Интересно. Расплавляемый металл может быть подвешен в вакууме с помощью магнитного поля. Для него не нужен тигель (специальный ковш для нагрева). Так получают очень чистые вещества.

Плюсы использования ТВЧ в разных случаях:

• быстрый нагрев при ковке и прокате металла;
• оптимальный температурный режим для пайки или сварки деталей;
• расплав даже очень тугоплавких сплавов;
• приготовление пищи в микроволновых печах;
• дарсонвализация в медицине.

Получают ТВЧ с помощью установок, включающих в свой состав колебательный контур, или электромашинных генераторов. У статора и ротора генераторов на сторонах, обращённых друг другу, нанесены зубцы. Их взаимное движение порождает пульсацию магнитного поля. Частота на выходе тем больше, чем больше произведение числа зубцов ротора на частоту его вращения.

Период пульсаций и частота

Частота переменного тока может иметь другое название – пульсация. Периодом пульсации называют время единичной пульсации.

Интенсивность циклов

Для электросети с частотой 50 Гц период пульсации составит:

Т = 1/50 = 0,02 с.

При необходимости, зная эту зависимость, можно по времени цикла вычислить частоту.

Опасность разночастотных зарядов

Как постоянный, так и переменный ток при определённых значениях представляет опасность для человека. До 500 В разница в безопасности находится в соотношении 1:3 (42 В постоянного к 120 В переменного).

При значениях выше 500 В это соотношение выравнивается, причём константное электричество вызывает ожоги и электролизацию кожных покровов, изменяющееся – судороги, фибрилляцию и смерть. Тут уже частота пульсации имеет большое значение. Самый опасный интервал частот – от 40 до 60 Гц. Далее с повышением частоты риск поражения уменьшается.

Влияние частоты на пороговый ток

Частота переменного электричества – важный параметр. Она влияет не только на работу электроустановок потребителей, но и на человеческий организм. Изменяя частоту электрических колебаний, можно менять технологические процессы на производстве и качество вырабатываемой энергии.

Видео

формулы, составляющие и особенности применения

В быту, как правило, применяются такие словосочетания, как потребляемая мощность или просто электрическая мощность. Всегда актуален вопрос о том, как много электроэнергии потребляет тот или другой прибор. Но в физике понятие мощности переменного тока трактуется несколько шире.

Особенности переменного тока

Формула мощности для тока, который меняется во времени по силе, напряжению и направлению, не совпадает с простой формулой для постоянного электротока. Она может примяться исключительно для вычисления мгновенного значения этой физической величины, но на практике для нахождения мощности меняющегося тока бесполезна. Рассчитывая её усреднённую величину напрямую, применяют интегрирование по такому параметру, как время. То есть интегрируется мгновенное значение на протяжении определённого периода.

Такой подход применяется для тех электрических цепей, в которых напряжение и сила электротока меняются циклически. В основном рассчитывается мощность в цепях с изменениями электрического напряжения и силы электротока по синусоиде.

В электродинамике различают связанные друг с другом понятия реактивной, активной и полной мощности.

Активная величина Real Power

Активная мощность Р измеряется в ваттах. Сокращённые варианты единицы измерения: Вт (русское обозначение) или W (международное). Само понятие этой мощностной величины означает среднее значение мгновенных показателей этой характеристики за промежуток времени Т (период). Общая формула в этом случае выглядит следующим образом:

Для электрических цепей с одной фазой изменяющегося по синусоиде тока формула выглядит так:

.

В этом выражении Ι и U являются значениями силы электротока и напряжения в среднеквадратичном представлении. А угол φ показывает, на сколько сдвинуты фазы между этими физическими величинами.

Активная мощность указывает, как быстро превращается электрическая энергия в другие типы: тепловую или электромагнитную.

Она может выражаться как через силу тока и активное сопротивление цепи r, так и через напряжение и проводимость g по формуле:

.

В любых электрических цепях этот вид мощности равняется сумме значений на отдельных элементах. В трёхфазном варианте суммируются показатели для каждой отдельной фазы.

Реактивная характеристика

Реактивная мощность Q охарактеризовывает нагрузки, создаваемые в электроустройствах периодическими изменениями энергии электромагнитного поля в цепи с переменным током, который меняется во времени по синусоидальному принципу.

Численно она равняется умножению среднеквадратичных U (напряжения), I (силы) и синуса φ (угла сдвига фаз):

.

Измеряется в вольт-амперах реактивных (русское сокращение: вар, а международное — var).

Реактивная Q даёт характеристику энергии, передающейся от источника питания к реактивным элементам и возвращающуюся обратно за временной промежуток, численно равный одному периоду колебаний. К элементам реактивного типа относят катушки индуктивности, конденсаторы, обмотки. Этот вид мощностной характеристики тока принимает:

• отрицательное значение, если нагрузка активно-ёмкостная;
• положительное — в случае активно-индуктивного характера нагрузочных элементов.

Принято считать, что устройства с положительной Q потребляют энергию, а с отрицательной, наоборот, производят. Но это условные обозначения. Реактивная мощность по факту не принимает участия в работе электротока. Синхронные генераторы, которые функционируют на электростанциях, в зависимости от численного значения тока возбуждения в обмотке могут и вырабатывать, и потреблять эту реактивную характеристику тока.

Такую особенность синхронных электрических машин используют для регулирования определённого значения напряжения сети. Чтобы устранять перегрузки либо увеличение мощностного коэффициента, осуществляют компенсацию реактивной составляющей.

Полная мощность

Полная мощность S представляется в единицах измерения с названием вольт-амперы и вычисляется через умножение действующих значений I в цепи и напряжения U на её окончаниях:

.

Этот вид электрической характеристики на практике описывает нагрузки, которые по факту налагаются потребителем на части электросети, обеспечивающей подвод электроэнергии (кабели разных видов, трансформирующие устройства и линии для передачи электрической энергии на большие расстояния).

Данные нагрузки находятся в зависимости исключительно от потребляемого тока, а не от энергии, которую по факту использует потребитель. Этот момент является причиной того, что полная мощность устройств, обеспечивающих трансформацию электрической энергии, а также распределительных щитов, измеряют в вольт-амперах, а не в ваттах.

Все виды мощностных характеристик переменного тока связываются между собой следующими математическими выражениями:

Эти формулы позволяют производить расчёты для цепей переменного тока любой конфигурации:

1. Полная, выраженная через активную и реактивную.
2. Активная — через полную и угол сдвига фаз.
3. Реактивная — через полную и активную.

Знания этих нюансов важны при подборе оборудования и построения систем энергообеспечения различных объектов. Учёт электрических параметров устройств даёт возможность сделать правильный выбор электрических устройств и построить экономически оптимальную схему энергетического обеспечения.

Закон Ома для переменного тока

После открытия в 1831 году Фарадеем электромагнитной индукции, появились первые генераторы постоянного, а после и переменного тока. Преимущество последних заключается в том, что переменный ток передается потребителю с меньшими потерями.

При увеличении напряжения в цепи, ток будет увеличиваться аналогично случаю с постоянным током. Но в цепи переменного тока сопротивление оказывается катушкой индуктивности и конденсатор. Основываясь на этом, запишем закон Ома для переменного тока: значение тока в цепи переменного тока прямо пропорционально напряжению в цепи и обратно пропорционально полному сопротивлению цепи.

• I [А] – сила тока,
• U [В] – напряжение,
• Z [Ом] – полное сопротивление цепи.

Полное сопротивление цепи

В общем случае полное сопротивление цепи переменного тока (рис. 1) состоит из активного (R [Ом]), индуктивного, и емкостного сопротивлений. Иными словами, ток в цепи переменного тока зависит не только от активного омического сопротивления, но и от величины емкости (C [Ф]) и индуктивности (L [Гн]). Полное сопротивление цепи переменного тока можно вычислить по формуле:

• — индуктивное сопротивление, оказываемое переменному току, обусловленное индуктивностью электрической цепи, создается катушкой.
• — емкостное сопротивление, создается конденсатором.

Полное сопротивление цепи переменного тока можно изобразить графически как гипотенузу прямоугольного треугольника, у которого катетами являются активное и индуктивное сопротивления.

Рис.1. Треугольник сопротивлений

Учитывая последние равенства, запишем формулу закона Ома для переменного тока:

Рис.2. Последовательная электрическая цепь из R, L, C элементов.

Из опыта можно определить, что в такой цепи колебания тока и напряжения не совпадают по фазе, а разность фаз между этими величинами зависит от индуктивности катушки и емкости конденсатора:

Решение задач:

Цепь переменного тока состоит из последовательно соединенных конденсатора (емкостью С), катушки индуктивности (L) и активного сопротивления (R). На зажимы цепи подается действующее напряжение (U), частота которого ν. Чему равно действующее значение силы тока в цепи?

Переменный синусоидальный ток

Переменный ток — это ток, который периодически изменяется как по модулю, так и по направлению. Появляется переменный ток благодаря электромагнитной индукции. Электромагнитная индукция это явление возникновения тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока проходящего через него. Чтобы понять, как именно возникает ток, представим себе рамку (кусочек проволоки прямоугольной формы), которая находится под воздействием магнитного поля B.

Пока рамка находится в покое, тока в ней нет. Но как только мы начнём её поворачивать, электроны, которые находятся в рамке, начнут перемещаться вместе с ней, то есть двигаться в магнитном поле. Вследствие этого магнитное поле начинает действовать на электроны, заставляя их двигаться по рамке. Чем больше линий магнитного поля пронизывает рамку, тем сила действующая на электроны больше, следовательно, и электрический ток тоже. Получается, что ток достигает максимума в момент, когда рамка перпендикулярна магнитному полю (наибольшее количество линии пронизывает рамку) и равен нулю, когда параллельна (наименьшее количество линии пронизывает рамку). Соответственно и сила, которая действует на электроны, тоже изменяется. После прохождения момента, когда рамка параллельна вектору магнитной индукции B, ток в ней начинает течь в обратную сторону. 

Ток, который получается при вращении рамки, изменяясь во времени, описывает синусоиду, то есть является синусоидальным. Переменный синусоидальный ток является частным случаем периодического переменного тока. Закон, описывающий изменение тока, имеет вид: 

Амплитуда Im – это наибольшая абсолютная величина, которую принимает периодически изменяющийся ток.

Начальная фаза ψ — аргумент синусоидального тока (угол), отсчитываемый от точки перехода тока через нуль к положительному значению.

Время, за которое ток в проводнике дважды изменяет своё направление, называют периодом T. Период измеряется в секундах.

Циклической частотой f называется величина обратная периоду . Измеряется в Герцах, в домашней розетке циклическая частота тока равна 50 Гц, её также называют промышленной частотой. При такой частоте период тока равен , это значит, что за две сотых секунды ток в нашей розетке меняет свое направление два раза.

Угловая частота ω показывает с какой скоростью изменяется фаза тока и определяется как

Среднее значение Iср синусоидального тока за период Т определяют из геометрических представлений: площадь прямоугольника с основанием T/2 и высотой Iср приравнивают площади ограниченной кривой тока:

После упрощения получаем формулу: 

Действующее значение синусоидального тока определяется из энергетических представлений: действующий ток равен по величине такому постоянному току I, который в активном сопротивлении R за период Т выделяет такое количество энергии, как и данный ток i. То есть действующее значение, это своеобразная аналогия между переменным и постоянным током.
Для синусоидального тока действующее значение определяется по формуле: 

или

Это основное что нужно знать о переменном синусоидальном токе.

Читайте также — Мгновенная мощность

Открытая Физика. Закон Ома для цепи переменного тока. Мощность

В § 2.3 были выведены соотношения, связывающие амплитуды переменных токов и напряжений на резисторе, конденсаторе и катушке индуктивности: RIR=UR;   1ωCIC=UC;   ωLIL=UL.

Эти соотношения во виду напоминают закон Ома для участка цепи постоянного тока, но только теперь в них входят не значения постоянных токов и напряжений на участке цепи, а амплитудные значения переменных токов и напряжений.

Соотношения (*) выражают закон Ома для участка цепи переменного тока, содержащего один из элементов R, L и C. Физические величины R, 1ωC и ωL называются активным сопротивлением резистора, емкостным сопротивлением конденсатора и индуктивным сопротивлением катушки.

При протекании переменного тока по участку цепи электромагнитное поле совершает работу, и в цепи выделяется джоулево тепло. Мгновенная мощность в цепи переменного тока равна произведению мгновенных значений тока и напряжения: p = J ċ u. Практический интерес представляет среднее за период переменного тока значение мощности P=Pср=I0 U0cosωtcos(ωt+φ)¯.

Здесь I₀ и U₀ – амплитудные значения тока и напряжения на данном участке цепи, φ – фазовый сдвиг между током и напряжением. Черта означает знак усреднения. Если участок цепи содержит только резистор с сопротивлением R, то фазовый сдвиг φ = 0: PR=IRURcos2ωt¯=IRUR2=IR2R2.

Для того, чтобы это выражение по виду совпадало с формулой для мощности постоянного тока, вводятся понятия действующих или эффективных значений силы тока и напряжения: Iд=I02;   Uд=U02.

Средняя мощность переменного тока на участке цепи, содержащем резистор, равна PR=IдUд.

Если участок цепи содержит только конденсатор емкости C, то фазовый сдвиг между током и напряжением φ=π2. Поэтому PC=ICUCcosωtcos(ωt+π2)¯=ICUCcosωt( -sin ωt)¯=0.

Аналогично можно показать, что P_L = 0.

Таким образом, мощность в цепи переменного тока выделяется только на активном сопротивлении. Средняя мощность переменного тока на конденсаторе и катушке индуктивности равна нулю.

Рассмотрим теперь электрическую цепь, состоящую из последовательно соединенных резистора, конденсатора и катушки. Цепь подключена к источнику переменного тока частоты ω. На всех последовательно соединенных участках цепи протекает один и тот же ток. Между напряжением внешнего источника e (t) и током J (t) возникает фазовый сдвиг на некоторый угол φ. Поэтому можно записать J (t) = I₀ cos ωt;   e (t) = ℰ₀ cos (ωt + φ).

Такая запись мгновенных значений тока и напряжения соответствует построениям на векторной диаграмме (рис. 2.3.2). Средняя мощность, развиваемая источником переменного тока, равна P=I0ℰ0cosωtcos(ωt+φ)¯=I0ℰ02cosφ=Iдℰдcosφ.

Как видно из векторной диаграммы, U_R = ℰ₀ · cos φ, поэтому P=I0UR2. Следовательно, вся мощность, развиваемая источником, выделяется в виде джоулева тепла на резисторе, что подтверждает сделанный ранее вывод.

В § 2.3 было выведено соотношение между амплитудами тока I₀ и напряжения ℰ₀ для последовательной RLC-цепи: I0=ℰ0R2+(ωL-1ωC)2.

Величину Z=R2+(ωL-1ωC)2 называют полным сопротивлением цепи переменного тока. Формулу, выражающую связь между амплитудными значениями тока и напряжения в цепи, можно записать в виде ZI₀ = ℰ₀.

Это соотношение называют законом Ома для цепи переменного тока. Формулы (*), приведенные в начале этого параграфа, выражают частные случаи закона Ома (**).

Понятие полного сопротивления играет важную роль при расчетах цепей переменного тока. Для определения полного сопротивления цепи во многих случаях удобно использовать наглядный метод векторных диаграмм. Рассмотрим в качестве примера параллельный RLC-контур, подключенный к внешнему источнику переменного тока (рис. 2.4.1).

При построении векторной диаграммы следует учесть, что при параллельном соединении напряжение на всех элементах R, C и L одно и то же и равно напряжению внешнего источника. Токи, текущие в разных ветвях цепи, отличаются не только по значениям амплитуд, но и по фазовым сдвигам относительно приложенного напряжения. Поэтому полное сопротивление цепи нельзя вычислить по законам параллельного соединения цепей постоянного тока. Векторная диаграмма для параллельного RLC-контура изображена на рис. 2.4.2.

Из диаграммы следует: I0=ℰ0(1R)2+(ωL-1ωC)2.

Поэтому полное сопротивление параллельного RLC-контура выражается соотношением Z=1(1R)2+(ωL-1ωC)2.

При параллельном резонансе (ω² = 1 / LC) полное сопротивление цепи принимает максимальное значение, равное активному сопротивлению резистора: Z = Z_max = R.

Фазовый сдвиг φ между током и напряжением при параллельном резонансе равен нулю.

Как определить силу электрического тока, как узнать, вычислить какой ток в схеме, цепи.

Известно, что электрический ток заряженных частиц лежит в основе работы всей электротехники. Знание его величины дает понимание о режиме работы той или иной цепи, схемы. Если для специалиста электрика, электронщика не составит особого труда определить силу тока, то для новичка это может оказаться проблемой. В этой теме давайте с вами рассмотрим, какими именно способами можно узнать, вычислить, найти электрический ток используя как непосредственные измерения так и формулы.

Основными электрическими величинами являются напряжение, ток, сопротивление, мощность. Пожалуй главной формулой электрика является формула закона Ома. Она имеет вид I=U/R (ток равен напряжение деленное на сопротивление). Данную формулу приходится использовать повсеместно. Из нее можно вывести две другие: R=U/I и U=I*R. Зная любые две величины всегда можно вычислить третью. Напомню, что при использовании формул нужно пользоваться основными единицами измерения. Для тока это амперы, для напряжения это вольты и для сопротивления это омы.

К примеру, вам нужно быстро определить силу тока, которую потребляем электрочайник. Напряжение нам известно, это 220 вольт. Берем в руки мультиметр, электронный тестер, меряем сопротивление в омах. Далее мы просто напряжение перемножаем на это сопротивление. В итоге мы получаем искомую силу тока в амперах. Хочу уточнить, что данная форума работает только для цепей с активной нагрузкой (обычные нагреватели, лампы накаливания, светодиоды и т.д.). Для реактивной нагрузки формула имеет иной вид, где уже используется такие величины как индуктивность, емкость, частота.

Силу тока можно определить и по другой формуле, которая в себе содержит напряжение и мощность. Она имеет вид: I=P/U (сила тока равна электрическая мощность деленная на напряжение). То есть, 1 ампер равен 1 ватт деленный на 1 вольт. Две других формулы, выходящие из этой, имеют такой вид: P=U*I и U=P/I. Если вам известны любые две величины из тока, напряжения и мощности, всегда можно вычислить третью.

Помимо формул силу тока можно определить и практическим путем, через обычное измерение тестером, мультиметром. Для новичков сообщаю, что силу тока нужно измерять в разрыв электрической цепи. То есть, к примеру, у нас схема, прибор, с него выходит кабель с двумя проводами питания. Берем измеритель, выставляем на нем нужный диапазон измерения. Далее, один щуп измерителя мы прикладываем к одному из проводов питания устройства, а другой щуп измерителя к одному из контактов самого электропитания. Ну, и оставшийся провод, идущий от устройства мы также подсоединяем ко второму контакту питания. После включения самого устройства на измерителе появится величина тока, которую он потребляет при своей работе.

При измерении силы тока нужно помнить, что имеет значение какой вид тока течет по цепи (переменный или постоянный). Допустим, на большинство электротехники подается переменное напряжение, следовательно и измерять на входе ток нужно переменного типа. Внутри устройств обычно стоят блоки питания, которые снижают сетевое напряжение до меньших величин и делают его постоянным. Значит ту часть электрической цепи, что стоит после выпрямляющего диодного моста (делающая из переменного тока постоянный) уже нужно измерять как постоянный ток. Если вы попытаетесь измерить силу тока не своего типа, то и показания вы получите неверные.

Напряжение измеряют по другому. Измерительные щупы уже прикладываются не в разрыв цепи, как это делается у тока, а параллельно контактам питания. И в этом случае тип напряжения имеет значение (переменное или постоянное). Так что будьте внимательны, когда выставляете тип тока (напряжения) и их предел на тестере.

P.S. Именно сила тока в электротехнике делает всю работу, что мы воспринимаем как свет, тепло, звук, движение и т.д. Для облегчения понимания, что такое ток, а что такое напряжение можно привести аналогию с обычной водой. Так вот давление в воды в водопроводе будет соответствовать примерно электрическому напряжению, а движение самой воды это будет ток.

Электрическая мощность в цепях переменного тока и реактивная мощность

В цепи постоянного тока потребляемая мощность — это просто произведение постоянного напряжения на постоянный ток, выраженное в ваттах. Однако для цепей переменного тока с реактивными составляющими нам приходится рассчитывать потребляемую мощность по-другому.

Электрическая мощность — это «скорость», с которой энергия потребляется в цепи, и поэтому все электрические и электронные компоненты и устройства имеют ограничение на количество электроэнергии, с которым они могут безопасно работать.Например, резистор на 1/4 Вт или усилитель на 20 Вт.

Электрическая мощность может изменяться во времени как величина постоянного или переменного тока. Количество мощности в цепи в любой момент времени называется мгновенной мощностью и определяется хорошо известным соотношением мощности, равной вольтам, умноженным на амперы (P = V * I). Таким образом, один ватт (который представляет собой расход энергии в один джоуль в секунду) будет равен произведению вольт-ампер, умноженного на один вольт на один ампер.

Тогда мощность, потребляемая или передаваемая элементом схемы, является произведением напряжения V на элементе и тока I, протекающего через него.Итак, если бы у нас была цепь постоянного тока с сопротивлением «R» Ом, мощность, рассеиваемая резистором в ваттах, определяется любой из следующих обобщенных формул:

Электроэнергетика

Где: В, — постоянное напряжение, I — постоянный ток, а R — значение сопротивления.

Таким образом, мощность в электрической цепи присутствует только при наличии напряжения и тока, то есть при отсутствии разомкнутой или замкнутой цепи.Рассмотрим следующий простой пример стандартной резистивной цепи постоянного тока:

Резистивная цепь постоянного тока

Электрическая мощность в цепи переменного тока

В цепи постоянного тока напряжения и токи обычно постоянны, они не меняются со временем, так как нет синусоидальной формы волны, связанной с источником питания. Однако в цепи переменного тока мгновенные значения напряжения, тока и, следовательно, мощности постоянно меняются под влиянием источника питания. Таким образом, мы не можем рассчитать мощность в цепях переменного тока так же, как в цепях постоянного тока, но мы все же можем сказать, что мощность (p) равна напряжению (v), умноженному на амперы (i).

Еще одним важным моментом является то, что цепи переменного тока содержат реактивное сопротивление, поэтому существует составляющая мощности в результате магнитных и / или электрических полей, создаваемых компонентами. В результате, в отличие от чисто резистивного компонента, эта мощность сохраняется, а затем возвращается обратно в источник, поскольку синусоидальная форма волны проходит один полный периодический цикл.

Таким образом, средняя мощность, потребляемая схемой, представляет собой сумму накопленной мощности и мощности, возвращаемой за один полный цикл.Таким образом, средняя потребляемая мощность схемы будет средним значением мгновенной мощности за один полный цикл с мгновенной мощностью, p , определяемой как умножение мгновенного напряжения, v , на мгновенный ток, i . Обратите внимание, что поскольку функция синуса является периодической и непрерывной, средняя мощность, заданная за все время, будет точно такой же, как средняя мощность, заданная за один цикл.

Предположим, что формы сигналов напряжения и тока являются синусоидальными, поэтому напомним, что:

Форма кривой синусоидального напряжения

Поскольку мгновенная мощность — это мощность в любой момент времени, тогда:

Применение тождества тригонометрического произведения к сумме:

и θ = θ _v — θ _i (разность фаз между сигналами напряжения и тока) в приведенном выше уравнении дает:

Где V и I — среднеквадратичные (среднеквадратичные) значения синусоидальных сигналов, v и i соответственно, а θ — разность фаз между двумя сигналами.Следовательно, мы можем выразить мгновенную мощность как:

Уравнение мгновенной мощности переменного тока

Это уравнение показывает нам, что мгновенная мощность переменного тока состоит из двух разных частей и, следовательно, является суммой этих двух членов. Второй член представляет собой изменяющуюся во времени синусоиду, частота которой равна удвоенной угловой частоте источника питания из-за части 2ω в члене. Однако первый член является константой, значение которой зависит только от разности фаз θ между напряжением (V) и током (I).

Поскольку мгновенная мощность постоянно изменяется в зависимости от профиля синусоиды с течением времени, это затрудняет измерения. Поэтому удобнее и проще с математической точки зрения использовать среднее или среднее значение степени. Таким образом, за фиксированное количество циклов среднее значение мгновенной мощности синусоиды дается просто как:

Где В, и I — среднеквадратичные значения синусоид, а θ (Тета) — это фазовый угол между напряжением и током.Единицы мощности — ватты (Вт).

Мощность переменного тока, рассеиваемая в цепи, также может быть определена по полному сопротивлению (Z) цепи, используя напряжение _{В, действующее значение} или ток I _{действующее значение} , протекающий по цепи, как показано.

Пример питания переменного тока №1

Значения напряжения и тока синусоидального источника питания 50 Гц представлены как: v _t = 240 sin (ωt +60 ^o ) вольт и i _t = 5 sin (ωt -10 ^o ) ампер соответственно.Найдите значения мгновенной мощности и средней мощности, потребляемой цепью.

Сверху мгновенная мощность, потребляемая цепью, определяется как:

Применение правила тригонометрической идентичности сверху дает:

Средняя мощность вычисляется как:

Вы могли заметить, что среднее значение мощности 205,2 Вт также является значением первого члена мгновенной мощности p _(t) , поскольку это первое постоянное значение члена представляет собой среднюю или среднюю скорость изменения энергии между источником и нагрузкой.

Питание переменного тока в чисто резистивной цепи

До сих пор мы видели, что в цепи постоянного тока мощность равна произведению напряжения и тока, и это соотношение также верно для чисто резистивной цепи переменного тока. Резисторы — это электрические устройства, которые потребляют энергию, а мощность в резисторе определяется как p = VI = I ² R = V ² / R. Эта сила всегда положительна.

Рассмотрим следующую чисто резистивную (то есть бесконечную емкость, C = ∞ и нулевую индуктивность, L = 0) схему с резистором, подключенным к источнику переменного тока, как показано.

Чисто резистивная цепь

Когда чистый резистор подключен к источнику синусоидального напряжения, ток, протекающий через резистор, будет изменяться пропорционально напряжению питания, то есть формы сигналов напряжения и тока «синфазны» друг с другом. Поскольку разность фаз между формой волны напряжения и формой волны тока составляет 0 ^o , фазовый угол, приводящий к cos 0 ^o , будет равен 1.

Тогда электрическая мощность, потребляемая резистором, равна:

Электрическая мощность в чистом резисторе

Поскольку формы сигнала напряжения и тока синфазны, то есть обе формы сигнала одновременно достигают своих пиковых значений и одновременно проходят через ноль, приведенное выше уравнение мощности сводится к просто: V * I.Следовательно, мощность в любой момент может быть найдена путем умножения двух сигналов, чтобы получить произведение вольт-ампер. Это называется «Реальная мощность» ( P ), измеряемая в ваттах, (Вт), киловаттах (кВт), мегаваттах (МВт) и т. Д.

Формы сигналов питания переменного тока для чистого резистора

На диаграмме показаны кривые напряжения, тока и мощности. Поскольку формы волны напряжения и тока синфазны, во время положительного полупериода, когда напряжение положительное, ток также положительный, поэтому мощность положительная, поскольку положительное значение, умноженное на положительное, равно положительному.Во время отрицательного полупериода напряжение отрицательное, так что ток, приводящий к положительной мощности, так как отрицательное значение, умноженное на отрицательное, равно положительному.

Тогда в чисто резистивной цепи электрическая мощность потребляется ВСЕ время, пока через резистор протекает ток, и определяется как: P = V * I = I ² R Вт. Обратите внимание, что как V, так и I могут быть их среднеквадратичными значениями, где: V = I * R и I = V / R

Электропитание переменного тока в чисто индуктивной цепи

В чисто индуктивной (то есть бесконечной емкости, C = ∞ и нулевом сопротивлении, R = 0) цепи L Henries формы сигналов напряжения и тока не совпадают по фазе.Всякий раз, когда изменяющееся напряжение подается на чисто индуктивную катушку, катушка создает «обратную» ЭДС из-за ее самоиндукции. Эта самоиндукция препятствует и ограничивает любые изменения тока, протекающего в катушке.

Эффект этой обратной ЭДС состоит в том, что ток не может сразу увеличиваться через катушку в фазе с приложенным напряжением, в результате чего форма волны тока достигает своего пикового или максимального значения через некоторое время после напряжения. В результате в чисто индуктивной цепи ток всегда «отстает» (ELI) от напряжения на 90 ^o (π / 2), как показано.

Чисто индуктивная схема

Кривые выше показывают нам мгновенное напряжение и мгновенный ток на чисто индуктивной катушке как функцию времени. Максимальный ток I _max возникает в течение одной полной четверти цикла (90 ^o ) после максимального (пикового) значения напряжения. Здесь ток показан с его отрицательным максимальным значением в начале цикла напряжения и проходит через ноль, увеличиваясь до своего положительного максимального значения, когда форма волны напряжения имеет максимальное значение при 90 ^o .

Таким образом, поскольку формы сигналов напряжения и тока больше не нарастают и не падают вместе, а вместо этого в катушке вводится фазовый сдвиг на 90 ^o (π / 2), тогда формы сигналов напряжения и тока «не совпадают по фазе». ”Друг с другом, так как напряжение опережает ток на 90 ^o . Поскольку разность фаз между формой волны напряжения и формой волны тока составляет 90 ^o , то фазовый угол, в результате чего получается cos 90 ^o = 0.

Следовательно, электрическая мощность, запасаемая чистым индуктором Q _L , определяется по формуле:

Реальная мощность в чистом индукторе

Очевидно, что чистый индуктор не потребляет и не рассеивает никакой реальной или истинной мощности, но поскольку у нас есть как напряжение, так и ток, использование cos (θ) в выражении: P = V * I * cos (θ) для чистого индуктор больше не действует.Произведение тока и напряжения в этом случае представляет собой воображаемую мощность, обычно называемую «реактивной мощностью» ( Q ), измеряемую в реактивных вольт-амперах (VAr), реактивных киловольтамперах (KVAr) и т. Д.

Вольт-ампер, реактивный, VAr не следует путать с ваттами (Вт), которые используются для определения реальной мощности. VAr представляет собой произведение вольт и ампер, которые не совпадают по фазе друг с другом на 90, ^— . Для математического определения средней реактивной мощности используется синусоидальная функция.Тогда уравнение для средней реактивной мощности в катушке индуктивности принимает следующий вид:

Реактивная мощность в чистом индукторе

Как и активная мощность (P), реактивная мощность (Q) также зависит от напряжения и тока, а также от фазового угла между ними. Следовательно, это произведение приложенного напряжения и составляющей части тока, которое на 90, ^— не совпадает по фазе с напряжением, как показано.

Формы сигналов питания переменного тока для чистого индуктора

В положительной половине формы волны напряжения между углом 0 ^o и 90 ^o , ток катушки индуктивности отрицательный, а напряжение питания положительное.Следовательно, произведение вольт и ампер дает отрицательную мощность, так как отрицательное значение, умноженное на положительное, равняется отрицательному. Между 90 ^o и 180 ^o формы сигналов как тока, так и напряжения имеют положительное значение, что приводит к положительной мощности. Эта положительная мощность указывает на то, что катушка потребляет электроэнергию от источника питания.

В отрицательной половине формы волны напряжения между 180 ^o и 270 ^o есть отрицательное напряжение и положительный ток, указывающие на отрицательную мощность.Эта отрицательная мощность указывает на то, что катушка возвращает накопленную электрическую энергию обратно в источник. Между 270 ^o и 360 ^o как ток индуктивности, так и напряжение питания являются отрицательными, что приводит к периоду положительной мощности.

Затем в течение одного полного цикла формы волны напряжения у нас есть два идентичных положительных и отрицательных импульса мощности, среднее значение которых равно нулю, поэтому реальная мощность не расходуется, поскольку мощность попеременно течет к источнику и от источника.Это означает, что общая мощность, потребляемая чистым индуктором за один полный цикл, равна нулю, поэтому реактивная мощность индуктора не выполняет никакой реальной работы.

Питание переменного тока в чисто емкостной цепи

Чисто емкостная (то есть с нулевой индуктивностью, L = 0 и бесконечным сопротивлением, R = ∞) цепь C Фарад имеет свойство задерживать изменения напряжения на ней. Конденсаторы хранят электрическую энергию в виде электрического поля внутри диэлектрика, поэтому чистый конденсатор не рассеивает энергию, а вместо этого накапливает ее.

В чисто емкостной схеме напряжение не может увеличиваться синфазно с током, так как сначала необходимо «зарядить» пластины конденсатора. Это приводит к тому, что форма волны напряжения достигает своего пикового или максимального значения через некоторое время после тока. В результате в чисто емкостной цепи ток всегда «опережает» (ICE) напряжение на 90 ^o (ω / 2), как показано.

Чисто емкостная цепь

Форма волны показывает напряжение и ток на чистом конденсаторе как функцию времени.Максимальный ток Im возникает за одну полную четверть цикла (90 ^o ) до максимального (пикового) значения напряжения. Здесь ток показан с его положительным максимальным значением в начале цикла напряжения и проходит через ноль, уменьшаясь до своего отрицательного максимального значения, когда форма волны напряжения имеет максимальное значение при 90 ^o . Противоположный фазовый сдвиг в чисто индуктивную цепь.

Таким образом, для чисто емкостной схемы фазовый угол θ = -90 ^o и уравнение для средней реактивной мощности в конденсаторе принимает следующий вид:

Реактивная мощность в чистом конденсаторе

Где –V * I * sin (θ) — отрицательная синусоида.Также обозначение емкостной реактивной мощности — Q _C с той же единицей измерения, реактивная вольт-амперная мощность (ВАР), что и у катушки индуктивности. Тогда мы можем видеть, что, как и чисто индуктивная цепь выше, чистый конденсатор не потребляет и не рассеивает никакой реальной или истинной мощности, стр.

Формы сигналов питания переменного тока для чистого конденсатора

В положительной половине формы волны напряжения между углом 0 ^o и 90 ^o форма волны как тока, так и напряжения имеет положительное значение, что приводит к потреблению положительной мощности.Между 90 ^o и 180 ^o ток конденсатора отрицательный, а напряжение питания остается положительным. Следовательно, произведение вольт-ампер дает отрицательную мощность, так как отрицательное значение, умноженное на положительное, равно отрицательному. Эта отрицательная мощность указывает на то, что катушка возвращает накопленную электрическую энергию обратно в источник.

В отрицательной половине формы волны напряжения между 180 ^o и 270 ^o , как ток конденсаторов, так и напряжение питания имеют отрицательное значение, что приводит к периоду положительной мощности.Этот период положительной мощности указывает на то, что катушка потребляет электрическую энергию из источника. Между 270 ^o и 360 ^o есть отрицательное напряжение и положительный ток, снова указывающие на отрицательную мощность.

Тогда в течение одного полного цикла формы волны напряжения существует та же ситуация, что и для чисто индуктивной цепи, в которой мы имеем два идентичных положительных и отрицательных импульса мощности, среднее значение которых равно нулю. Таким образом, мощность, передаваемая от источника к конденсатору, в точности равна мощности, возвращаемой к источнику конденсатором, поэтому реальная мощность не используется, поскольку мощность попеременно течет к источнику и от источника.Это означает, что общая мощность, потребляемая чистым конденсатором за один полный цикл, равна нулю, поэтому реактивная мощность конденсатора не выполняет никакой реальной работы.

Электроэнергетический пример №2

Катушка соленоида с сопротивлением 30 Ом и индуктивностью 200 мГн подключена к источнику переменного тока 230 В, 50 Гц. Рассчитайте: (а) импеданс соленоидов, (б) ток, потребляемый соленоидом, (в) фазовый угол между током и приложенным напряжением, и (г) среднюю мощность, потребляемую соленоидом.

Приведены данные: R = 30 Ом, L = 200 мГн, V = 230 В и ƒ = 50 Гц.

(a) Импеданс (Z) катушки соленоида:

(b) Ток (I), потребляемый катушкой соленоида:

(в) Фазовый угол θ:

(d) Средняя мощность переменного тока, потребляемая катушкой соленоида:

Сводка по электрической мощности переменного тока

Здесь мы видели, что в цепях переменного тока напряжение и ток, протекающие в чисто пассивной цепи, обычно не совпадают по фазе и, как результат, их нельзя использовать для выполнения какой-либо реальной работы.Мы также видели, что в цепи постоянного тока (DC) электрическая мощность равна напряжению, умноженному на ток, или P = V * I, но мы не можем рассчитать ее таким же образом, как для цепей переменного тока, поскольку нам нужно учитывать любую разность фаз.

В чисто резистивной цепи ток и напряжение синфазны, и вся электрическая мощность потребляется сопротивлением, обычно в виде тепла. В результате никакая электрическая энергия не возвращается обратно к источнику питания или цепи.

Однако в чисто индуктивной или чисто емкостной цепи, которая содержит реактивное сопротивление, (X) ток будет опережать или отставать от напряжения точно на 90 ^o (фазовый угол), поэтому энергия сохраняется и возвращается обратно к источнику. Таким образом, средняя мощность, рассчитанная за один полный периодический цикл, будет равна нулю.

Электрическая мощность, потребляемая сопротивлением (R), называется истинной или реальной мощностью и получается простым умножением среднеквадратичного напряжения на действующий ток.Мощность, накопленная реактивным сопротивлением (X), называется реактивной мощностью и получается путем умножения напряжения, тока и синуса фазового угла между ними.

Символ для фазового угла — θ (Theta), который представляет неэффективность цепи переменного тока по отношению к общему реактивному сопротивлению (Z), препятствующему прохождению тока в цепи.

Расчет мощности переменного тока — Видео и стенограмма урока

Power Equations

Но этот урок называется «Мощность переменного тока», так как же нам рассчитать мощность, используемую цепью переменного тока? Как обсуждалось в другом видеоуроке, мощность — это энергия, используемая в секунду, измеряемая в ваттах (или джоулях в секунду).А в схеме его можно вычислить, умножив ток на напряжение. Мы можем сделать то же самое для цепи переменного тока; мы просто используем среднеквадратичное значение тока и среднеквадратичное напряжение. Итак, ниже представлено наше основное уравнение для мощности в цепи переменного тока: действующее значение напряжения, измеренное в вольтах, умноженное на действующее значение тока, измеренное в амперах.

Но что, если вы не знаете действующее значение напряжения или тока? Что, если вместо этого вы знаете пиковое напряжение V-ноль и пиковое значение тока I-ноль? Что ж, тогда нам нужно будет использовать предыдущие уравнения для среднеквадратичного напряжения и действующего тока.Но чтобы избежать использования более одного уравнения, мы можем подставить эти уравнения в уравнение мощности, например:

Это упрощает представление о том, что мощность, используемая в цепи переменного тока, равна пиковому току, умноженному на пиковое напряжение, деленному на два.

Пример расчета

Хорошо, давайте попробуем пример! Вы проводите испытания энергосберегающей лампочки.Вы обнаружите, что максимальное напряжение, которое он когда-либо использует, составляет 240 вольт, а максимальный ток, который проходит через него, составляет 0,12 ампер. Для обычной лампочки вы просматриваете некоторые значения и обнаруживаете, что среднеквадратичное напряжение составляет 120 вольт, а среднеквадратичный ток — 0,5 ампер. Какая разница в мощности, используемой двумя лампочками?

Хорошо, нам нужно выяснить, сколько энергии потребляет каждая лампочка, а затем сравнить их. Для первого нам даны максимальные значения, а для второго — среднеквадратичные значения.Итак, нам нужно использовать разные уравнения для каждого, а затем сравнить два значения мощности.

Что касается энергосберегающей лампочки, мы знаем, что V-ноль составляет 240 вольт, а I-ноль — 0,12 ампер. Итак, мы можем вычислить мощность, используя это уравнение: (240 * 0,12) / 2 = 14,4 Вт.

Для обычной лампочки известно, что среднеквадратичное напряжение составляет 120 вольт, а среднеквадратичное значение — 0,5 ампер. Итак, все, что нам нужно сделать здесь, это использовать это уравнение и умножить два вместе: 120 * 0,5 = 60 Вт.

Наконец, чтобы найти разницу между ними, вычтите меньшее число из большего: 60 — 14.4 = 45,6 Вт. Таким образом, разница в потребляемой мощности между двумя лампочками составляет 45,6 Вт. И все — готово!

Краткое содержание урока

Почти все электрические устройства, которые мы используем в повседневной жизни, питаются от переменного тока. Переменный ток (или переменный ток) — это когда ток очень быстро переключает направление, а не течет только в одном направлении по цепи — в одну сторону, а затем в противоположную, снова и снова. Это создает ток, который изменяется синусоидально, что означает, что он изменяется в форме синусоидальной кривой, например, этой:

Поскольку ток переключается, изменяется напряжение и потребляемая мощность.Все они следуют синусоиде. Из-за этого мы склонны выражать ток и напряжение как специальные средние значения, которые называются среднеквадратичное значение (или среднеквадратичное значение ). Цепь переменного тока будет иметь среднеквадратичный ток и среднеквадратичное напряжение, и эти значения определяются следующими уравнениями, где V-ноль — пиковое или максимальное напряжение, а I-ноль — пиковый или максимальный ток. Это вершины и основания синусоиды.

Как обсуждалось в другом уроке, мощность — это энергия, используемая в секунду, измеряемая в ваттах (или джоулях в секунду).В цепи переменного тока есть два основных уравнения, которые вы можете использовать для расчета мощности: верхнее уравнение, в котором вы умножаете среднеквадратичное напряжение на среднеквадратичное значение тока; или нижний, где вы умножаете пиковое напряжение на пиковый ток, а затем делите на два. Основываясь на том, что вам задают в вопросе, вы можете выяснить, какое из двух уравнений использовать.

Результаты обучения

По завершении этого урока вы должны уметь:

• определять переменный ток (AC), среднеквадратичное значение и мощность
• Определите синусоидальную кривую переменного тока, напряжения и мощности
• Объясните, как использовать два основных уравнения для расчета мощности в цепи переменного тока.

Что такое формула максимальной средней передачи мощности в цепях переменного тока — Wira Electrical

Мы решили проблему максимального увеличения мощности, передаваемой резистивной сетью питания на нагрузку R _L .Теперь поговорим о том, что такое максимальная средняя передача мощности.

Представляя схему в эквивалентной схеме Тевенина, мы доказали, что максимальная мощность будет передаваться на нагрузку, если сопротивление нагрузки равно сопротивлению Тевенина R _L = R _Th .

Теперь мы распространяем этот результат на цепь переменного тока. Обязательно сначала прочтите, что такое цепь переменного тока.

Максимальная средняя передаваемая мощность

Рассмотрим схему на рисунке (1), где цепь переменного тока подключена к нагрузке Z _L и представлена ​​ее эквивалентом Тевенина.

Нагрузка обычно представлена ​​импедансом, который может моделировать электродвигатель, антенна и т. д.

В прямоугольной форме сопротивление Thevenin Z _Th и сопротивление нагрузки Z _L составляют

Ток через нагрузку составляет

Средняя мощность, передаваемая на нагрузку, составляет

Наша цель — настроить параметры нагрузки R _L и X _L так, чтобы P было максимальным.

Для этого мы устанавливаем ∂P / ∂R _L и ∂P / ∂X _L равными нулю. Из уравнения (3) получаем

и установка ∂P / ∂R _L на нулевые результаты

Комбинирование уравнений.(5) и (6) приводят к выводу, что для максимальной средней передачи мощности необходимо выбрать Z _L так, чтобы X _L = -X _Th и R _L = R _Th , т.е.

Для максимальной средней передачи мощности импеданс нагрузки Z _L должен быть равен комплексному сопряжению импеданса Thevenin Z _Th .

Этот результат известен как теорема о максимальной средней передаче мощности для синусоидального установившегося состояния. Установка R _L = R _Th и X _L = -X _Th в уравнении (3) дает нам максимальную среднюю мощность как

В ситуации, когда нагрузка является чисто реальной, условие для передачи максимальной мощности получается из уравнения (6) путем установки X _L = 0; то есть

Это означает, что для передачи максимальной средней мощности на чисто резистивную нагрузку полное сопротивление (или сопротивление) нагрузки равно величине импеданса Тевенина. .

Примеры максимальной средней передачи мощности

Для лучшего понимания давайте рассмотрим примеры ниже:

1. Определите полное сопротивление нагрузки Z _L , которое максимизирует среднюю мощность, потребляемую из схемы на рисунке. ( 2). Какая максимальная средняя мощность?

Решение:

Сначала мы получаем эквивалент Thevenin на клеммах нагрузки.Чтобы получить Z _Th , рассмотрите схему, показанную на рисунке. (3a). Мы находим

Чтобы найти В _Th , рассмотрим схему на рисунке. (3b) . По делению напряжения

Полное сопротивление нагрузки потребляет максимальную мощность от цепи, когда

Согласно уравнению (8) максимальная средняя мощность составляет

2.В схеме на рисунке (4) найдите значение R _L , которое будет поглощать максимальную среднюю мощность. Вычислите эту мощность.

Решение:

Сначала мы найдем эквивалент Thevenin на клеммах R _L .

По делению напряжения,

Значение R _L , которое будет поглощать максимальную среднюю мощность, составляет

Ток через нагрузку составляет

Максимальная средняя мощность, потребляемая R _L , составляет

Формула усиления усилителя, введение и коэффициенты усиления постоянного и переменного тока

Поскольку усилители обладают способностью увеличивать величину входного сигнала, полезно иметь возможность оценивать усилительную способность усилителя с точки зрения отношения выход / вход.Технический термин для отношения выходных / входных величин усилителя — , усиление . Как соотношение равных единиц (выходная мощность / входная мощность, выходное напряжение / входное напряжение или выходной ток / входной ток), коэффициент усиления, естественно, является безразмерным измерением. Математически выигрыш обозначается заглавной буквой «А».

Например, если усилитель принимает сигнал переменного напряжения, измеряющий 2 вольта RMS, и выдает переменное напряжение 30 вольт RMS, он имеет коэффициент усиления переменного напряжения 30, деленный на 2, или 15:

Соответственно, если мы знаем коэффициент усиления усилителя и величину входного сигнала, мы можем вычислить величину выходного сигнала.Например, если на усилитель с коэффициентом усиления по переменному току 3,5 подается входной сигнал переменного тока 28 мА (среднеквадратичное значение), на выходе будет 3,5 раза больше 28 мА, или 98 мА:

В последних двух примерах я определенно определил усиление и амплитуду сигнала в терминах «переменного тока». Это было сделано намеренно и иллюстрирует важную концепцию: электронные усилители часто по-разному реагируют на входные сигналы переменного и постоянного тока и могут усиливать их в разной степени. Другими словами, усилители часто усиливают изменений или вариаций амплитуды входного сигнала (AC) в другом соотношении, чем устойчивых амплитуд входного сигнала (DC).Конкретные причины этого слишком сложны для объяснения в настоящее время, но стоит упомянуть сам факт. Если необходимо выполнить расчеты усиления, сначала необходимо понять, с какими типами сигналов и коэффициентов усиления идет речь, переменным или постоянным током.

Коэффициент усиления электрического усилителя может быть выражен через напряжение, ток и / или мощность как в переменном, так и в постоянном токе. Краткое изложение определений усиления выглядит следующим образом. Треугольный символ «дельта» (Δ) представляет изменение в математике, поэтому «ΔV _выход / ΔV _вход » означает «изменение выходного напряжения, деленное на изменение входного напряжения» или, проще говоря, «переменный ток. выходное напряжение, деленное на входное напряжение переменного тока »:

Если каскадно подключено несколько усилителей, их соответствующие коэффициенты усиления образуют общий коэффициент усиления, равный произведению (умножению) отдельных коэффициентов усиления.(Рисунок ниже) Если сигнал 1 В был подан на вход усилителя с коэффициентом усиления 3 на рисунке ниже, сигнал 3 В с первого усилителя будет дополнительно усилен коэффициентом усиления 5 на втором этапе, что даст 15 В на окончательный результат.

Статья извлечена из Урока Тони Купхальда по электрическим схемам, том III, Полупроводники на условиях лицензии на научный дизайн.

воздухообменов в час (формула на основе куб. Фут / мин + примеры)

ACH или A ir C hanges P er H наш — это показатель, который показывает нам, сколько раз устройство HVAC может заполнить воздухом весь объем помещения. Это особенно полезно при сравнении различных очистителей воздуха или кондиционеров.

Пример: Рассмотрим очиститель воздуха с расходом воздуха 250 куб. Футов в минуту. Мы поместили его в комнату площадью 200 кв. Футов с потолком стандартной высоты (8 футов).Сколько воздухообменов в час производит установка?

Расчет: 250 кубических футов в минуту — 250 кубических футов в минуту. За один час (60 минут) мы получаем 60 * 250 = 15 000 кубических футов в час. Общий объем комнаты составляет 200 квадратных футов * 8 футов = 1600 кубических футов. Такой воздухоочиститель способен изменить весь объемный воздух в помещении 15 000 / 1,600 = 9 375 раз.

Ответ: ACH = 9,375

Вот удобный калькулятор воздухообмена в час, которым вы можете свободно пользоваться.Просто укажите площадь, высоту потолка и CFM рассматриваемого устройства HVAC, и вы сможете рассчитать ACH:

Калькулятор ACH

(рассчитайте ACH самостоятельно)

Формула расчета воздухообмена в час на основе CFM достаточно проста. Практически каждый может рассчитать это с помощью цифрового калькулятора. Все, что вам нужно знать, это площадь помещения, высота и CFM.

Это формула для ACH (воздухообмена в час):

ACH = CFM x 60 / (Площадь x Высота)

, где «Area» — это площадь помещения, в котором вы собираетесь установить устройство HVAC, а «Height» — это высота потолка.

Формула: «сколько кубических футов воздуха может обеспечить блок HVAC каждый час», деленное на объем помещения.

Мы всегда получаем CFM, но это объем воздуха в минуту . Чтобы рассчитать воздухообмен в час , мы должны перевести это в часы. Следовательно, умножение на 60 в приведенном выше уравнении.

Объем комнаты рассчитывается как длина * ширина * высота . Умножив длину комнаты на ее ширину, мы получим площадь поверхности («Площадь»).Чтобы получить объем, нам нужно умножить площадь на высоту.

Сколько производителей очистителей воздуха ACH используют

Расчет рекомендуемой зоны охвата в технических характеристиках очистителя воздуха основан на рейтинге CADR, максимальном расходе воздуха и ACH.

По сути, для расчета рекомендуемой зоны охвата разные компании по очистке воздуха используют 1-5 воздухообменов в час. Те, которые используют 5 ACH, очень тщательно удаляют из воздуха загрязнители, превышающие рекомендуемый размер комнаты, используя на 2 ACH меньше.

Вот список того, сколько ACH различных производителей воздухоочистителей обычно используют для расчета рекомендуемой зоны охвата:

• Alen BreatheSmart использует 2 ACH. Пример: Alen BreatheSmart 75i — очиститель воздуха №1 — имеет рекомендуемую зону охвата 1300 кв. Футов. Его максимальный воздушный поток составляет 350 кубических футов в минуту. При 5 ACH рекомендуемая зона покрытия составляет 520 кв. Футов.
• Зона действия очистителей воздуха Coway основана на 2 или 5 кондиционерах. Пример: Big Airmega 400 имеет зону покрытия 1560 кв. Футов с рейтингом 350 CADR (2 ACH).Высокопроизводительный Coway AP-1512HH имеет зону покрытия 361 кв. Футов с рейтингом 246 CADR (5 ACH).
• Molekule имеет рекомендованную зону покрытия, но не предоставляет данных по ACH, CADR или максимальному расходу воздуха. Например, Molekule Air имеет зону покрытия 600 кв. Футов, но невозможно определить, сколько воздухообменов он производит в час.
• Honeywell использует 5 ACH. Пример: Honeywell HPA300 имеет зону покрытия 465 кв. Футов с рейтингом 300 CADR (5 ACH).
• Воздухоочистители Levoit интересны; они используют 3.33 ACH с их лучшей моделью. Пример: Levoit LV-h235 имеет зону покрытия 463 кв.м и рейтинг CADR 360. Воздух меняют каждые 18 минут; Таким образом, установка Levoit производит 3,33 воздухообмена в час.
• Okaysou использует 3 воздухообмена в час. Пример: их самый популярный очиститель воздуха Okaysou AirMax8L имеет площадь покрытия 500 кв. Футов с рейтингом 210 CADR (3 ACH).
• Дайсон очень стесняется раскрывать размеры комнаты. Вот почему невозможно рассчитать ACH для любого очистителя воздуха Dyson.

Из всех устройств HVAC очистители воздуха уникальны в том, что касается ACH, потому что их работа наиболее точно соответствует спецификации ACH. По сути, ACH — второй по величине определяющий фактор, который указывает, насколько хорошо очистители воздуха очищают воздух.

Важно понимать, что расчет ACH торжественно основан на расходе воздуха . Это не показатель того, насколько хорошо работает система фильтрации очистителя воздуха; он не измеряет эффективность фильтров HEPA, фильтров с активированным углем или даже фильтров генератора озона.Например, высокий ACH не снижает напрямую вероятность роста плесени (осмотр и тестирование плесени могут подтвердить это).

Существует еще одна более точная спецификация, действующая для очистителей воздуха, которая измеряет эффективность системы фильтрации; рейтинг CADR. Рейтинг CADR пропорционален как ACH, так и различным фильтрам, которые может использовать очиститель воздуха. По этой причине расчет ACH и последующий расчет CADR наиболее подходят для очистителей воздуха.

Чтобы рассчитать размер комнаты на основе расхода воздуха (в кубических футах в минуту), вы должны использовать калькулятор кубометров в минуту.

Если у вас есть какие-либо вопросы относительно расчета воздухообмена в час, вы можете задать их нам в комментариях ниже.

БТЕ для кондиционера

Кондиционер какого размера мне нужен?

Размер имеет значение. Особенно при выборе правильного размера БТЕ для кондиционера. Если выбрать слишком маленькое устройство, в итоге вы можете получить комнату, которая недостаточно прохладна, или кондиционер, который перегревается. С другой стороны, слишком большой блок для пространства не удалит необходимую влагу из комнаты, заставляя ее чувствовать себя липкой и неудобной.Вот как рассчитать БТЕ, чтобы найти идеальный блок переменного тока для ваших нужд.

Что такое БТЕ?

БТЕ или британская тепловая единица — это единица измерения количества энергии, необходимой для повышения температуры одного фунта воды на один градус. Это может показаться бесполезным, когда дело доходит до кондиционирования вашего дома или офиса, но основной расчет имеет решающее значение для обеспечения комфорта.

Каждый кондиционер или обогреватель рассчитан на выработку определенного количества БТЕ. На расчет БТЕ влияет множество факторов, поэтому мы собрали набор инструментов, которые помогут определить размеры кондиционера.

График BTU для кондиционера

Приведенная ниже таблица является отличной отправной точкой для определения размеров вашего кондиционера. Эти расчеты БТЕ основаны на стандартной комнате с 8-футовыми потолками, двумя окнами и одной дверью. Если в комнате больше окон, дверей или более высоких потолков, увеличьте BTU.

Другими факторами при определении размера БТЕ может быть назначение комнаты. Кухни обычно имеют больше тепла благодаря плитам и духовкам, а комнаты с компьютерами и другой электроникой выделяют дополнительное тепло.Следовательно, в этих комнатах потребуется увеличить размер кондиционера.

БТЕ — Таблица размеров переменного тока в комнате

Хотите знать, какого размера кондиционер вам нужен? Наш калькулятор БТЕ предназначен для определения количества БТЕ, необходимого для одной комнаты. Этот расчет не будет работать для всего дома или коммерческого помещения, но идеально подходит для определения размера переменного тока вашего мини-сплит, сквозной стены, PTAC или окна.

Мы использовали наш многолетний опыт в области кондиционирования воздуха, чтобы собрать этот простой в использовании калькулятор БТЕ.Просто заполните все поля, и мы сгенерируем количество БТЕ, которое вы должны использовать. Используйте это число в качестве ориентира при выборе кондиционера того размера, который лучше всего подойдет для вашей комнаты, будь то оконный кондиционер или другой тип кондиционера для небольшой комнаты.

Все расчеты являются приблизительными, основанными на предоставленной вами информации. Опять же, этот калькулятор предназначен только для определения потребностей в отдельной комнате, а не для всего дома или коммерческого предприятия. Если вы пытаетесь определить размер блока переменного тока для многозонного мини-сплит, обязательно рассчитайте каждую комнату индивидуально, а затем сложите их вместе.

Выбор правильного размера окна переменного тока (или другого размера блока переменного тока) является приоритетом для создания комфорта в вашем доме. Кондиционер — это инвестиция, поэтому выбор подходящего с первого раза может упростить процесс покупки.

У вас более сложное пространство или вам нужна помощь с этим инструментом? Мы здесь, чтобы помочь с выбором размеров кондиционеров. Позвоните нам по телефону 877-847-0050 или свяжитесь с нами через Интернет.

RMS в сравнении со средней мощностью

ВОПРОС:

Следует ли мне использовать единицы среднеквадратичного значения мощности (СКЗ) для определения или описания мощности переменного тока, связанной с моим сигналом, системой или устройством?

Ответ:

Это зависит от того, как вы определяете среднеквадратичную мощность.

Вы не хотите рассчитывать среднеквадратичное значение сигнала мощности переменного тока. Это дает результат, не имеющий физического смысла.

Вы действительно используете среднеквадратичные значения напряжения и / или тока для расчета средней мощности, что дает значимые результаты.

Обсуждение:

Сколько мощности рассеивается при подаче синусоидального напряжения 1 В (среднеквадратичное значение) на резистор 1 Ом?

Это хорошо понятно ¹ , и здесь нет никаких противоречий.

Теперь давайте посмотрим, как это соотносится со значением из расчета среднеквадратичной мощности.

На рисунке 1 показан график синусоиды 1 В. Размах размаха составляет 1 В (среднеквадр.) × 2 √2 = 2,828 В с изменением от +1,414 В до –1,414 В. ²

На рисунке 2 представлен график мощности, рассеиваемой этой синусоидой 1 В (среднеквадратичное значение) на резисторе 1 Ом (P = V ² / R), который показывает:

• Кривая мгновенной мощности имеет смещение на 1 Вт и колеблется от 0 Вт до 2 Вт.
• Среднеквадратичное значение этого сигнала мощности составляет 1,225 Вт.
  • Одним из методов вычисления этого числа является уравнение 2 ³ :
  • Это можно проверить, используя более подробную формулу ⁴ в MATLAB ^® или Excel.
• Среднее значение этого сигнала мощности составляет 1 Вт. Это очевидно при осмотре; осциллограмма колеблется симметрично выше и ниже 1 Вт. Это же значение получается при вычислении среднего числового значения точек данных осциллограммы.
• Среднее значение мощности соответствует мощности, рассчитанной с использованием среднеквадратичного значения напряжения.

Мощность, рассеиваемая синусоидальным током 1 В (среднеквадратичное значение) на резисторе 1 Ом, составляет 1 Вт, а не 1,225 Вт. Таким образом, именно средняя мощность дает правильное значение, и, следовательно, именно средняя мощность имеет физическое значение. Среднеквадратичная мощность (как определено здесь) не имеет очевидного полезного значения (не имеет очевидного физического / электрического значения), кроме как величина, которую можно рассчитать как упражнение.

Выполнение того же анализа с использованием синусоидального тока 1 А среднеквадратичного значения через резистор 1 Ом — тривиальное упражнение.Результат тот же.

Источники питания для интегральных схем (ИС) обычно являются источниками постоянного тока, поэтому среднеквадратичная мощность не является проблемой для питания ИС. Для постоянного тока среднее и среднеквадратичное значение такие же, как и для постоянного тока. Важность использования средней мощности, в отличие от среднеквадратичной мощности, как определено в этом документе, относится к мощности, связанной с изменяющимися во времени напряжением и током, то есть шумом, радиочастотными сигналами и генераторами.

Используйте среднеквадратичное значение напряжения и / или среднеквадратичного значения тока для расчета средней мощности, что дает значимые значения мощности.

¹ Мощность, рассеиваемая напряжением на резисторе, является фундаментальным соотношением, которое легко выводится из закона Ома (V = IR) и основных определений напряжения (энергия / единица заряда) и тока (единица заряда / времени). Напряжение × ток = энергия / время = мощность

² Размах амплитуды синусоиды — это среднеквадратичное значение, умноженное на 2√2. Для синусоидального напряжения V p-p = V rms × 2√2, где V p-p — размах напряжения, а V rms — среднеквадратичное значение напряжения.Это хорошо известная связь, описанная в бесчисленных учебниках, а также здесь: en.wikipedia.org/wiki/Root_mean_square.

³ Это адаптировано из среднеквадратичного значения, рассчитанного из постоянного значения смещения постоянного тока плюс отдельное среднеквадратичное значение переменного тока, и из примечания по применению «Сделайте более точные измерения среднеквадратичного значения переменного тока с помощью цифрового мультиметра» от Keysight.