Що таке параметр потужності в електроланцюзі. Частина 1

Магазин Gtest® пропонує широку номенклатуру осцилографів на сторінці сайту в самому кінці цього Розділу, а також рекомендовані прилади та статті для самоосвіти

Потужність в електричних ланцюгах

Крім напруги та струму є ще один важливий параметр, пов'язаний з електричними ланцюгами: потужність. По-перше, нам потрібно зрозуміти, що таке потужність, перш ніж аналізувати її у будь-яких схемах.

Що таке потужність та як її виміряти?

Потужність - це міра того, який обсяг роботи можна виконати за певний проміжок часу. Робота зазвичай визначається як підйом вантажу проти сили тяжіння. Чим важчий вантаж і/або чим вище його піднято, тим більше роботи було зроблено. Потужність є мірою того, як швидко виконується стандартний обсяг роботи.

В американських автомобілях потужність двигуна вимірюється в одиниці під назвою «кінська сила», спочатку винайденої виробниками парових двигунів для кількісної оцінки працездатності своїх машин з погляду найпоширенішого джерела енергії на той час - коней.

Одна кінська сила визначається у британських одиницях як 550 фут-фунтів роботи за секунду часу. Потужність двигуна автомобіля не вказуватиме, на яку висоту пагорб він може піднятися або яку вагу він може буксирувати, але вона покаже, наскільки швидко він може піднятися на певний пагорб або буксирувати певний вантаж.

Потужність механічного двигуна залежить як від частоти обертання двигуна, так і від крутного моменту, що передається на вихідний вал. Швидкість вихідного валу двигуна вимірюється в обертах за хвилину (об/хв).

Крутний момент - це величина сили обертання, що створюється двигуном, і зазвичай вимірюється в фунт-футах. Ні швидкість, ні крутний момент самі по собі не є мірою потужності двигуна.

Дизельний двигун трактора потужністю 100 кінських сил обертається відносно повільно, але забезпечує великий крутний момент. Мотоциклетний двигун потужністю 100 кінських сил обертається дуже швидко, але забезпечує відносно невеликий крутний момент. Обидва будуть виробляти 100 кінських сил, але на різних швидкостях і з різним моментом.

Рівняння потужності на валу

Зверніть увагу, що у правій частині рівняння є лише два основні члени: S і T. Всі інші члени засновані на константах: 2, π та 33000. Потужність змінюється лише при зміні швидкості або крутного моменту.

Ми можемо переписати рівняння, щоб показати цю залежність:

Оскільки одиниця виміру «кінська сила» не збігається точно зі швидкістю в обертах за хвилину, помноженою на крутний момент у фунт-футах, ми не можемо сказати, що кінська сила дорівнює ST. Однак вони пропорційні один одному. У міру зміни математичного добутку ST значення потужності в кінських силах змінюватиметься у тій самій пропорції.

Потужність як функція напруги та струму

В електричних ланцюгах потужність є функцією напруги та струму. Не дивно, що ця залежність має вражаючу схожість із наведеною вище формулою потужності:

Однак у цьому випадку потужність (P) точно дорівнює струму (I), помноженому на напругу (E), а не просто пропорційна IE. При використанні цієї формули одиницею вимірювання потужності є ват (Вт).

Необхідно розуміти, що ні напруга, ні струм самі по собі не є потужністю. Потужність - це комбінація напруги і струму в ланцюгу. Пам'ятайте, що напруга - це питома робота (або потенційна енергія) на одиницю заряду, а струм - це швидкість, з якою електричні заряди рухаються провідником.

Напруга аналогічна роботі, що виконується під час підйому вантажу проти сили тяжіння. Струм аналогічний швидкості, з якою піднімається цей вантаж. Разом, як добуток, напруга та струм утворюють потужність.

Як і у випадку з дизельним двигуном трактора та двигуном мотоцикла, ланцюг з високою напругою та малим струмом може розсіювати таку ж кількість потужності, як і ланцюг з низькою напругою та великим струмом. Ні величина напруги, ні величина струму самі по собі не вказують на кількість потужності електричного кола.

Живлення при обриві та короткому замиканні

У розімкнутому ланцюгу, де між виводами джерела присутня напруга, а струм дорівнює нулю, потужність, що розсіюється, дорівнює нулю незалежно від величини напруги. Оскільки P = IE і I = 0, потужність у будь-якому розімкнутому колі дорівнює нулю.

Аналогічно, якби у нас було коротке замикання, що складається з петлі надпровідного дроту (абсолютно нульовий опір), ми могли б мати струм у петлі при нульовій напрузі, і потужність також не розсіювалася б. Оскільки P = IE і E = 0, потужність, що розсіюється в надпровідному контурі, повинна дорівнювати нулю.

Як потужність у кінських силах пов'язана з ватами?

Незалежно від того, чи вимірюємо потужність у кінських силах або у ватах, ми все одно говоримо про один і той самий фізичний параметр - який обсяг роботи можна виконати за певний проміжок часу.

Європейські виробники автомобілів зазвичай рекламують потужність двигуна в кіловатах (кВт) або тисячах ват, а не в кінських силах. Ці дві одиниці потужності пов'язані простою формулою перетворення:

Таким чином, наші 100-сильні дизельні та мотоциклетні двигуни також можуть бути оцінені як двигуни потужністю 74570 Вт або 74,57 кВт. У європейських технічних специфікаціях такий спосіб подання потужності є стандартним.

Огляд

• Потужність - це міра того, який обсяг роботи можна виконати за певний проміжок часу.
• Механічна потужність зазвичай вимірюється у кінських силах.
• Електрична потужність майже завжди вимірюється у ватах і може бути розрахована за формулою P = IE.
• Електрична потужність визначається одночасно напругою та струмом.
• Кінська сила та ват - це різні одиниці вимірювання одного й того самого фізичного параметра: 1 кінська сила = 745,7 Вт.

купити осцилограф в Україні