Setzenergo.ru

Строительный журнал
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Потребление силы тока лампочкой

Потребление силы тока лампочкой

Зная работу, совершаемую током за некоторый промежуток времени, можно рассчитать и мощность тока, под которой, так же как и в механике, понимают работу, совершаемую за единицу времени. Из формулы , определяющей работу постоянного тока, следует, что мощность его

. (58.1)

Таким образом, мощность постоянного тока на любом участке цепи выражается произведением силы тока на напряжение между концами участка.

Нередко говорят о мощности электрического тока, потребляемой из сети, желая этим выразить мысль, что при помощи электрического тока («за счет тока») совершается работа моторов, нагреваются плитки и т. д. В соответствии с этим на приборах нередко обозначается их мощность, т. е. мощность тока, необходимая для нормального действия этих приборов. Так, например, 220-вольтовая электроплитка мощности 500 Вт есть плитка, для нормальной работы которой требуется ток около 2,3 А при напряжении 220 В (так как ).

Если в формуле (58.1) ток выражен в амперах, а напряжение в вольтах, то мощность получится в джоулях в секунду (Дж/с), т. е. в ваттах (Вт) (см. том I). На практике употребляют также более крупную единицу мощности киловатт: . Таким образом, один ватт есть мощность, выделяемая током один ампер в проводнике, между концами которого поддерживается напряжение один вольт. В электротехнике применяется единица работы, называемая киловатт-часом (кВт×ч): один киловатт-час равен работе, совершаемой током мощности один киловатт в течение одного часа. Нетрудно сосчитать, что . В киловатт-часах обычно выражают энергию, на которую электростанции подают счета потребителям электроэнергии. Конечно, такой единицей работы можно пользоваться не только в электротехнике, но и для оценки работы любой машины, например пароходного или автомобильного двигателя.

58.1. Какое количество теплоты выделяет 25-ваттная электрическая лампочка за секунду?

58.2. Цена одного киловатт-часа электрической энергии равна 4 коп. Во что обходится один час горения электрической лампочки, потребляющей ток 0,2 А при напряжении 220 В?

58.3. Определите сопротивление электрической лампочки, рассчитанной на напряжение 220 В и потребляющей мощность 25 Вт.

58.4. Две электрические 220-вольтовые лампочки расходуют соответственно мощность 15 и 100 Вт. Какая из лампочек потребляет больший ток? У какой из лампочек больше сопротивление? Определите для каждой лампочки силу тока и сопротивление (когда нить лампочки накалена).

58.5. Для освещения квартиры требуется ток 5 А при напряжении 220 В. Какая мощность при этом расходуется?

58.6. Объясните, почему провода, подводящие ток к электрической лампочке, практически не нагреваются, в то время как нить лампочки раскаляется добела?

58.7. Чередующиеся куски медной, железной и никелиновой проволоки одинакового диаметра спаяны между собой на стык и включены в цепь тока. Какие проволоки будут нагреваться сильнее? Какие из этих проволок будут нагреваться сильнее, если они включены параллельно?

58.8. Можно ли включить в сеть с напряжением 220 В последовательно две лампы одинаковой мощности, рассчитанные на 110 В? Можно ли так же включить две 110-вольтовые лампы разной мощности, например 25 и 100 Вт? Каково будет при этом напряжение на каждой из ламп и что произойдет?

58.9. Для освещения новогодней елки от сети 220 В хотят использовать гирлянды маленьких лампочек, рассчитанные на напряжение 110 В, включив их последовательно. Можно ли сделать это, если: а) гирлянды одинаковы; б) одна гирлянда составлена из 6-вольтовых, а другая из 8-вольтовых лампочек одинаковой мощности; в) гирлянды составлены из 6- и 8-вольтовых лампочек различной мощности, подобранных так, чтобы общая мощность, поглощаемая каждой из гирлянд, была одной и той же?

58.10. Молния – это электрический ток, проходящий в течение примерно 0,001 с между двумя облаками или облаком и Землей. Разность потенциалов на концах этих тел достигает миллиарда вольт, а сила тока в среднем равна 20 кА. Подсчитайте, во что обошлась бы одна молния по цене 4 коп. за 1 кВт×ч. Учитывая, что в среднем на поверхность Земли падает 100 молний в секунду, подсчитайте общий запас энергии, идущий на возникновение молний за год.

58.11. Во сколько раз повышение температуры при прохождении электрического тока по железным проводам больше, чем по медным того же сечения, если через них проходит ток одинаковой силы? Рассмотрите случай, когда провода хорошо изолированы, так что теплоотдачей их можно пренебречь, а ток сравнительно невелик и проходит в течение короткого времени, так что оба провода нагреваются слабо и их температурными коэффициентами сопротивления и теплоемкостями также можно пренебречь. Удельные теплоемкости меди и железа равны 0,40 и 0,46 кДж/(кг×К), их плотности равны и кг/м3. Воспользуйтесь также табл. 2 (§ 47).

Максимальная мощность светильника

Какие факторы нужно учесть при выборе светильника и расчете его мощности? Изучаем конструкцию прибора и возможности электропроводки в квартире, выбираем лампы и трансформатор, читаем текст ГОСТа.

  • 1 из 2

На фото:

Каждый светильник рассчитан на лампы определенной мощности. Если ее недостаточно, нужно задуматься о покупке другого осветительного прибора или приобрести сразу несколько маломощных светильников.

Мощность светильника: ограничения

Конструкция самого светильника. Чем выше мощность лампочки, тем больше энергии она потребляет и тем большая сила тока возникает в цепи. Соответственно, тем сильнее греются провода и сами элементы светильника. Не стоит вкручивать лампочки с более высокой мощностью, чем рекомендовано: светильник попросту сгорит.

  • 1 из 4

На фото:

Светильники с абажурами из текстиля и бумаги обычно комплектуются лампами небольшой мощности. Если вкрутить более мощную лампочку, материал может загореться.

Электропроводку в старых домах нужно менять обязательно. Даже в новых домах мы производим замену, потому что строители часто прокладывают дешевую и некачественную проводку. Если в доме планируется много светильников и различных бытовых приборов, то лучше заказать проект электрики — его должен сделать профессиональный инженер-электрик. Все приборы, связанные с нагревом, нужно обязательно заземлять, а на розеточные группы устанавливать устройства защитного отключения.

Электропроводку в старых домах нужно менять обязательно. Даже в новых домах мы производим замену, потому что строители часто прокладывают дешевую и некачественную проводку. Если в доме планируется много светильников и различных бытовых приборов, то лучше заказать проект электрики — его должен сделать профессиональный инженер-электрик. Все приборы, связанные с нагревом, нужно обязательно заземлять, а на розеточные группы устанавливать устройства защитного отключения.

Возможности электропроводки. Если включить одновременно несколько приборов (не только светильников), в сети может возникнуть перегрузка. Обычно в этом случае срабатывают «пробки». Но если они рассчитаны на большую силу тока, чем сами провода (например, на 25 А против 16 А), последние при перегрузке могут загореться. Чтобы не пришлось вызывать пожарных, адекватно оцените возможности вашей электропроводки при выборе светильника.

Тип лампы

Можно ли заменить? Для одного и того же цоколя выпускаются разные типы ламп. При работе они выделяют разное количество тепла. Предположим, светильник рассчитан на лампу накаливания мощностью 40 Вт с цоколем E27. Если она вам кажется тусклой, логично заменить ее энергосберегающей. При той же мощности в том же светильнике вы получите яркость модели. То есть требования производителя по мощности светильника будут формально соблюдены. Но чудес не бывает! Энергосберегающие лампы обычно длиннее ламп накаливания и при установке могут упереться в абажур, что опасно из-за угрозы перегрева.

  • 1 из 1

На фото:

Многие люстры оборудуются патронами под лампочки-миньоны с цоколем Е14. Каждая из них имеет небольшую мощность – в среднем до 60 Вт, но все пять «рожков» в сумме дают много света.

Светодиоды – самый передовой на сегодняшний день источник света. Главным их достоинством является высокая эффективность: они потребляют очень мало электроэнергии, светят ярко, а служат очень долго – несколько десятков лет. Кроме того, они безопасны в использовании (поскольку не греются) и устойчивы к перепадам температуры и влажности. Единственный минус – высокая цена, да и та постепенно снижается.

Читать еще:  Какое сопротивление электрической лампы сила тока в которой

На фото: модель EC 302 от фабрики Catellani & Smith.

Застрахуйтесь от перегрева. Будьте особенно бдительны, если производитель рекомендует использовать в светильнике только компактные люминесцентные (энергосберегающие) лапы. Не нужно рисковать и менять их на галогенки или традиционные лампы накаливания. Даже имея одинаковую мощность, лампочки такого вида сильно греются и могут запросто испортить пластиковый или бумажный абажур.

Конструкция трансформатора

Какой подойдет? Низковольтные осветительные системы работают только с понижающим трансформатором. Он преобразует напряжение 220 В в 12 В, которые необходимы для работы галогенных ламп. Производитель уже произвел расчет мощности светильника и предусмотрел, на какое число ламп и какой мощности рассчитан трансформатор. Если же вы хотите поставить лампы «поярче», придется заново произвести все вычисления, определив коэффициент мощности светильника, и заменить трансформатор на более мощный.

Максимальная мощность по ГОСТу

Ярче нельзя! Согласно ГОСТ (2004) «Светильники для освещения жилых и общественных помещений» максимальная потребляемая мощность одного бытового светильника должна быть не более:

  • 550 Вт — для светильников общего освещения;
  • 180 Вт — для светильников комбинированного освещения;
  • 150 Вт — для светильников экспозиционного (точечного) и декоративного освещения;
  • 25 Вт — для ночников (ориентирующее освещение).

  • 1 из 3

На фото:

Светильники на светодиодах способны творить чудеса! Они дают очень яркий свет, хотя потребляют минимум электроэнергии (в данном случае – до 7,5 Вт). А некоторые модели способны светить разными цветами.

При этом единичная мощность одной лампы светильника должна быть не более:

  • 150 Вт — для светильников общего, местного и комбинированного освещения;
  • 100 Вт — для экспозиционных светильников, при этом для светильника с галогенными лампами накаливания не более 150 Вт;
  • 60 Вт — для декоративных светильников;
  • 25 Вт — для ночника.

На практике это означает, что российские фабрики (руководствуясь ГОСТом) не делают люстры мощнее 550 Вт. При этом каждый патрон рассчитан на лампочку мощностью не более 150 Вт. А во все модели для местного освещения (торшеры, бра и пр.) можно вкручивать лампы суммарной мощностью не более 180 Вт. Это связано с возможностями типовой электропроводки в наших домах. Правила в других странах даже более строгие, так что в смысле мощности заграничные светильники превосходно адаптируются к российским реалиям.

Нюансы при выборе светильника

Яркость света зависит не только от мощности светильника, но и от материала изготовления рассеивателя. Например, если поставить 100-ваттную лампу в одинаковые приборы с полупрозрачным и «глухим» абажурами, эффект будет совершенно разным. В первом случае света будет достаточно, а во втором, возможно, придется покупать два светильника или один, но совершенно другой конструкции.

На фото: модель BELL 95 от фабрики Gervasoni, дизайн Startup Jasper.

Тусклый или яркий? Заранее решите, насколько ярким должен быть свет в той или иной зоне дома. Для этого надо провести примерный подсчет. Например, если вам приглянулся подвесной светильник с одним патроном для лампы накаливания с цоколем Е14 («миньон»), вы должны понимать: мощность лампочки такого типа минимальна, свет будет тусклым. Для общего освещения подобной модели недостаточно, даже если речь идет о санузле. И наоборот, если выбрать для этого помещения панельный светильник 60×60 см, он даст слишком много света, и находиться в санузле будет просто невозможно: слишком ярко! В обоих описанных случаях заменить лампу более или менее мощной невозможно из-за конструкции светильника.

Амперметр

Приборы для измерения силы тока

Если в каком-либо проводнике течет ток, то он характеризуется такой величиной, как «сила тока». Сила тока в свою очередь характеризуется количеством электронов, которые проходят через поперечное сечение проводника за единицу времени. Но мы все учились в школе и знаем, что электронов в проводнике миллиарды миллиардов и считать количество электронов было бы бессмысленно.

Поэтому ученые вывернулись из этой ситуации и придумали единицу измерения силы тока и назвали ее «Ампер», в честь французского физика-математика Андре Мари Ампера. Что же собой представляет 1 Ампер? Если сила тока в проводнике равна 1 амперу, то за одну секунду через поперечное сечение провода проходит заряд, равный 1 Кулону. Или простым языком, все электроны в сумме должны давать заряд в 1 Кулон и они должны в течение одной секунды пройти через поперечное сечение проводника. Если учесть, что заряд одного электрона 1.6х10 -19 , то можно узнать, сколько электронов в 1 Кулоне. А вот для того, чтобы измерять амперы, ученые придумали прибор и назвали его «амперметром».

Амперметр – это прибор для измерения силы тока в электрической цепи. Любой амперметр рассчитан на измерение токов определенной величины. В электронике в основном оперируют микроАмперами (мкА), миллиАмперами (мА), а также Амперами (А). Следовательно, в зависимости от величины измеряемого тока приборы для измерения силы тока делятся на амперметры (PA1), миллиамперметры (PA2) и микроамперметры (PA3).

На принципиальных схемах амперметр, как измерительный прибор обозначается вот так.

Какие бывают амперметры?

Первый тип амперметра – аналоговый. Их ещё называют стрелочными. Вот так они выглядят.

Такие амперметры имеют магнитоэлектрическую систему. Они состоят из катушки тонкой проволоки, которая может вращаться между полюсами постоянного магнита. При пропускании тока через катушку, она стремится установиться по полю под действием вращающего момента, величина которого пропорциональна току. В свою очередь повороту катушки препятствует специальная пружина, упругий момент которой пропорционален углу закручивания. При равновесии эти моменты буду равны, и стрелка покажет значение, пропорциональное протекающему через нее току. Иногда, для того, чтобы увеличить предел измерения, параллельно амперметру ставят резистор определенной величины, рассчитанной заранее. Это так называемый шунтирующий резистор – шунт.

Про шунтирующее действие измерительных приборов уже подробно рассказывалось в статье про вольтметр. Там же затрагивалось такое понятие, как входное сопротивление прибора. Так вот, применительно к вольтметру, его входное сопротивление должно быть как можно больше. Это необходимо для того, чтобы прибор не влиял на работу схемы при проведении измерений и выдавал точные результаты.

Применительно к амперметру складывается обратная ситуация. Так как амперметр для проведения измерений включается в разрыв электрической цепи, то необходимо стремиться к тому, чтобы его внутреннее сопротивление протекающему току было минимальным. Грубо говоря, сопротивление между его измерительными щупами должно быт мало. В противном случае, для электрической цепи амперметр будет представлять резистор. А, как известно, чем больше сопротивление резистора, тем меньший ток через него проходит. Таким образом, при включении амперметра в измерительную цепь, мы искусственно понижаем ток в этой цепи. Понятно, что в таком случае, показания амперметра будут некорректные. Но не стоит расстраиваться, так как измерительная техника разрабатывается с учётом всех этих особенностей.

Это лишь ещё один намёк на то, что при обращении с мультиметрами стоит внимательно относиться к выбору режима работы и правильному замеру тех или иных величин. Несоблюдение этих правил может привести к порче прибора.

Аналоговые амперметры до сих пор используются в современном мире. Их плюс таковы, что им не требуется независимое питание для выдачи результатов, так как они используют питание замеряемой цепи. Также они удобны при отображении информации. Думаю, лучше наблюдать за стрелкой, чем за цифрами. На некоторых амперметрах есть винтик корректировки для точного выставления стрелки прибора к нулю. Минусы – это большая инертность, то есть для стрелки прибора нужно какое-то время, чтобы она пришла в устойчивое состояние. Хоть этот недостаток в современных аналоговых приборах проявляется слабо, но он все-таки есть.

Второй тип амперметра – это цифровой амперметр. Он состоит из аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и преобразует силу тока в цифровые данные, который потом отображаются на ЖК-дисплее.

Цифровые амперметры лишены инертности, и выдача результатов измерений зависит от частоты процессора, который выдает результаты на дисплей. В дорогих цифровых амперметрах он может выдать до 1000 и более результатов в секунду. Также цифровые амперметры требуют меньше габаритов для установки, что немаловажно в современной аппаратуре. Минусы – это то, что для измерения им требуется собственный источник питания, который питает все внутренние узлы и микросхемы прибора. Есть, конечно, и такие цифровые амперметры, которые используют питание измеряемой цепи, но они все равно редко используются в виду своей дороговизны.

Читать еще:  Как подключит лампу дневного света через выключатель

Амперметры делятся на амперметры для измерения силы тока постоянного напряжения и для измерения силы тока переменного напряжения. Но, допустим, у вас нет амперметра, чтобы измерить силу тока переменного напряжения. Что же тогда делать? Можно собрать очень простую схемку. Выглядит она вот так:

Но чтобы не собирать самостоятельно измерительную схему и доводить её до ума, купите себе мультиметр. В хорошем мультиметре есть функции измерения силы тока, как для постоянного, так и для переменного напряжения.

Схема для измерения силы тока выглядит вот так:

Это означает, что амперметр мы должны подключать последовательно нагрузке.

Для того чтобы правильно измерить силу тока, нам надо знать, какое напряжение вырабатывает источник питания: переменное или постоянное. Если будем замерять силу тока постоянного напряжения, то и амперметр нам нужен для измерения силы тока постоянного напряжения, а если для переменного, то и амперметр нужен соответствующий. В нашем случае нагрузкой может быть любой прибор или схема, которая потребляет ток. Это может быть лампочка, сотовый телефон или даже компьютер.

Измерение силы тока с помощью амперметра.

Давайте рассмотрим на практике, как замерять силу тока с помощью цифрового мультиметра DT-9202A.

В красном кружочке у нас буковка «А

» означает, что ставя переключатель на этот участок, мы сможем замерить силу тока переменного напряжения, а ставя переключатель на секцию со значком «А=» (в синем кружке), мы сможем замерять силу тока постоянного напряжения.

Чтобы измерить силу тока до 200 мА (200m) как переменного, так и постоянного напряжения, нужно поставить щупы такого мультиметра в определенные клеммы:

Если же мы будем измерять силу тока более чем в 5 Ампер, то я рекомендую вам переставить щуп в другую клемму:

Если даже примерно не знаете, сколько должно потреблять ваше устройство или нагрузка, то всегда ставьте щуп и переключатель на самый большой предел измерения. Тем самым вы сохраните своему прибору жизнь.

На фото снизу я измеряю силу тока, которая кушает лампочка на 12 Вольт. С трансформатора я снимаю переменное напряжение 10 Вольт. Как мы видим, сила тока, потребляемая лампочкой — 1.14 Ампер. Обратите особое внимание, что переключатель мультиметра поставлен на измерение силы тока переменного напряжения (А

А вот так мы замеряем постоянный ток, который потребляет автомобильная сирена. Орет она так, что даже уши закладывает .

Обратите также внимание, так как у нас аккумулятор постоянного напряжения 12 Вольт, то и переключатель режимов мультиметра мы поставили на измерение постоянного тока.

А вот столько у нас кушает лампочка: 1.93 Ампера. Здесь замеряется постоянный ток, который потребляется лампой накаливания от аккумулятора.

Никогда не подключайте амперметр в розетку без всякой нагрузки! Тем самым вы просто-напросто спалите прибор. Как уже говорилось, амперметр обладает малым входным сопротивлением.

При измерении силы тока не касайтесь голых проводов, а также оголённых частей измерительных щупов. Это исключит электрический удар током. Будьте внимательны со схемой подключения амперметра.

Если Вы хотите узнать больше про измерения электрических величин, то загляните на сайт Практическая электроника. Там вы найдёте много познавательной информации по электронике.

Как измерить реальную ёмкость и пусковые характеристики АКБ

У многих автолюбителей возникали проблемы с запуском авто, в такие моменты нужно исключить самые распространённые причины данной проблемы, одна из которых – потеря емкости АКБ, чаще всего это происходит из-за сульфатации пластин АКБ. В связи с этим возникает вопрос – как правильно продиагностировать состояние АКБ? Основные параметры АКБ, влияющие на корректную работу данного агрегата это – ее емкость и максимальное значение пускового тока.

Способы диагностики АКБ

  1. Измерение напряжения (с помощью мультиметра) на выводах АКБ – напряжение на полностью заряженной АКБ составляет 12.7В, если напряжение меньше 12.3В, то АКБ необходимо зарядить, при напряжении менее 11.7В – АКБ близка к глубокому разряду. (Данный способ никак не свидетельствует о емкости АКБ и о пусковых характеристиках)
  2. Разряд стабильным током с помощью профессиональных разрядно-диагностических устройств. Этот способ самый точный для измерения емкости, но к сожалению стоимость таких устройств в несколько раз выше стоимости АКБ.
  3. Диагностика с помощью тестера АКБ – данный способ так же достаточно точно и быстро определяет реальную емкость и измеряет пусковой ток. (Видео обзор на тестер АКБ ВА1000)
  4. 20-ти часовой разрядный тест АКБ, достаточно точный способ измерить емкость АКБ и что самое главное доступный практически каждому. (этот способ мы детально разберем в следующем разделе)
  5. Измерение плотности электролита. Нормальное среднее значение 1,27-1,28 г/куб.см (для умеренного климата при полном заряде АКБ). Для жаркого и холодного климата это значение может варьироваться плюс-минус 0,03 г/куб.см (для холодного выше, для жаркого ниже). Измерить можно с помощью ареометра (например, с помощью — Ареометра АР-02). Если после полного заряда плотность электролита ниже нормы, это свидетельствует о потере емкости.
  6. Тест с помощью нагрузочной вилки – данный тест показывает, как ведет себя АКБ при высоких нагрузках. Это самый доступный по цене способ для измерения пусковых характеристик АКБ, так как прибор имитирует работу стартера. (этот способ мы так же разберем далее)

ВНИМАНИЕ: Каждый из описанных выше тестов необходимо проводить при полностью заряженной АКБ, после заряда должно пройти не менее 24 часов. (Это нужно для распределения заряда в АКБ, иначе тесты не будут отображать корректную информацию.)

Как провести 20-ти часовой разрядный тест.

Для теста нам понадобится:

  1. Цифровой мультиметр
  2. Лампочка

40 ватт на 12 вольт (с выводами для подключения). Ток потребления лампочки должен составлять 0.05С (где С емкость АКБ в Ач)
Провода для подключения лампочки к АКБ, сечением от 0.75 мм кв.

( прим. Как рассчитать силу тока которую потребляет лампочка.) I = P/U, где I – величина силы тока (А), Р– единица мощности (Вт), U – единица напряжения (В).

Этапы проведения 20-ти часового разрядного теста:

  1. Подключаем лампочку к АКБ
  2. Переключаем мультиметр в режим вольтметра и подключаем параллельно лампочке.
  3. Отслеживаем напряжение каждый час пока напряжение не упадет до 11.5В (записываем общее количество часов (t))
  4. По мере разряда каждый час снимаем ток потребления лампочки, для этого подключаем мультиметр последовательно в режиме амперметра, в конце теста складываем все значения и получаем общее потребление тока лампочкой (I общ)
  5. Считаем результат:
    • I общ / t = I ср (среднее значение потребления лампочки в час)
    • I ср * t = C (где С емкость АКБ в Ач)

Тест АКБ нагрузочной вилкой

Тест нагрузочной вилкой не покажет вам точное значение максимального пускового тока, но с помощью нагрузочной вилки вы можете понять, как ведет себя АКБ при высоких нагрузках (имитируя работу стартера), удачное прохождение теста косвенно указывает на то, что с пусковые характеристики АКБ в норме.

Ваттметр

Что такое ваттметр

Думаю, все вы курсе, что электрический ток может выполнять работу. Например, вскипятить воду в электрочайнике, перемолоть кофе в кофемолке, согреть курицу в микроволновке и так далее. Все эти бытовые приборы являются нагрузкой для домашней сети. Но, как вы знаете, некоторые приборы «крутят» счетчик очень быстро, а некоторые приборы почти не потребляют электрический ток.

Если включить чайник и лампочку накаливания в вашей комнате и оставить на час, то чайник «съест» электроэнергии намного больше, чем та же самая лампа накаливания. Дело в том, что чайник обладает большей мощностью, чем лампочка. В этом случае можно сказать, что мощность чайника будет больше, чем мощность лампы в единицу времени, например, за секунду. Чтобы точно измерить, во сколько раз чайник потребляет электрической энергии больше, чем лампочка, нам нужно измерить мощность чайника и лампочки.

Читать еще:  Электро цепь лампочка выключатель розетка

Ваттметр — это прибор, который измеряет потребляемую мощность какой-либо нагрузки. Выделяют три группы ваттметров:

  • низкой частоты и постоянного тока
  • радиочастотные ваттметры
  • оптические ваттметры

Так как наш сайт посвящен электронике и электротехнике, то мы будем в этой статье рассматривать только ваттметры постоянного тока и низкой частоты. Под низкой частотой подразумевается частота в 50-60 Герц.

Мощность постоянного тока

Итак, вы уже все в курсе, что любая нагрузка для электрического тока потребляет какую-либо мощность. Мощность постоянного тока выражается формулой:

P — это мощность, которая выражается в Ваттах (Вт,W)

I — сила тока, которую потребляет нагрузка, выражается в Амперах

U — напряжение, которое подается на нагрузку, выражается в Вольтах

Поэтому, чтобы найти мощность какой-либо нагрузки, которая подсоединена к постоянному току, достаточно перемножить значение силы тока и напряжения. Например, на этом фото мы видим вентилятор от компьютера, который подцепили к лабораторному блоку питания. Его мощность, как не трудно догадаться, составила P=IU=0,18 Ампер x 12 Вольт =2,16 Ватт.

Ваттметры для постоянного тока

Вы ведь не будете каждый раз таскать с собой громоздкий блок питания или два мультиметра, которые будут измерять и ток и напряжение? Поэтому, в настоящее время ваттметры представляют из себя законченные приборы, которые очень легко соединяются с потребляемой нагрузкой. На Алиэкспрессе я находил вот такие ваттметры для постоянного тока, которые показывают сразу и ток, и напряжение, и потребляемую мощность нагрузки. К проводам, где написано SOURCE цепляем источник постоянного тока, а к проводам LOAD цепляем нагрузку. Все элементарно и просто!

Некоторые из них идут в комплекте со шунтом

Схема подключения источника постоянного тока и нагрузки в таком ваттметре выглядит так

Ну и самый бюджетный вариант — это взять ампервольтметр и просто умножать значения тока и напряжения

Вот такой вольтамперметр рассчитан на максимальные параметры 100 Вольт и 50 Ампер. То есть, теоретически, он может измерять мощность до 5 кВт.

Мощность переменного тока

Мощность переменного тока вычисляется по формуле:

P — мощность, Ватт

I — сила тока, Ампер

U — напряжение, Вольты

cos φ — коэффициент мощности

Что еще за косинус фи? И что он вообще означает? Есть такие радиоэлементы как конденсаторы, катушки индуктивности, трансформаторы, электромеханические реле различные двигатели и прочие радиоэлементы, которые обладают какой-либо емкостью или индуктивностью.

Если вспомнить осциллограмму переменного напряжения из нашей домашней розетки, то она будет выглядеть вот так:

Если же запитать какую-нибудь нагрузку, типа лампочки накаливания, то у нас в дело пойдет также такой параметр как сила тока. Так как лампочка накаливания не обладает никакой емкостью или индуктивностью, то сила тока у нас будет синфазно меняться с напряжением. Синфазно — это означает одинаково, синхронно. Например, синхронное плавание. Там участники все делают вместе и одинаково.

Так вот, такой параметр как сила тока и напряжение на лампочке тоже действуют синфазно. Ниже красной синусоидой я показал силу тока, которая «бежит» через лампочку:

Видите? Она начинается в этом же месте, где и напряжение. Сила тока достигает максимума, и напряжение тоже достигает максимума в это же самое время, следовательно и мощность в этот момент тоже максимальная (P=IU). Сила тока равняется нулю и напряжение тоже равняется нулю в том месте, где пересекаются эти синусоиды, значит и мощность в этот момент тоже будет равняться нулю.

Но весь прикол в том, что каким-то чудом радиоэлементы, обладающие индуктивной или емкостной составляющей (конденсаторы, катушки, трансформаторы и тд) умудряются сдвигать синусоиду силы тока.

Предположим, будем питать от сети мой трансформаторный блок питания.

И у нас осциллограмма силы тока уже будет принимать примерно вот такой вид:

Что здесь произошло? Так как первичная обмотка трансформатора обладает индуктивностью, то эта самая индуктивность сдвинула осциллограмму силы тока. Более подробно можете прочитать в статье активное и реактивное сопротивление.

В зависимости от значения индуктивной или емкостной составляющей, сила тока может либо опережать либо отставать от напряжения. А чтобы измерить на сколько, для этого в обиход ввели фи ( φ), которая показывает этот сдвиг в градусах.

Короче говоря, не будем рассматривать тригонометрию, скажу просто, что для расчета мощности берут косинус значения этого угла.

Ваттметр цифровой на сетевое напряжение

В гостях у нас китайский ваттметр, приобретенный на распродаже в Алиэкспрессе.

Ну что же, давайте познакомимся с ним поближе.

Первая строка на ваттметре — это часы. Они начинают счет только тогда, когда в розетку ваттметра включена какая-либо нагрузка. Нагрузкой в нашем случае может быть любой электробытовой прибор: утюг, паяльник, светильник и так далее

Строкой ниже, с помощью кнопки «Energy», мы можем выводить параметры электрического сигнала, такие как:

— напряжение (V, Вольт)

— сила тока (A, Ампер)

— коэффициент мощности (Power Factor) или cos φ (косинус фи,безразмерная величина, то есть измеряется чисто в цифрах)

Третья строка — это расчет стоимости электроэнергии. Измеряется в Киловаттах умноженных на Час (КВатт х час). Самая частая ошибка — это когда пишут кВатт/час. Запомните, там знак не деления, а умножения! Вот за эти киловатт-часы мы и платим денежку провайдерам электрической энергии ;-).

Сейчас никакая нагрузка не включена в розетку ваттметра. Смотрим на дисплей:

Ничего себе, почти 240 вольт.

Можно замерить частоту. 50 Герц — так и должно быть.

Так как в розетке нашего ваттметра нет никакой нагрузки, следовательно и сила тока также будет равняться нулю:

Ну и мощность также будет равняться нулю

Косинус фи и реактивная нагрузка

Например, мой самопальный простой блок питания, включенный в сеть и не питающий никакую нагрузку, все равно потребляет энергию, так как является трансформаторным. Напряжение сразу идет на первичную обмотку трансформатора.

Его не следует оставлять включенным в розетку, так как он все равно хоть и немного потребляет ток.

Включаю свой трансформаторный блок питания в сеть 220 Вольт. Итак, напряжение в розетке 236,8 Вольт:

К блоку питания я подцепил лампочку на 12 вольт. Итого, нагруженный блок питания у нас потребляет 0,043 Ампера.

Power Factor — коэффициент мощности, он же косинус фи. Сейчас он у нас равен 0,42, так как нагрузка индуктивная.

Проверяем все это дело по формуле P=IU cos φ=0,043х236,8х0,42= 4,28 Ватт. Почти все сходится с небольшой погрешностью.

Косинус фи и активная нагрузка

Давайте проведем еще один опыт. Возьмем лампу накаливания на 220 Вольт и подцепим ее через ваттметр в сеть. Так как лампочка накаливания у нас не обладает ни индуктивностью, ни емкостью, то на графике синусоида силы тока и напряжения будет примерно выглядеть вот так. То есть синхронно:

Фи в этом случае равен нулю (сдвига фаз между ними нет). Вспоминаем школьный курс тригонометрии и помним, что косинус нуля — это единичка!

Проверяем на опыте.

Power Factor, он же косинус фи, высвечивает единичку. Все верно!

Замеряем потребляемую силу тока:

Считаем по формуле: P=IU cos φ=0,115х233,5х1= 26,9 Ватт. Все также сходится с небольшой погрешностью 😉

Немного отходя от темы, давайте еще напоследок глянем, какую мощность потребляет светодиодная лампа

Всего 6 Ватт! А светит она даже получше 25 Ваттной, которую я использовал в опытах. Вывод делайте сами.

Где купить ваттметр

Как я уже сказал, брал на Али. Выбирайте любой понравившийся на сетевое напряжение

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector