Довольно часто возникает необходимость измерять мощность, потребляемую из сети, или же генерируемую в сеть. Это необходимо для учета потребляемой или генерируемой энергии, а также для обеспечения нормальной работы энергосистемы (избежание перегрузок). Измерять мощность можно несколькими способами – прямым и косвенным. При прямом измерении применяют ваттметр, а при косвенном амперметр и вольтметр.
Измерение мощности в цепи постоянного тока
Из-за отсутствия реактивной и активной составляющей в цепях постоянного тока для измерения мощности ваттметр применяют очень редко. Как правило, величину потребляемой или отдаваемой энергии измеряют косвенным методом, с помощью измеряют ток I в цепи, а с помощью измеряют напряжение U нагрузки. После чего применив простую формулу P=UI и получают значение мощности.
Чтоб уменьшить из-за влияний внутренних сопротивлений устройств, приборы могут подключать по различным схемам, а именно при относительно малом сопротивлении нагрузки R применяют такую схему включения:
А при большом значении R такую схему:
Измерение мощности в однофазных цепях переменного тока
Главным отличием цепей переменного тока от сетей постоянного тока, пожалуй, заключается в том, что в переменном напряжении существует несколько мощностей – . Полную измеряют зачастую тем же косвенным методом с помощью амперметра и вольтметра и значение ее равно S=UI.
Замер же активной P=UIcosφ и реактивной Q=UIsinφ производится прямым методом, с помощью ваттметра. Для измерения ваттметр в цепь подключают по следующей схеме:
Где токовую обмотку необходимо подключить последовательно с нагрузкой R н, и, соответственно, обмотку напряжения параллельно нагрузке.
Замер реактивной мощности в однофазных сетях не производится. Такие опыты зачастую ставятся только в лабораториях, где ваттметры включают по специальным схемам.
Измерение мощности в трехфазных цепях переменного тока
Как и в однофазных сетях, так же и в трехфазных полную энергию сети можно измерять косвенным методом, то есть с помощью вольтметра и амперметра по схемам показанным выше. Если нагрузка трехфазной цепи будет симметричной, то можно применить такую формулу:
U л – напряжение линейное, I- фазный ток.
Если же фазная нагрузка не симметрична, то производят суммирование мощностей каждой из фаз:
При измерении активной энергии в четырехпроводной цепи при использовании трех ваттметров, как показано ниже:
Общей энергией потребляемой из сети будет сумма показаний ваттметров:
Не меньшее распространение получил и метод измерения двумя ваттметрами (применим только для трехпроводных цепей):
Сумму их показаний можно выразить следующим выражением:
При симметричной нагрузке применима такая же формула как и для полной энергии:
Где φ – сдвиг между током и напряжением (угол фазового сдвига).
Измерение реактивной составляющей производят по той же схеме (смотри рисунок в)) и в этом случае она будет равна разности алгебраической между показателями приборов:
Если сеть не симметрична, то для измерения реактивной составляющей применяют два или три ваттметра, которые подключают по различным схемам.
Процесс измерения активной и реактивной мощности
Производят измерения активной мощности цепи переменного напряжения. Они подключаются по тем же схемам что и ваттметры. Учет реактивной энергии в однофазных потребителей в нашей стране не ведется. Ее учет производят в трехфазных цепях крупных промышленных предприятий, потребляющих большие объемы электроэнергии. Счетчики активной энергии имеют маркировку СА, реактивной СР. Также широкое применение получают электронные счетчики электроэнергии.
За электроэнергию нужно платить, так же как и за любые другие ресурсы и услуги. Чтобы не дать себя обмануть при оплате, нужно научиться рассчитывать ее расход. Для этого есть специальные приборы, например, индивидуальный счётчик, который установлен в каждом доме или квартире. Однако он показывает общее потребление, а как рассчитать расход электричества отдельным прибором мы расскажем в этой статье.
Мощность, напряжение и ток
Основными характеристиками электроприборов являются напряжение, ток и мощность. При этом на корпусе либо в паспорте прибора могут указываться либо все три параметра, либо в избирательном порядке. В России и ближнем зарубежье используются электроприборы, рассчитанные под напряжение электросети 220В переменного тока, в Америке, для сравнения, может быть напряжение 110 или 120В.
Напомним:
Ток измеряется в Амперах (А), напряжение в Вольтах (В), а мощность в Ваттах (Вт) (смотрите - ). Если прибор маломощный - скорее всего мощность будет указана в Ваттах, для мощных потребителей, типа стиральной машины или кухонной электроплиты, указывают обычно в киловаттах (кВт). 1кВт = 1000Вт.
В паспорте прибора, в зависимости от конкретного случая, в явном виде мощность вообще может не указываться, а указываться потребление электроэнергии за какой-то период, например кВт в год или в день или за другой промежуток времени.
Итак, вы оплачиваете счета за электроэнергию согласно потребленными кВт/ч. Давайте более подробно рассмотрим, что такое киловатт часы и как их рассчитать.
Электросчетчик
Сейчас в каждой квартире установлен прибор учета электроэнергии или, говоря простыми словами, электросчетчик. На современных моделях есть дисплей, на котором указано количество кВт/ч, которое вы потребили с момента его установки.
На старых моделях это указывается на механическом дисплее-индикаторе из вращающихся барабанчиков с нанесенными на них цифрами.
Вы можете , если отключите все потребители и оставите тот, который вас интересует, например на 1 час, тогда вы сможете узнать, сколько Вт/ч или кВт/ч он потребляет. Но такой метод не всегда удобен и возможен.
Обратите внимание:
На большинстве счетчиков крайняя правая цифра обычно либо отделяется запятой, либо выделяется другим цветом, либо обозначается другим способом. Это десятая часть киловатта, при снятии показаний для оплаты она не учитывается.
Также стоит отметить, что далеко не все электрооборудование потребляет указанную в документации мощность в течение всего времени работы. Это связано с режимом работы. Например, стиральная машина потребляет ток в зависимости от того включен ли нагрев, работает ли насос, с какой скоростью вращается двигатель и так далее.
Немного позже мы рассмотрим простой способ определить реальный расход такого оборудования.
Расход электроэнергии по мощности
Если вам известна электрическая мощность прибора, то для расчетов расхода электричества нужно умножить мощность на количество часов. Приведем пример, допустим, у нас есть 2 лампочки - 100 и 60Вт и электрочайник мощностью 2.1 кВт. В день лампочки светят около 6 часов, а чайник закипает 5 минут, пьете чай вы 4 раза в день, значит, всего он работает 20 минут в день.
Рассчитаем расход электроэнергии все этим оборудованием.
Две лампочки:
100Вт*6ч=600Вт/ч
60Вт*6ч=360Вт/ч
Электрочайник работает 20 минут в день, так как нам нужно перевести в часы, то это 1/3 часа, тогда:
2100Вт*(1/3)ч=700Вт/ч
600+360+700=1660Вт/ч
Переведем в кВт/ч:
1660/1000=1.66кВт/ч
В день этот набор электрооборудования расходует 1.66 кВт/ч.
Итого стоимость работы перечисленного оборудования равна:
1.66*4=6.64 рубля
Как перевести амперы в киловатты?
В случаях, когда в данных о параметрах электроприбора указаны только напряжение и ток типа:
Нужно перед расчетом потребления вычислить мощность, для этого воспользуемся формулой: P=U*I
Например:
220В*1А=220Вт
Если не вдаваться в подробности - это верно для нагрузки с cosФ равным единице, собственно и для большей части бытового электрооборудования. Дальнейшие расчёты аналогичны предыдущим.
Как узнать реальное потребление электроэнергии прибором?
Расчёты не покажут реальных значений, чтобы их узнать, нужно просто произвести измерения. Наиболее верным способом является использовать счётчик электроэнергии. Самым удобным вариантом является использование специального счётчика для розетки.
Их ещё называют энергометром или ваттметром, возможно, это поможет вам найти прибор в продаже.
Что может энергометр? Это универсальный измерительный прибор, обладающий следующим набором функций:
Измерение мощности потребляемой в данный момент.
Измерение потребления за промежуток времени.
Измерение ток и напряжения.
Расчёт расходов при заданных вами тарифах.
То есть вам нужно просто вставить его в розетку, а прибор, потребление которого нужно определить просто, подключить в розетку расположенную на энергометре. После этого вы можете наблюдать, как изменяется потребляемая мощность в процессе работы и сколько потребляется за один рабочий цикл.
Пример использования розеточного счетчика для определения расхода электроэнергии холодильником, изображен на видео.
Заключение
Расчёт расхода электроэнергии может понадобиться в ряде ситуаций, например для проверки потребления новым оборудованием, или при совместном использовании мощных потребителей с соседей для равной её оплаты. Лучшим способом является установка индивидуального счетчика на прибор или его розеточную версию, как было описано выше.
Экология потребления.Наука и техника: Измеритель мощности - недорогой и полезный прибор, позволяющий узнать, сколько потребляют различные электроприборы.
Недавно я рассказывал, почему для точного измерения мощности электроприборов, работающих от сети, нужен специальный прибор - измеритель мощности (ваттметр), а любые измерения с помощью обычных мультиметров не могут быть точными.
Свой первый измеритель мощности BEBUY я купил пять лет назад в одном из китайских интернет-магазинов. Он, как и многие другие подобные измерители, достаточно точен при измерении мощностей от десятков ватт, но на малых мощностях точность измерения снижается.
В одном из обзоров светодиодных ламп на сайте led-obzor.ru я увидел фотографию измерителя мощности, который показывал значения мощности с сотыми долями. Я спросил у автора сайта, что это за измеритель. Оказался, Robiton. У этого производителя есть две модели измерителей мощности: Robiton PM-1 и Robiton PM-2. Я попросил представителей бренда предоставить мне обе модели для пристального изучения.
Приборы не сильно отличаются по цене (PM-1 стоит 780 рублей, PM-2 белого цвета - 900 рублей, чёрного - 1000 рублей), но очень сильно отличаются по возможностям и точности измерений.
Возможности
Оба прибора включаются в евророзетку, а нагрузка, мощность которой предстоит измерять, подключаются к розетке на корпусе прибора. У обоих приборов три кнопки управления. Оба прибора способны измерять мощность до 3600 Вт.
Прибор измеряет мощность, количество энергии, которую потребила нагрузка (киловатт-часы), и стоимость потреблённой энергии. Цена киловатта настраивается.
Разрешение при измерении мощности не очень высокое, поэтому, при нагрузке 6 Вт показания прибора всё время «скачут» между 5.5 и 6.4 Вт.
Измеритель мощности Robiton PM-1 подойдёт для измерения мощности и стоимости потребляемой энергии электроприборов средней и большой мощности - компьютеров, нагревателей, чайников, холодильников, стиральных машин.
Robiton PM-2 имеет гораздо больше возможностей и более высокую точность.
Три батарейки используются для работы встроенных часов и сохранения показаний после отключения от сети.
Прибор отображает время, напряжение сети, частоту, ток, мощность нагрузки, коэффициент мощности (Power Factor), время измерения, количество энергии, которую потребила нагрузка (киловатт-часы), и стоимость потреблённой энергии. Цена киловатта настраивается с учётом дневного и ночного потребления при двухтарифном учёте. Есть возможность сбросить показания времени измерения, потребления энергии и стоимости.
В качестве источника образцового напряжения 230 В я использовал источник бесперебойного питания с чистой синусоидой APC Smart UPS 700INET в режиме работы от батарей.
Самый точный из моих мультиметров - Mastech MY65 (точность ±(0.1%+3), т.е. ±0.53 В на 230 В) показывал 231.2-232.0 В. Предположительно, источник даёт 231.5 В. Robiton PM2 честно показывал 232 В. Мультиметр UNI-T UT61E завышал показания, но его точность (±0.8%+10) это лишь ±2.84 В на 230 В.
В качестве маломощной измерительной нагрузки я использовал резистор 27 кОм 2 Вт. MY65 (точность ±(0.3%+1)) показал, что его сопротивление составляет 26950 Ом. Мощность должна быть 231.5/26950*231.5=1,9886 Вт. Robiton PM-2 показал 1.99 Вт. Идеально точно!
Robiton PM-1 показывал попеременно 1.8 и 2.0 Вт.
Кроме того я измерил мощность ламп накаливания 25 и 75 Вт. PM-1 показал 25.7 и 75.4 Вт, PM-2 - 25,95 и 75.58 Вт.
У меня была возможность сравнить результаты измерения мощности ваттметра Robiton PM-2 с результатами, полученными на дорогом лабораторном оборудовании для измерения мощности, да ещё и на нагрузке с низким коэффициентом мощности и «рваным» потреблением - светодиодных лампах. По десяти разным образцам ламп с мощностью от 3.4 до 13.8 Вт отклонения составили от 0.2% до 2.1%. Отличный результат!
Несмотря на широкий диапазон измерений, Robiton PM-2 даёт весьма точные результаты даже на малой мощности.
А что внутри?
Для того, чтобы вскрыть измерители мощности, понадобится хитрая трёхгранная отвёртка. Конструкция PM-1 состоит из двух плат.
На плате индикатора есть кнопка калибровки. Я решил не рисковать и не нажимать её.
Обратная сторона основной платы.
Конструкция Robiton PM-2.
Измеритель мощности - недорогой и полезный прибор, позволяющий узнать, сколько потребляют различные электроприборы. С помощью него можно узнать, сколько потребляет холодильник за сутки, сколько потребляет стиральная машина за одну стирку или узнать, во сколько обходится одно кипячение чайника. С помощью этого прибора можно определить, какие электроприборы в доме потребляют больше всего энергии (поверьте, это далеко не самые мощные приборы) и узнать, как экономить электроэнергию.
Из двух ваттметров Robiton я, конечно же, рекомендую Robiton PM-2 - он точнее и имеет гораздо большие возможности. опубликовано
Для измерения силы тока применяется измерительный прибор, который называется . Силу тока приходится измерять гораздо реже, чем напряжение или сопротивление , но, тем не менее, если нужно определить потребляемую мощность электроприбором, то без зная величины потребляемого ним тока, мощность не определить.
Ток, как и напряжение, бывает постоянным и переменным и для измерения их величины требуются разные измерительные приборы. Обозначается ток буквой I , а к числу, чтобы было ясно, что это величина тока, приписывается буква А . Например, I=5 A обозначает, что сила тока в измеренной цепи составляет 5 Ампер.
На измерительных приборах для измерения переменного тока перед буквой А ставится знак "~ ", а предназначенных для измерения постоянного тока ставится "– ". Например, –А означает, что прибор предназначен для измеренная силы постоянного тока.
О том, что такое ток и законы его протекания в популярной форме Вы можете прочитать в статье сайта «Закон силы тока» . Перед проведением измерений настоятельно рекомендую ознакомиться с этой небольшой статьей. На фотографии Амперметр, рассчитанный на измерение силы постоянного ток величиной до 3 Ампер.
Схема измерения силы тока Амперметром
Согласно закону, ток по проводам течет в любой точке замкнутой цепи одинаковой величины. Следовательно, чтобы измерять величину тока, нужно прибор подключить, разорвав цепь в любом удобном месте. Надо отметить, что при измерении величины тока не имеет значение, какое напряжение приложено к электрической цепи. Источником тока может быть и батарейка на 1,5 В, автомобильный аккумулятор на 12 В или бытовая электросеть 220 В или 380 В.
На схеме измерения также видно, как обозначается амперметр на электрических схемах. Это прописная буква А обведенная окружностью.
Приступая к измерению силы тока в цепи необходимо, как и при любых других измерениях, подготовить прибор, то есть установить переключатели в положение измерения тока с учетом рода его, постоянного или переменного. Если не известна ожидаемая величина тока, то переключатель устанавливается в положение измерения тока максимальной величины.
Как измерять потребляемый ток электроприбором
Для удобства и безопасности работ по измерению потребляемого тока электроприборами необходимо сделать специальный удлинитель с двумя розетками. По внешнему виду самодельный удлинитель ничем не отличается от обыкновенного удлинителя.
Но если снять крышки с розеток, то не трудно заметить, что их выводы соединены не параллельно, как во всех удлинителях, а последовательно.
Как видно на фотографии сетевое напряжение подается на нижние клеммы розеток, а верхние выводы соединены между собой перемычкой из провода с желтой изоляцией.
Все подготовлено для измерения. Вставляете в любую из розеток вилку электроприбора, а в другую розетку, щупы амперметра. Перед измерениями, необходимо переключатели прибора установить в соответствии с видом тока (переменный или постоянный) и на максимальный предел измерения.
Как видно по показаниям амперметра, потребляемый ток прибора составил 0,25 А. Если шкала прибора не позволяет снимать прямой отсчет, как в моем случае, то необходимо выполнить расчет результатов, что очень неудобно. Так как выбран предел измерения амперметра 0,5 А, то чтобы узнать цену деления, нужно 0,5 А разделить на число делений на шкале. Для данного амперметра получается 0,5/100=0,005 А. Стрелка отклонилась на 50 делений. Значит нужно теперь 0,005×50=0,25 А.
Как видите, со стрелочных приборов снимать показания величины тока неудобно и можно легко допустить ошибку. Гораздо удобнее пользоваться цифровыми приборами, например мультиметром M890G.
На фотографии представлен универсальный мультиметр, включенный в режим измерения переменного тока на предел 10 А. Измеренный ток, потребляемый электроприбором составил 5,1 А при напряжении питания 220 В. Следовательно прибор потребляет мощность 1122 Вт.
У мультиметра предусмотрено два сектора для измерения тока, обозначенные буквами А– для постоянного тока и А~ для измерения переменного. Поэтому перед началом измерений нужно определить вид тока, оценить его величину и установить указатель переключателя в соответствующее положение.
Розетка мультиметра с надписью COM является общей для всех видов измерений. Розетки, обозначенные mA и 10А предназначены только для подключения щупа при измерении силы тока. При измеряемом токе менее 200 мA штекер щупа вставляется в розетку mA, а при токе величиной до 10 А в розетку 10А.
Внимание, если производить измерение тока, многократно превышающего 200 мА при нахождении вилки щупа в розетке mA, то мультиметр можно вывести из строя.
Если величина измеряемого тока не известна, то измерения нужно начинать, установив предел измерения 10 А. Если ток будет менее 200 мА, то тогда уже переключить прибор в соответствующее положение. Переключение режимов измерения мультиметра допустимо делать только обесточив измеряемую цепь .
Рассчет мощности электроприбора по потребляемому току
Зная величину тока, можно определить потребляемую мощность любого потребителя электрической энергии, будь то лампочка в автомобиле или кондиционер в квартире. Достаточно воспользоваться простым законом физики, который установили одновременно два ученых физика, независимо друг от друга. В 1841 году Джеймс Джоуль, а в 1842 году Эмиль Ленц. Этот закон и назвали в их честь – Закон Джоуля – Ленца .
Для проведения вычислений потребуются элементарные знания из школьного курса электродинамики, связанные с напряжением, током, мощностью.
Параметры для вычислений
Формула для вычислений
Силой тока называют величину электрического заряда, который проходит через заданную площадь проводника за единицу времени.
Напряжение - это физическая величина, которая характеризуется электрическим полем, создаваемым током.
Единицей мощности является Вт, который представляет собой произведение 1А на 1В.
Особенности вычисления
В качестве внесистемной единицы используют вольт-ампер. Силу стараются указывать на прерывателях цепи (автоматических выключателях). Это максимальное значение, при котором будет происходить срабатывание прерывателя.
Кроме того, параметры напряжения и значение тока всегда присутствуют в документации, прилагаемой к приборам, и пишутся на его корпусе.
Значения этих физических величин, характерные для основных электрических приборов, можно отыскать в специализированных справочниках. Например, для бытовых осветительных приборов нормой считается сила тока в диапазоне пятнадцати ампер. Для мощных приборов, используемых в домашнем хозяйстве, сила тока может достигать 60 ампер. Показатель электрического напряжения в сети составляет 220 В.
Математические действия
Как рассчитать потребляемый ток, зная мощность? Максимальный ток в цепи можно определить по величине мощности и электрического напряжения. Например, при 100 Вт и 2 В для вычисления тока мощность делим на напряжение, получаем 50 А.
Правила расчета потребляемой мощности
Поговорим о том, как рассчитать приборов, используемых в быту. Сначала его нужно внимательно осмотреть. Часто указывают мощность на самом корпусе прибора, для этого производителем штампуется специальная наклейка. Что можно прочитать на такой этикетке? Величину силы тока, параметры напряжения, а также максимальную мощность данного прибора. В некоторых случаях подобные сведения указываются изготовителем на шильдике бытового прибора.
Потребители оплачивают именно на основе потребленной мощности, выражаемой в киловаттах. Номинальный ее показатель предполагает величину мощности, которая нужна для стабильного функционирования прибора. К примеру, для бытовых холодильников, этот параметр составляет 500 Вт.
Для экономии и денежных ресурсов, важно провести полные расчеты. Как рассчитать мощность потребляемой энергии во всем доме? Рассмотрим конкретный образец.
Расчет мощности лампочек
К примеру, при использовании двух электрических лампочек, имеющих мощности 100 Вт и 23 Вт, можно оценить экономическую целесообразность приобретения лампы меньшей мощности. Попробуем пояснить данное предположение на конкретном расчете. Итак, при вычитании из большего параметра меньшего, получаем разницу 77 В. При оплате счета за потребляемую электрическую энергию, начисления осуществляются на основе потребленных кВт/час. При работе ламп на протяжении длительного временного промежутка, можно, путем умножения, определить разницу в оплате за 23- и 100-ваттной лампы.
В сумме лампы потребляют 1000 Вт, то есть 1 кВт. Если за год они горят 2000 часов, это составляет 2000 кВт. При средней стоимости одного киловатт-часа 5 рублей придется заплатить за годовое использование ламп 50000 рублей. Для того чтобы снизить материальные расходы, многие владельцы квартир и домов уже давно установили энергосберегающие лампы.
Некоторые приборы потребляют электрическую энергию даже в тех случаях, когда они не работают, но остаются включенными в розетку. Если на приборе продолжает гореть светодиод, это свидетельствует о потреблении им некоторой мощности.
При вычислении потребляемой мощности по формуле результат получается весьма условным. Поэтому в случае, когда необходимо получение достоверного результата, используют ваттметры.
Заключение
В связи с постоянным ростом цен на электрическую энергию вопросы, касающиеся расчета потребляемой мощности, поиска способов экономии, являются своевременными и актуальными.
Практичные владельцы городских квартир и загородных особняков стараются заранее анализировать потребляемую мощность приобретаемых приборов, чтобы не оплачивать потом огромные счета за электроэнергию. Фундаментальные вычисления суммарной потребляемой мощности электрической энергии для индивидуального дома выполняют на стадии проектирования системы электрификации. В таком случае можно не только избежать лишних затрат на электрическую энергию, но и не допускать перегрузок, которые могут привести к порче приборов и даже к возгоранию.
Среди распространенных бытовых приборов, которые нужно учесть при вычислении суммарной потребляемой мощности, отметим лампы накаливания, электрическую плиту, холодильник, кухонный комбайн, пылесос, персональный комьютер, кофемашину, аэрогриль, электрический чайник, кухонную вытяжку, посудомоечную машину, бойлер.
Каждый из них рассчитан на потребление определенной мощности, то есть, будет «включен» в квитанцию за электрическую энергию. Самым простым способом достижения экономии семейного бюджета можно считать приобретение приборов для домашнего применения, имеющих класс энергосбережения А++.
