. Sådan kompensation används vanligtvis i stora elsystem med variabel belastning. En sådan kondensatorinstallation styrs av en elektronisk regulator - en styrenhet som ständigt analyserar förbrukningen av reaktiv effekt från nätverket. Sådana regulatorer slår på eller av kondensatorer, med hjälp av vilka den momentana reaktiva effekten av den totala belastningen kompenseras och därmed minskas den totala effekten som förbrukas från nätverket.
Allmän information. Effektmätning är mycket vanligt vid utövandet av elektriska och elektroniska mätningar på lik- och växelström genom hela det bemästrade frekvensområdet - ner till millimetervågor och kortare vågor.
Av särskild betydelse är mätningen av effekt i mikrovågsområdet, eftersom effekt är den enda egenskapen för det elektriska läget för motsvarande väg, när mätning av ström och spänning i mikrovågen är praktiskt taget omöjlig på grund av det stora felet.
Effekten mäts med wattmätare som sträcker sig från bråkdelar av mikrowatt till enheter - tiotals gigawatt.
Beroende på de uppmätta effekterna är enheter indelade i lågwattmätare (<10 мВт), средней (10 мВт... 10 Вт) и большой (>10 W) effekt.
Grundenheten för effekt är watt (W). Multipler och submultiplar används också:
Gigawatt (1 GW = W);
Megawatt (1 MW = W);
Kilowatt (1 kW = W);
Milliwatt (1 mW = W);
Mikrowatt (1 µW = W).
Internationella beteckningar på kraftenheter finns i bilaga 1.
Effekt kan mätas inte bara i absoluta, utan också i relativa enheter - decibel:
För att mäta effekt används indirekta och direkta metoder. I katalogklassificeringen betecknas elektroniska wattmätare enligt följande: Ml - exemplarisk, M2 - överförd effekt, M3 - absorberad effekt, M4 - bryggor för effektmätare, M5 - omvandlare (huvuden) av wattmätare.
Elektromekaniska wattmätare klassificeras enligt de kraftenheter som anges på deras skalor och frontpaneler: W - wattmätare: kW - kilowattmeter; mW - milliwattmeter; W - mikrowattmätare.
Effektmätning i lågfrekventa DC- och AC-kretsar. För att mäta effekt i DC- och AC-kretsar av industriella frekvenser används oftast elektromekaniska wattmetrar av elektrodynamiska och ferrodynamiska system.
I laboratoriepraxis används främst wattmätare för det elektrodynamiska systemet i 3:e, 4:e och 5:e noggrannhetsklasserna (0,1; 0,2; 0,5). Inom industrin, för tekniska mätningar, används wattmätare för det ferrodynamiska systemet i 6:e, 7:e och 8:e noggrannhetsklasserna (1,0, 1,5 och 2,5).
Single-limit wattmeterskalor graderas i värdena för den uppmätta kvantiteten (watt, kilowatt, etc.). Multi-range wattmätare har en icke-graderad skala. Innan sådana wattmätare används, med det kända nominella strömvärdet och nominella spänningsvärdet för den valda gränsen, såväl som antalet skaldelningar av den använda wattmätaren, är det nödvändigt att bestämma dess divisionsvärde Med(enhetskonstant) vid enligt formeln
Genom att känna till divisionsvärdet för en given wattmätare i den valda gränsen är det lätt att beräkna värdet på den uppmätta effekten. Det uppmätta effektvärdet blir
Var P - räkna antalet divisioner på instrumentskalan.
Elektrodynamiska system wattmätare används för att mäta effekt i DC- och AC-kretsar med en frekvens på upp till flera kilohertz.
Ferrodynamiska system wattmätare används för att mäta effekt i DC- och AC-kretsar av industriella frekvenser.
På lik- och växelström av låga, medelhöga och höga frekvenser används indirekta metoder för att mäta effekt, d.v.s. spänningar, strömmar och fasförskjutningar bestäms av efterföljande effektberäkningar. Den aktiva effekten av tvåfas växelström i en krets med en komplex belastning bestäms av formeln
Var U, jag- RMS spänning och ström;
Fasförskjutning mellan ström och spänning.
I en krets med en rent resistiv belastning , när=0,=1, AC-ström är
,
(3.33)
pulsströmseffekt:
I praktiken mäts vanligtvis medeleffekten under pulsrepetitionsperioden:
(3-35)
Var q- arbetscykel: q =;
Pulsvaraktighet;
Pulsformfaktor 1;
Pulsupprepningsperiod.
Högfrekventa effektmätningsmetoder. Det finns två typiska metoder för att mäta effekt (beroende på dess typ: absorberad eller överförd).
Absorberad kraftär den effekt som förbrukas av lasten. I det här fallet ersätts belastningen med dess ekvivalent, och den uppmätta effekten försvinner helt på denna belastningsekvivalent, och sedan mäts effekten av den termiska processen. Belastningen på wattmätaren absorberar helt kraften, därför kallas sådana enheter absorberade effektwattmätare (Fig. 3.16, A). Eftersom belastningen helt måste absorbera den uppmätta effekten, kan enheten endast användas när förbrukaren är frånkopplad. Mätfelet kommer att bli mindre, ju mer fullständig matchningen av ingångsimpedansen för wattmätaren med utgångsimpedansen från källan som studeras eller den karakteristiska impedansen för transmissionsledningen säkerställs.
Ris. 3.16. Metoder för att mäta absorberad (ca) och överförd effekt med wattmätare (b)
Passerande kraft- detta är den effekt som överförs av generatorn till den verkliga lasten. De enheter som mäter det kallas transmitted power wattmeters. Sådana wattmätare förbrukar en liten del av källeffekten, och huvuddelen av den allokeras i den faktiska nyttolasten (Fig. 3.16, b).
Wattmätare för överförd effekt inkluderar enheter som använder Hall-givare, med en absorberande vägg, och andra enheter.
I det höga och ultrahöga frekvensområdet används inte indirekta effektmätningsmetoder, eftersom strömstyrkan och spänningsfallet är olika i olika sektioner av transmissionsledningen; Dessutom ändrar anslutning av en mätanordning mätkretsens driftläge. Därför används andra metoder i mikrovågor: 1 till exempel omvandling av elektromagnetisk energi till termisk energi (kalorimetrisk metod), ändring av resistansen hos ett motstånd (termistormetod).
Kalorimetrisk metod Effektmätningar kännetecknas av hög noggrannhet. Denna metod används i hela radiofrekvensområdet vid mätning av relativt höga effekter där värmeförlust uppstår. Den kalorimetriska metoden bygger på omvandling av elektrisk energi till termisk energi när en del vätska värms upp i en wattmeterkalorimeter (Fig. 3.17). Därefter uppskattas effekten genom att bestämma, från en känd temperaturskillnad och en känd volym vätska som strömmar genom kalorimetern:
,
(3.36)
var är koefficienten för den använda vätskan;
- volym uppvärmd vätska.
Ris. 3.17. Kalorimetrisk wattmätare
Felet för den kalorimetriska metoden är 1...7%.
Termistormetod (bolometrisk). effektmätning baseras på användningen av termistors egenskaper för att ändra deras motstånd under påverkan av kraften hos elektromagnetiska svängningar som de absorberar. Termistorer och bolometrar används som termistorer.
Termistorär en halvledarskiva (eller skiva) innesluten i en glasbehållare. Termistorer har en negativ temperaturkoefficient, d.v.s. När temperaturen ökar, minskar deras motstånd.
Bolometer Det är en tunn platta av glimmer eller glas med ett lager (film) av platina avsatt på den. Filmbolometrar har mycket hög känslighet (upp till ... W). Bolometrar har en positiv temperaturkoefficient, d.v.s. När temperaturen ökar ökar deras motstånd.
Termistorernas känslighet och tillförlitlighet är högre än bolometrar, men bolometrarnas parametrar är mer stabila, så de används i standardwattmätare (undergrupp M1).
Termistormetoden ger hög känslighet, så den används för att mäta låga och medelhöga effekter. Användningen av kopplingar och avdelare gör att metoden kan användas för att mäta höga effekter. Termistorwattmätarnas fel är 4...10% och beror oftast på graden av belastningskonsistens.
De viktigaste metrologiska egenskaperna hos wattmätare som du behöver veta när du väljer en enhet inkluderar följande:
Typ av enhet (absorberad eller överförd effekt);
Effektmätningsområde;
Frekvensomfång;
Tillåtet mätfel;
Effektmätares ingångsförhållande för stående vågor (SWR) eller reflektansmodul.
Kontrollfrågor
1. Ge regeln för att inkludera en amperemeter i den krets som studeras.
2. Vad är syftet med shuntar?
3. Hur förändras motståndet på en amperemeter med en shunt kopplad?
4. Hur är shunten kopplad till amperemätaren?
5. Vilket system av amperemeter används oftast vid mätning av likström?
6. Vilket system av amperemetrar används för att mäta effekten I av högfrekvent växelström?
7. Vilka regler måste följas vid mätning av högfrekvent ström?
8. Ge en ekvivalent krets av en amperemeter för mätning av lågfrekvent ström.
9. Ge en ekvivalent krets av en amperemeter för mätning av högfrekvent ström.
10. Lista huvudparametrarna för amperemetern.
11. Vad är kravet på en amperemeters inre resistans?
12. Varför kan man inte använda en elektromekanisk amperemeter i ett elektrodynamiskt system när man mäter högfrekvent växelström?
13. Lista fördelarna med amperemetrar i ett magnetoelektriskt system.
14. Lista nackdelarna med amperemetrar i det magnetoelektriska systemet.
15. Hur många shuntar innehåller en elektromekanisk amperemeter med fem mätgränser?
16. Vad är den grundläggande skillnaden mellan en voltmeter och en amperemeter?
17. Hur är en voltmeter kopplad till en krets?
18. Vad är syftet med ytterligare motstånd?
19. Vad behöver göras för att utöka spänningsmätområdet för en elektromekanisk voltmeter?
20. Lista fördelar och nackdelar med elektromekaniska voltmetrar.
21. Enligt vilka kriterier klassificeras elektroniska analoga voltmetrar?
22. Vilka strukturella diagram används för att konstruera elektroniska analoga voltmetrar?
23. Lista fördelar och nackdelar med elektroniska analoga voltmetrar.
24. Varför har voltmetrar av typ U - D hög känslighet?
25. Varför har voltmetrar av typ D-U ett brett frekvensområde?
26. Vilka är fördelarna med elektroniska digitala voltmetrar framför elektroniska analoga?
27. Varför har elektroniska analoga voltmetrar en skala graderad i decibel?
28. Vilka är de viktigaste metrologiska egenskaperna för att välja en voltmeter?
29. I vilka enheter mäts spänning?
30. Vad är multimetrar?
31. Vilka instrument kan mäta effekt i DC-kretsar?
32. Vilka instrument kan användas för att mäta effekt i sinusformade växelströmkretsar av industriella frekvenser?
33. Vilken metod kan användas för att mäta låg effekt i mikrovågsområdet?
34. Vilken metod kan användas för att mäta hög effekt i mikrovågsområdet?
35. Vad behöver du veta när du bestämmer effekten av en pulssignal?
36. Bestäm den effekt som tilldelas motståndet R= 1 kOhm när en konstant ström på 5 mA flyter.
37. Bestäm resistorns dissipation R- 2 kOhm effekt om en sinusformad ström med en amplitud på 4 mA flyter genom den.
38. Vilken är den kalorimetriska metoden för att mäta effekt?
39. Vad är termistormetoden för effektmätning?
40. Vad är en bolometer och var används den?
41. Ange fördelarna med en termistor jämfört med en bolometer.
42. Ange nackdelarna med en termistor jämfört med en bolometer.
43. Lista fördelar och nackdelar med elektrodynamiska wattmätare.
44. Till vilken grupp och undergrupp tillhör wattmätare för absorberad effekt?
45. Vilken del av energin förbrukas av wattmeters överförd effekt?
Ström är en fysisk indikator. Den definierar arbetet som utförs under en tidsperiod och hjälper till att mäta energiförändringar. Tack vare måttenheten för strömeffekt kan höghastighetsenergiflödet av energi i alla rumsliga intervall lätt bestämmas.
Beräkning och typer
På grund av kraftens direkta beroende av spänningen i nätverket och strömbelastningen, följer det att detta värde kan uppstå både från interaktionen av en stor ström med en låg spänning och som ett resultat av förekomsten av en betydande spänning med en låg ström. Denna princip är tillämplig för transformation i transformatorer och för överföring av elektricitet över stora avstånd.
Det finns en formel för att beräkna denna indikator. Den har formen P = A / t = I * U, där:
- P är en indikator på strömeffekt, mätt i watt;
- A - aktuellt arbete på kedjesektionen, beräknat i joule;
- t är det tidsintervall under vilket det aktuella arbetet utfördes, bestämt i sekunder;
- U är den elektriska spänningen för kretssektionen, beräknad i volt;
- I - strömstyrka, beräknad i ampere.
Elektrisk kraft kan ha aktiva och reaktiva indikatorer. I det första fallet sker omvandlingen av kraftkraft till annan energi. Det mäts i watt eftersom det bidrar till omvandlingen av volt och ampere.
Den reaktiva effektindikatorn bidrar till uppkomsten av självinduktiva fenomen. Denna omvandling returnerar delvis energiflöden tillbaka till nätverket, vilket orsakar nuvarande värden ändras och spänningar med negativ inverkan på elnätet.
Definition av aktiv och reaktiv indikator
Den aktiva effektkraften beräknas genom att bestämma det totala värdet av en enfaskrets i en sinusformad ström under den önskade tidsperioden. Beräkningsformeln presenteras som uttrycket P = U * I * cos φ, där:
- U och I fungerar som effektiv ström och spänning;
- cos φ är gränssnittsförskjutningsvinkeln mellan dessa två storheter.
Tack vare kraftaktiviteten omvandlas elektricitet till andra energityper: termisk och elektromagnetisk energi. Varje elektriskt nätverk med en ström av sinusformad eller icke-sinusformad riktning bestämmer aktiviteten hos kretssektionen genom att summera effekterna för varje enskild kretssektion. Den elektriska effekten för en trefaskretssektion bestäms av summan av varje faseffekt.
En liknande indikator på aktiv kraftkraft är storleken på överföringseffekten, som beräknas av skillnaden mellan dess infall och reflektion.
Den reaktiva indikatorn mäts i volt-ampere. Det är en kvantitet som används för att bestämma de elektriska belastningar som skapas av elektromagnetiska fält inom en växelströmskrets. Måttenheten för elektrisk strömeffekt beräknas genom att multiplicera rms-värdet för spänningen i nätverket U med växelströmmen I och fassinusvinkeln mellan dessa värden. Beräkningsformeln är följande: Q = U * I * sin.
Om strömbelastningen är mindre än spänningen är fasförskjutningen positiv om den tvärtom är negativ.
Mätvärde
Den grundläggande elektriska enheten är kraft. För att bestämma hur kraften hos en elektrisk ström mäts, är det nödvändigt att studera huvudegenskaperna för denna kvantitet. Enligt fysikens lagar mäts det i watt. Under produktionsförhållanden och i vardagen omvandlas värdet till kilowatt. Beräkningar av stora effektskalor kräver konvertering till megawatt. Detta tillvägagångssätt tillämpas vid kraftverk för att producera elektrisk energi. Arbete beräknas i joule. Värdet bestäms av följande relationer:
Strömförbrukningen anges på själva den elektriska apparaten eller i dess pass. Genom att bestämma denna parameter kan du få värdena för indikatorer som spänning och elektrisk ström. Indikatorerna som används indikerar hur elektrisk effekt mäts de kan vara i form av wattmätare och värmare. Effektindikatorns reaktiva effekt bestäms av en fasmätare, voltmeter och amperemeter. Tillståndsstandarden för hur aktuell effekt mäts är frekvensområdet från 40 till 2500 Hz.
Räkneexempel
För att beräkna vattenkokarens ström med en elektrisk effekt på 2 kW, används formeln I = P / U = (2 * 1000) / 220 = 9 A För att driva enheten till elnätet, är kontaktlängden på 6 A inte används Ovanstående exempel är endast tillämpligt när fasledningen är helt identisk och strömspänning. Denna formel används för att beräkna indikatorn för alla hushållsapparater.
Om kretsen är induktiv eller har en stor kapacitans, är det nödvändigt att beräkna kraftenheten för ström med andra tillvägagångssätt. Till exempel bestäms effekten i en AC-motor med formeln P = I * U * cos.
När du ansluter enheten till ett trefasnätverk, där spänningen kommer att vara 380 V, summeras effekten av varje fas separat för att bestämma indikatorn.
Som ett exempel kan vi betrakta en panna med tre faser med en effektkapacitet på 3 kW, som var och en förbrukar 1 kW. Fasströmmen beräknas med formeln I = P / U * cos φ = (1 * 1000) / 220 = 4,5 A.
På vilken enhet som helst indikeras den elektriska strömindikatorn. Stor kraftöverföring som används i produktionen sker via högspänningsledningar. Energi omvandlas med hjälp av transformatorstationer till elektrisk ström och levereras för användning i elnätet.
Tack vare enkla beräkningar bestäms effektvärdet. Genom att känna till dess värde kan du göra rätt val av spänning för full drift av hushålls- och industriella enheter. Detta tillvägagångssätt kommer att hjälpa till att undvika utbrändhet av elektriska apparater och skydda elektriska nätverk från spänningsöverspänningar.
