Что такое напряжение, вольт [в]
Создав разницу потенциалов, обеспечивают перемещение зарядов. Единица измерения – один Вольт. Такое напряжение обеспечивает перемещение между полюсами электрического заряда 1 Кулон (C). В ходе данного процесса совершается работа энергией 1 Джоуль (J).
Эту же величину (V) можно представить как разницу потенциалов для выделения единичной мощности 1 Вт (W) при ограничении тока одним ампером. Аналогичным образом допустимо использовать пропорции при определении связи напряжения с электрическим сопротивлением (R). Перечисленные зависимости можно выразить следующим образом:
V=J/C=W/A=A*R.
Простейшие формулы справедливы для расчета сети постоянного тока. Если рассматривают синусоидальные колебания, кроме амплитуды, приходится учитывать соответствующие изменения напряжения в зависимости от времени. Мгновенное значение описывают следующим образом:
Ut=Ua*sin(w*t ϕ),
где:
- Ua – максимальное отклонение напряжения (амплитуда);
- w – частота;
- t –время;
- ϕ – фаза (начальная).
Для упрощенных расчетов удобно пользоваться среднеквадратичным напряжением (Ucр), которое связано с амплитудным значением следующей пропорцией:
Ucр=Ua*(1/√2)≈ Ua*0,707.
Что такое «вольт-ампер»
Прежде, чем рассматривать, как ва перевести в ватты, нужно усвоить, что это такое мощность ва. Вольт-ампер является внесистемной измерительной единицей. В России ее часто используют на равных с ваттом – единицей международной системы СИ. Мощность ва равна перемноженным друг на друга действующим показателям силы тока и напряжения. На письме измерительную единицу принято показывать как В·А или V·A. Есть и дольные, и кратные единицы, например, в одном мегавольтампере содержится миллион ВА. Такую единицу обозначают как МВ·А, в профессиональной речи именуют «эмва». Киловольт-ампер равен тысяче ВА. Дольные единицы на практике, как правило, не используются.
Важно! Иногда В·А ошибочно приравнивают к полной мощности или рассматривают как единицу, абсолютно эквивалентную ватту. Это ошибка, связанная с отождествлением некоторой величины и ее размерности. В вольт-амперах измеряется полная электрическая мощность, применяется эта единица для оценки мощности в цепях, где действует переменный электроток: в этих условиях потребность ва переводить в ватты отсутствует, так как они друг другу равны
При работе с постоянным током дела обстоят иначе: вольт-амперный показатель приравнивается к активной (а не общей) мощности в ваттах, в этом случае для выяснения мощностных характеристик потребуется провести некоторые расчеты
В вольт-амперах измеряется полная электрическая мощность, применяется эта единица для оценки мощности в цепях, где действует переменный электроток: в этих условиях потребность ва переводить в ватты отсутствует, так как они друг другу равны. При работе с постоянным током дела обстоят иначе: вольт-амперный показатель приравнивается к активной (а не общей) мощности в ваттах, в этом случае для выяснения мощностных характеристик потребуется провести некоторые расчеты.
Правила перевода единиц
В инструкциях ко многим приборам попадаются обозначения в вольт-амперах
Различие их необходимо только специалистам, которым эти нюансы важны в профессиональном плане, но для обычных потребителей это не так важно, потому что используемые в этом случае обозначения характеризуют почти одно и то же. Что же касается киловатт/час и просто киловатт, то это две различных величины, которые нельзя путать ни при каких условиях
Чтобы определить электрическую мощность через показатель сетевого тока, можно использовать различные инструменты, с помощью которых производятся замеры и вычисления:
- с помощью тестера;
- используя токоизмерительные клещи;
- производя вычисления на калькуляторе;
- с помощью специальных справочников.
Применив тестер, мы измеряем напряжение в интересующей нас электросети, а после этого используем токоизмерительные клещи для определения силы тока. Получив нужные показатели, и применив существующую формулу расчета постоянного и переменного тока, можно рассчитать мощность. Имеющийся результат в ваттах при этом делим на 1000 и получаем количество киловатт.
Однофазная электрическая цепь
В основном все бытовые электросети относятся к сетям с одной фазой, в которых применяется напряжение на 220 вольт. Маркировка нагрузки для них записывается в киловаттах, а сила тока в амперах и обозначается как АВ.
Для перевода одних единиц в другие, применяется формула закона Ома, который гласит, что мощность (P) равна силе тока (I), умноженной на напряжение (U). То есть, расчет будет выглядеть так:
Вт = 1А х 1В
На практике такой расчет можно применить, например, к обозначениям на старых счетчиках учета расхода электроэнергии, где установленный автомат рассчитан на 12 А. Подставив в имеющуюся формулу цифровые значения, получаем:
12А х 220В = 2640 Вт = 2,6 КВт
Расчеты для электрической сети с постоянным и переменным током практически ничем не отличаются, но справедливы только при наличии активных приборов, которые потребляют энергию, например, электрические лампы накаливания. А когда в сеть включены приборы с емкостной нагрузкой, тогда появляется сдвиг фаз между током и напряжением, который является коэффициентом мощности, записываемым как cos φ. При наличии только активной нагрузки, этот параметр обычно равен 1, а вот при реактивной нагрузке в сети, его приходится учитывать.
В случаях, когда нагрузка в сети смешанная, значение этого параметра колеблется около 0,85. Уменьшение реактивной составляющей мощности, ведет к уменьшению потерь в сети, что повышает коэффициент мощности. Многие производители при маркировке прибора, указывают этот параметр на этикетке.
Трехфазная электрическая сеть
Если брать пример с трехфазной сетью, то здесь все обстоит несколько по-другому, так как задействовано три фазы. Производя расчеты, нужно взять значение электрического тока одной из фаз, которое умножается на величину напряжения в этой фазе, после чего полученный результат умножается на cos φ, то есть на сдвиг фаз.
Сосчитав, таким образом, напряжение в каждой фазе, складываем полученные результаты и получаем суммарную мощность прибора, который подключен к трехфазной сети. В формулах это выглядит так:
Ватт = √3 Ампер х Вольт или Р = √3 х U x I
Ампер = √3 Вольт или I = P/√3 x U
При этом нужно иметь в виду, что существует разница фазного и линейного напряжения и тока. Но формула расчета остается одной и то же, кроме случая, когда соединение сделано в виде треугольника, и нужно произвести расчет нагрузки индивидуального подключения.
Расчет
Для подсчета величин используются специальные формулы. После их подсчета останется только вставить их в приведенные выше формулы. Чтобы отыскать электроток, стоит напряжение поделить на проводниковое сопротивление, а чтобы отыскать мощность, необходимо умножить напряжение на токовую силу или же двойное значение силы тока умножить на сопротивление. Также есть возможность поделить двойное значение напряжения на сопротивление.
Обратите внимание! Нередко все необходимые данные прописаны на коробке или технических характеристиках на сайте производителя. Часто информация указана в кВт и ее посредством конвертора легко можно перевести в ампераж. Еще одним простым вариантом, как определить потребление энергии и ампераж, будет изучение электросчетчика или автоматического выключателя потребителя
Но в таком случае необходимо подключать только один прибор к сети
Еще одним простым вариантом, как определить потребление энергии и ампераж, будет изучение электросчетчика или автоматического выключателя потребителя. Но в таком случае необходимо подключать только один прибор к сети.
Формула расчета
Что такое амперы
Следует освежить в памяти определение силы тока, который выражается в амперах. Из курса физики известно, что сила тока определяется количеством заряда, перенесенного через объем за определенный промежуток времени. Это не наглядно и не всегда понятно.
Проще принять, что ток является величиной нагрева элементов электрической цепи. Чем больше сила тока, тем большее количество теплоты будет выделяться.
Большое число бытовых и промышленных приборов и устройств используют именно нагревающее свойство тока:
- Нагревательные устройства (электроплиты, чайники, утюги).
- Лампы накаливания (свечение перегретой нити накаливания).
Простейший электрокипятильник
Предохранители, используемые для защиты от короткого замыкания, также используют нагревательное свойство тока. В плавких предохранителях это перегорание тонкой калиброванной проволоки, в автоматических выключателях – изгибание биметаллической пластины.
Устройство предохранителя
Предварительные подсчеты
Первым делом необходимо проверить, какие из розеток контролируются тем же автоматом, на который подключается новое оборудование. Возможно, что и часть освещения квартиры питается посредством того же автоматического устройства отключения. А бывает и совсем непонятный монтаж электропроводки в квартире, при котором все электроснабжение запитано через один-единственный автомат.
После того, как определено количество включаемых потребителей, нужно сложить их потребление для получения общего показателя, т.е. узнать, сколько ватт могут потреблять приборы при условии их одновременного включения. Конечно, вряд ли они будут работать все вместе, но исключать этого нельзя.
При подобных подсчетах необходимо учесть один нюанс — на некоторых приборах потребляемая мощность указана не статичным показателем, а диапазоном. В таком случае берется верхний предел мощности, что обеспечит небольшой запас. Это намного лучше, чем брать минимальные значения, ведь в таком случае автоматическое отключающее устройство будет срабатывать при полной нагрузке, что совершенно неприемлемо.
Произведя положенные подсчеты, можно переходить к вычислениям.
Все о единицах мощности
Бытовые электроприборы обязательно маркируются потребляемой мощностью. В некоторых светильниках, например, нельзя использовать лампочку большей производительности, чем 60 ватт. Такие ограничения указывают на то, что если в патрон вкрутить лампу с мощностью выше, чем у светильника, то электроприбор просто не выдержит такую нагрузку и будет поврежден. Лампочка тоже может прослужить менее определенного срока эксплуатации. Это относится к лампам накаливания. Недавно изобретенные лампы со светодиодными и люминесцентными излучателями подходят для любых светильников, так как они имеют небольшую мощность и хорошо разгораются при накаливании, из-за чего пользуются широким спросом у большого числа потребителей.
Электроприборы очень сильно отличаются друг от друга по своей мощности. Эти параметры зависят и от того, кто их изобрел и от качества электродеталей, вложенных при производстве техники. Итак, характеристика мощности некоторых электроприборов имеет такие примерные данные:
- мощность кондиционеров и сплит-систем составляет 20-40 кВт;
- мощность оконных кондиционеров может составить от 1 до 2 кВт;
- мощность духовых шкафов от 2,1 до 3,6 кВт;
- машины для стирки и сушки могут потреблять от 2 до 3,5 кВт;
- в машинах для мытья посуды единица измерения составит от 1,5 до 2,5 кВт;
- электрочайники потребляют 2 кВт;
- в микроволновых печах мощность составляет от 0,5 до 1,5 кВт;
- холодильные агрегаты потребляют до 1 кВт;
- в тостерах мощность может колебаться до 1 кВт.
Для измерения этой величины в наше время используют специальный прибор – динамометр. Такое устройство позволяет измерять такую единицу как в бытовых целях, так и в производственных.
Правила проведения перевода
Часто изучая инструкцию, прилагаемую к некоторым приборам, можно увидеть обозначение мощности в вольт-амперах. Специалисты знают разницу между ваттами (Вт) и вольт-амперами (ВА), но практически эти величины обозначают одно и то же, поэтому преобразовывать здесь ничего не нужно. А вот кВт/час и киловатты — понятия разные и путать их нельзя ни в коем случае.
Чтобы продемонстрировать, как выразить электрическую мощность через ток, нужно воспользоваться следующими инструментами:
- тестером;
- токоизмерительными клещами;
- электротехническим справочником;
- калькулятором.
При перерасчете ампер в кВт используют следующий алгоритм:
- Берут тестер напряжения и измеряют напряжение в электроцепи.
- Используя токоизмерительные ключи, замеряют силу тока.
- Производят перерасчет, используя формулу для постоянного напряжения в сети или переменного.
В результате мощность получают в ваттах. Чтобы преобразить их в киловатты, делят получившееся на 1000.
Однофазная электрическая цепь
На однофазную цепь (220 В) рассчитано большинство бытовых приборов. Нагрузка здесь измеряется в киловаттах, а маркировка АВ содержит амперы.
Ключевым при переводе в этом случае является закон Ома, который гласит, что P, т.е. мощность, равна I (силе тока) умноженной на U (напряжение). Подробнее о расчете мощности, силы тока и напряжения, а также о взаимосвязи этих величин мы говорили в этой статье.
кВт = (1А х 1 В) / 1 0ᶾ
А как же это выглядит на практике? Чтобы разобраться, рассмотрим конкретный пример.
Допустим, автоматический предохранитель на счетчике старого типа рассчитан на 16 А. С целью определения мощности приборов, которые можно безболезненно включить в сеть одновременно, нужно осуществить перевод ампер в киловатты с применением вышеприведенной формулы.
220 х 16 х 1 = 3520 Вт = 3,5КВт
Как для постоянного, так и переменного тока применяется одна формула перевода, но справедлива она только для активных потребителей, таких как нагреватели лампы накаливания. При емкостной нагрузке обязательно возникает сдвиг фаз между током и напряжением.
Это и есть коэффициент мощности или cos φ
Тогда как при наличии только активной нагрузки этот параметр принимают за единицу, то при реактивной нагрузке его нужно принимать во внимание
Если нагрузка смешанная, значение параметра колеблется в диапазоне 0,85. Чем меньше приходится на реактивную составляющую мощности, тем незначительней потери и тем выше коэффициент мощности. По этой причине последний параметр стремятся повысить. Обычно производители указывают значение коэффициента мощности на этикетке.
Трехфазная электрическая цепь
В случае переменного тока в трехфазной сети берут значение электрического тока одной фазы, затем умножают на напряжение этой же фазы. То, что получили, умножают на косинус фи.
После подсчета напряжения во всех фазах, полученные данные складывают. Сумма, полученная в результате этих действий, является мощностью электроустановки, подсоединенной к трехфазной сети.
Основные формулы имеют следующий вид:
Ватт = √3 Ампер х Вольт или P = √3 х U х I
Ампер = √3 х Вольт либо I= P/√3 х U
Следует иметь понятие о разнице между напряжением фазным и линейным, а также между токами линейными и фазными. Перевод ампер в киловатты в любом случае выполняют по одной и той же формуле. Исключение — соединение треугольником при расчете нагрузок, подключенных индивидуально.
На корпусах или упаковке последних моделей электроприборов указана и сила тока, и мощность. Обладая этими данными, можно считать вопрос, как быстро перевести амперы в киловатты, решенным.
Специалисты применяют для цепей с переменным током конфиденциальное правило: силу тока делят на два, если нужно примерно вычислить мощность в процессе подбора пускорегулирующей аппаратуры. Также поступают и при расчете диаметра проводников для таких цепей.
В чем состоит отличие ампер и киловатт
Фундаментальное отличие между единицами измерения параметров электрической сети, которые вынесены в заголовок этого раздела, состоит в том, что они представляют собой численную меру различных физических величин.
В данном случае:
- амперы (сокращение А) показывают силу тока;
- ватты и киловатты (сокращение Вт и кВт, соответственно) характеризуют активную (фактически полезную) мощность.
На практике используется также расширенное описание мощности с измерением ее в вольт-амперах и, соответственно киловольт-амперы, которые кратко обозначаются как ВА и кВА.
Они, в отличие от Вт и кВт, которыми описывается активная мощность, указывают на полную мощность.
В цепях постоянного тока полная и активная мощности совпадают. Аналогично, в сети переменного тока при небольшой мощности нагрузки на инженерном уровне строгости можно не учитывать различие между Вт (кВт) и ВА (кВА), т.е. работать только с двумя первыми единицами.
Для таких цепей действует следующее простое соотношение:
W = U*I, (1)
где W – (активная) мощность, задаваемая в Вт, U –напряжение, указываемое в вольтах, I – сила тока, измеряемая в амперах.
При увеличении мощности нагрузки до уровня тысяча ватт и выше для постоянного тока соотношение (1) не меняется, а для переменного тока его целесообразно записать как:
W = U*I*cosφ, (2)
где cosφ – так называемый коэффициент мощности ли просто “косинус фи”, показывающий эффективность преобразования электрического тока в активную мощность.
По физическому смыслу φ представляет собой угол между векторами переменного тока и напряжения или угол фазового сдвига между напряжением и током.
Хорошим критерием необходимость учета данной особенности являются те случаи, когда в паспортных данных и/или на корпусных табличках-шильдиках электроприборов, преимущественно мощных, потреблением более 1 кВт, вместо кВт указывают ВА или кВА.
Обычно для бытовых электрических устройств с мощными электродвигателями (стиральные и посудомоечные машины, насосы и аналогичные им) можно положить cosφ = 0,85.
Это означает, что 85% потребляемой энергии является полезной, а 15% образует так называемую реактивную мощность, которая непрерывно переходит из сети в нагрузку и обратно до тех пор, пока в процессе этих переходов она не рассеется в виде тепла.
При этом сама сеть должна быть рассчитана именно на полную мощность, а не на полезную. Для указания этого факта ее указывают не в ваттах, а в вольт-амперах.
Как единица измерения ватт (воль-ампер) иногда оказывается слишком маленьким, что приводит к сложным для визуального восприятия числам с большим количеством знаков. С учетом этой особенности в ряде случаев мощность указывают в киловаттах и киловольт-амперах.
Для этих единиц справедливо:
1000 Вт = 1 кВт и 1000 ВА = 1кВА. (3).
Примеры перевода ампер в киловатты
Преобразование ампер в киловатты — довольно простая математическая операция.
Существует также много онлайн – программ, где нужно всего-навсего ввести известные параметры и нажать соответствующую кнопку.
Пример №1 — перевод А в кВт в однофазной сети 220В
Перед нами стоит задача: определить предельную мощность, допустимую для автоматического выключателя однополюсного с номинальным током 25 А.
P = U х I
Подставив значения, которые известны, получим: P = 220 В х 25 А = 5 500 Вт = 5,5 кВт.
Это обозначает, что к этому автомату могут быть подключены потребители, общая мощность которых не выходит за пределы 5,5 кВт.
По такой же схеме можно решить вопрос подбора сечения провода для электрочайника, потребляющего 2 кВт.
В этом случае I = P : U= 2000 : 220 = 9 А.
Это совсем маленькое значение. Нужно серьезно подойти к выбору сечения провода и материалу. Если отдать предпочтение алюминиевому, он выдержит только слабые нагрузки, медный с такого же диаметра будет мощнее в два раза.
Подробнее о выборе нужного сечения провода для устройства домашней проводки, а также правила вычисления сечения кабеля по мощности и по диаметру мы разбирали в следующих статьях:
Пример №2 — обратный перевод в однофазной сети
Усложним задачу — продемонстрируем процесс перевода киловатт в амперы. Имеем какое-то число потребителей.
- четыре лампы накаливания каждая по 100 Вт;
- один обогреватель мощностью 3 кВт;
- один ПК мощностью 0,5 кВт.
Определению суммарной мощности предшествует приведение величин всех потребителей к одному показателю, точнее — киловатты следует перевести в ватты.
Мощность обогревателя равна 3 кВт х 1000 = 3000 Вт. Мощность компьютера — 0,5 кВт х 1000 = 500 Вт. Лампы — 100 Вт х 4 шт. = 400 Вт.
Тогда обобщенная мощность: 400 Вт + 3000 Вт + 500 Вт = 3 900 Вт или 3,9 кВт.
Такой мощности соответствует сила тока I = P : U = 3900Вт : 220В = 17,7 А.
Из этого вытекает, что приобрести следует автомат, рассчитанный на номинальный ток не меньше, чем 17,7 А.
Наиболее соответствующим нагрузке мощностью 2,9 кВт является автомат стандартный однофазный 20 А.
Пример №3 — перевод ампер в кВт в трехфазной сети
Алгоритм перевода ампер в киловатты и в обратном направлении в трехфазной сети отличается от сети однофазной только формулой. Допустим, нужно высчитать, какую же наибольшую мощность выдержит АВ, номинальный ток которого 40 А.
В формулу подставляют известные данные и получают:
P = √3 х 380 В х 40 А = 26 296 Вт = 26,3кВт
Трехфазный АБ на 40 А гарантировано выдержит нагрузку 26,3 кВт.
Пример №4 — обратный перевод в трехфазной сети
Если мощность потребителя, подключаемого к трехфазной сети, известна, ток автомата вычислить легко. Допустим, имеется трехфазный потребитель мощностью 13,2 кВт.
В ваттах это будет: 13,2 кт х 1000 = 13 200 Вт
Далее, сила тока: I = 13200Вт : (√3 х 380) = 20,0 А
Получается, что этому электропотребителю нужен автомат номиналом 20 А.
Для однофазных аппаратов существует следующее правило: один киловатт соответствует 4,54 А. Один ампер — это 0,22 кВт или 220 В. Это утверждение — прямой результат, вытекающий из формул для напряжения 220 В.
