Puterea este rata transferului de energie.
Un watt (W) este un joule de energie transferat pe secundă. Un kilowatt (kW) este 1,000 W. Puterea arată cât de rapid se transferă energia la un moment dat.
Pentru DC constant, puterea electrică este P = V × I. O sarcină de 24 V care absoarbe 0.5 A primește 12 W.
Energia include timpul.
20 W × 5 h = 100 Wh = 0.1 kWh. Un kilowatt-oră este o cantitate de energie, nu o rată de consum.
La putere constantă, energie = putere × timp. Dacă puterea se schimbă, însumați energia diferitelor perioade, fără a presupune putere maximă toată ziua.
Putere AC: wați, VA și factor de putere.
La alimentare AC, tensiunea și curentul variază pe tot parcursul fiecărui ciclu. Vârfurile lor nu trebuie să coincidă. Bobinele inductive și condensatoarele pot stoca temporar energie și o pot restitui, astfel încât poate circula curent fără ca tot acesta să contribuie la transferul net de energie.
Pentru o sarcină monofazată, trei mărimi ajută la înțelegerea situației. Aici RMS (rădăcina mediei pătratelor) înseamnă o tensiune sau un curent efectiv, bazat pe efectul său termic echivalent într-un rezistor.
- Putere activă, P — wați (W)
- Rata medie a transferului net de energie electrică. Include energia transformată în energie utilă la ieșire și energia pierdută sub formă de căldură.
- Putere aparentă, S — volt-amperi (VA)
- Tensiune RMS × curent RMS. Descrie combinația de tensiune și curent pe care alimentarea și echipamentul trebuie să o suporte.
- Factor de putere, PF — fără unitate
- Putere activă ÷ putere aparentă. Pentru o sarcină consumatoare, P = S × PF.
O sarcină monofazată absoarbe 2 A RMS la 230 V RMS, cu un factor de putere de 0.80.
- Putere aparentă: 230 × 2 = 460 VA.
- Putere electrică activă de intrare: 460 × 0.80 = 368 W.
Un factor de putere de 0.80 nu înseamnă că echipamentul are randament de 80%. Randamentul compară puterea utilă la ieșire cu puterea activă la intrare. Nici 460 − 368 nu calculează wații irosiți: VA și W descriu mărimi diferite.
Pentru aceeași putere activă și aceeași tensiune, un factor de putere mai mic înseamnă un curent RMS mai mare. Acest lucru poate crește pierderile în conductoarele de alimentare. Explicația impedanței leagă acest aspect de rezistență și de stocarea energiei; lecția despre sistemele trifazate prezintă un alt tip de alimentare.
Opțional: unghi de fază, distorsiune și putere reactivă
Pentru tensiune și curent sinusoidale, PF = cos φ, unde φ este diferența lor de fază. Într-un circuit consumator, φ = 0 dă factorul de putere 1. Pentru curent distorsionat, factorul de putere reflectă și forma undei: un unghi de fază singur nu îl descrie.
Puterea reactivă, Q, se exprimă în var. Pentru cazul monofazat sinusoidal, Q = VRMSIRMS sin φ și S² = P² + Q². Ea descrie schimbul alternativ de energie asociat câmpurilor, nu o cantitate suplimentară de căldură consumată.
Punctul general de pornire pentru puterea activă este media produsului instantaneu v(t) × i(t). Este produsul valorilor din aceleași momente, nu produsul a două forme de undă mediate separat.
Puterea de intrare și puterea utilă de ieșire diferă.
Echipamentele nu transformă întreaga putere de intrare în rezultatul dorit. De exemplu, motoarele produc și căldură. Randamentul compară ieșirea utilă cu intrarea, în condiții specificate.
Plăcuța motorului indică de obicei puterea mecanică nominală de ieșire. Puterea electrică reală de intrare depinde de punctul de funcționare și pierderi; nu este automat egală cu valoarea kW înscrisă.
Consumul de energie al unui ascensor variază pe parcursul zilei.
Deplasarea, așteptarea, iluminatul și echipamentele de comandă contribuie diferit. Unele instalații pot returna energie în rețea și în regim de generator.
O comparație relevantă necesită o perioadă și condiții de funcționare definite. O putere nominală mai mică a motorului, singură, nu stabilește că ascensorul va consuma mai puțină energie.
O privire mai atentă
Pentru sarcini AC, înmulțirea tensiunii RMS cu intensitatea RMS dă puterea aparentă în volți-amperi pentru un circuit monofazat. Puterea activă în wați depinde și de factorul de putere. Nu aplicați calculul simplu DC oricărui circuit de motor.
Verificați ce ați înțeles
O sarcină constantă de 2 kW funcționează o jumătate de oră. Câtă energie consumă?
Arată explicația
1 kWh: 2 kW × 0.5 h. Utilizarea unei puteri de 2 kW timp de o oră ar consuma 2 kWh.
Lecturi suplimentare.
Lecturi opționale pentru aprofundarea acestei lecții.
- EIA: măsurarea electricității
O explicație accesibilă a waților, kilowaților și kilowaților-oră. Folosiți exemplul aparatului pentru a corela puterea nominală cu energia utilizată în timp.
- OpenStax: energie și putere electrică
Secțiunea 9.5 adaugă ecuațiile circuitului și exemple rezolvate. Folosiți-o pentru relația dintre puterea electrică, tensiune, curent și încălzirea rezistivă.
- Yokogawa: bazele măsurării puterii electrice
Citiți „Triunghiul puterilor și factorul de putere” pentru diferența dintre wați și volți-amperi, inclusiv precizarea pentru forme de undă nesinusoidale. Aceasta explică măsurarea, nu o procedură de testare sub tensiune.
- OpenStax: schimb de energie și putere medie AC
Figura 15.16 compară puterea instantanee în rezistoare, condensatoare și inductoare. Ajută la explicarea modului în care energia poate fi returnată în timpul unui ciclu; demonstrația prin integrare este opțională.