1/ Công suất của mạch điện xoay chiều
Từ khái niệm điện năng, công suất điện của dòng điện không đổi =>
Biểu thức tính công suất điện của mạch điện xoay chiều
P = U.Icos[φ$_{u}$ – φ$_{i}$] = UIcosφ
Trong đó:
- P: công suất của mạch điện xoay chiều [W]
- U: điện áp hiệu dụng giữa hai đầu mạch điện xoay chiều [V]
- I: cường độ hiệu dụng trong mạch điện xoay chiều [A]
- cos φ: hệ số công suất của đoạn mạch xoay chiều
Hệ số công suất cosφ trong mạch điện xoay chiều được xác định bằng biểu thức
\[cos\varphi =\dfrac{U_{R}}{U}=\dfrac{R}{Z}\]
Giá trị 0 ≤ cos φ ≤ 1Khi mạch điện xoay chiều xảy ra hiện tượng cộng hưởng
=> cos φ = 1 => P$_{max}$ = UI = I2R = \[\dfrac{U^{2}}{R}\]
Một nhà máy công nghiệp cần được cung cấp điện năng để chạy các động cơ, máy móc sản xuất. Khi vận hành ổn định, công suất trung bình được giữ không thay đổi. Trong các động cơ điện của nhà máy bao giờ cũng có các cuộn dây, do đó cường độ i nói chung lệch pha so với điện áp u. Công suất tiêu thụ trung bình của các thiết bị điện trong nhà máy được xác định bởi công thức P = UI.cosφ [cosφ >0].Điện được dẫn từ nhà máy phát điện qua các đường dây tải điện.
Nếu r là điện trở của dây tải điện thì công suất hao phí trên đường dây tải điện là:
\[P_{hp}=I^{2}r=\dfrac{P^{2}}{U^{2}cos^{2}\varphi }r\]
Trong đó:
P$_{hp}$: là công suất hao phí => sinh ra năng lượng hao phí trong mạch
P: công suất điện [công suất thực của các thiết bị tiêu thụ điện trong mạch]
r: điện trở của dây dẫn
φ là độ lệch pha giữa điện áp của mạch điện xoay chiều và cường độ dòng điện trong mạch xoay chiều, khi điện trở R của các thiết bị điện trong mạch không đổi => giá trị của φ phụ thuộc lớn vào |Z$_{L}$ - Z$_{C}$|. Muốn tăng φ thì |Z$_{L}$ - Z$_{C}$| đạt giá trị càng nhỏ càng tốt điều đó đồng nghĩa với việc bất kỳ thiết bị sử dụng điện xoay chiều có cuộn cảm L thì phải sử dụng tụ điện có điện dung C lớn => giá thành của các thiết bị tiêu thụ điện của nhà máy sản xuất tăng lên => thiệt hại cho các nhà máy sản xuất sử dụng điện xoay chiều. Để dung hòa vấn đề hao phí từ phía nhà máy bán điện và cơ sở sản xuất, nhà nước yêu cầu hệ số công suất tối thiểu phải bằng 0,85.
3/ Điện năng tiêu thụ của mạch điện xoay chiều
Điện năng tiêu thụ, năng lượng điện tiêu thụ của mạch điện xoay chiều tương tự như của mạch điện có dòng điện không đổi được xác định bằng biểu thức
W = P.t
Trong đó:
- W: điện năng tiêu thụ [công của mạch điện] [J]
- P: công suất mạch điện [W]
- t: thời gian sử dụng điện [s]
Công tơ điện dùng để đo điện năng tiêu thụ
1 số điện = 1kWh = 1000[W].3600[s] = 3 600 000 [J]Xem thêm:
Tổng hợp lý thuyết, bài tập vật lớp 12 chương dòng điện xoay chiều
nguồn: vật lí phổ thông ôn thi quốc gia
CÔNG SUẤT ĐIỆN TIÊU THỤ CỦA MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU. HỆ SỐ CÔNG SUẤT
I. Công suất của mạch điện xoay chiều
1. Công suất
Xét một đoạn mạch xoay chiều mà điện áp lệch pha \[\varphi\] so với dòng điện.
Giả sử: \[i=I_0\cos\left[\omega t\right]\] \[\Rightarrow\] \[u=U_0\cos\left[\omega t+\varphi\right]\]
Công suất tức thời của mạch:
\[p=u.i=U_0\cos\left[\omega t+\varphi\right].I_0\cos\left[\omega t\right]\]\[=U_0I_0\cos\left[\omega t+\varphi\right].\cos\left[\omega t\right]\]\[=\frac{U_0I_0}{2}\left[\cos\left[2\omega t+\varphi\right]+\cos\varphi\right]\][1]
Công suất của mạch được định nghĩa là công suất tỏa nhiệt trung bình của mạch đó:
\[ \boxed{P = UI.\cos\varphi}\] [2]
\[\cos\varphi\] được gọi là hệ số công suất.
Hệ quả:
- Từ giản đồ véc tơ ta có \[\cos\varphi=\frac{R}{Z}\], thay vào [2] ta được: \[P=U.I.\frac{R}{Z}=\frac{U}{Z}.I.R=I.I.R\]\[\Rightarrow \boxed{P=I^2R}\]
- Có: \[I=\frac{U}{Z}=\frac{U\cos\varphi}{R}\], thay vào [2] ta được: \[\Rightarrow \boxed{P=\frac{U^2}{R}\cos^2{\varphi}}\]
2. Điện năng tiêu thụ
Ở lớp 11 ta biết điện năng tiêu thụ của một đoạn mạch: \[Q=P.t\]
Đơn vị:
- Nếu [\[P\]] = W [oát], [\[t\]] = s [giây] thì [\[Q\]] = J [jun]
- Nếu [\[P\]] = kW, [\[t\]] = h [giờ] thì [\[Q\]] = kWh [kilô oát giờ]
- 1 kWh = 1 số điện = 1000W. 3600s = 3,6.106 [J]
II. Hệ số công suất
1. Biểu thức của hệ số công suất
\[cos\varphi\] được gọi là hệ số công suất của mạch.
\[0\le cos\varphi\le1.\]
2. Tầm quan trọng của hệ số công suất
Hệ số công suất ảnh hưởng đến công suất hao phí trên đường dây tải điện do:
\[P_{hp}=rI^2=r\frac{P^2}{U^2}\frac{1}{cos^2\varphi}\]
Nếu hệ số công suất \[cos\varphi\] nhỏ thì công suất hao phí trên dây sẽ lớn, do đó cơ sở tiêu thụ điện năng phải bố trí các mạch điện sao cho hệ số công suất \[cos\varphi\] lớn.
3. Tính hệ số công suất của mạch điện RLC nối tiếp
Giả sử điện áp hai đầu đoạn mạch là: \[u=U\sqrt{2}cos\left[\omega t+\varphi\right]\]
Cường độ dòng điện tức thời trong mạch cho bởi: \[i=I\sqrt{2}cos\left[\omega t+\varphi\right]\]
Suy ra:
\[cos\varphi=\frac{U_R}{U}=\frac{R}{Z}\]
Công suất trung bình tiêu thụ trong một mạch điện xoay chiều bất kì được tính bởi:
\[P=UIcos\varphi=RI^2\]
Công suất tiêu thụ trong mạch điện có \[R,L,C\] mắc nối tiếp bằng công suất tỏa nhiệt trên \[R\].
Tìm hiểu kỹ về công suất tiêu thụ của thiết bị điện sẽ giúp bạn có hiểu biết hơn để tính toán sử dụng điện hợp lý. Vậy tính công suất tiêu thụ bằng cách nào? Maydochuyendung.com sẽ hướng dẫn bạn cách tính công suất tiêu thụ chi tiết của dòng điện, mạch điện.
Công suât tiêu thụ là gì?
Công suất tiêu thị được biết là một đại lượng biểu trưng cho tốc độ tiêu thụ điện năng của mạch điện. Công suất tiêu thụ được ký hiệu P.
Theo đó, công suất tiêu thụ trung bình của đoạn mạch sẽ được tính bằng trị số điện năng mà đoạn mạch tiêu thụ trên một đơn vị thời gian nhất định. Ngoài ra, công suất tiêu thụ điện năng còn được tính bằng tích giữa hiệu điện thế của 2 đầu đoạnh mạch nhất định khi có cường độ dòng điện đi qua.
Công suất tiêu thụ điện năng hiểu trưng cho tốc độ tiêu thụ điện năng của các thiết bị điện
Khi tính công suất tiêu thụ điện năng, bạn sẽ cần nắm được tính công suất tiêu thụ của thiết bị điện, mạch điện, công suất tiêu thụ của dòng điện hay điện 3 pha. Đối với từng trường hợp khác nhau bạn sẽ áp dụng công thức tính khác nhau để có được kết quả chính xác.
Xem thêm: Công suất tiêu thụ của điều hòa, điều hòa inverter là bao nhiêu
Cách tính công suất tiêu thụ điện năng
Dưới đây là hướng dẫn cách tính công suất tiêu thụ của mạch điện, dòng điện và điện 3 pha. Từ đó, bạn có thể tự tính được mức điện tiêu thụ trong từng yếu tố.
Cách tính công suất tiêu thụ của các thiết bị điện
Công suất tiêu thụ điện năng của đoạn mạch được tính bằng trị số điện năng được tiêu thụ trong một thời gian nhất định.
Sơ đồ tính công suất tiêu thụ của các thiết bị điện
Công thức tính:
P= A/t =U.I
Trong đó:
- P là công suất tiêu thụ, đơn vị: W
- A điện năng tiêu thụ, đơn vị: J
- T là thời gian sử dụng điện, ký hiệu:t
- U là hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch, đơn vị: V
- I là cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch.
Ta có: Cách quy đổi sang W
- 1KW = 1000W
- 1MW = 1.000.000W
Từ việc tính công suất tiêu điện năng, bạn có thể tính năng được các thiết bị điện tiêu thụ điện năng là bao nhiêu. Qua đó, bạn sẽ dễ dàng chọn được các thiết bị điện phù hợp với nhu cầu sử dụng điện của gia đình giúp tiết kiệm được chi phí tối ưu nhất. Bên cạnh đó, các xưởng sản xuất, nhà máy sẽ có được cách sử dụng hợp lý.
Để xác định giá trị của hiệu điện thế hay cường độ dòng điện, bạn có thể sử dụng đồng hồ đo ampe hoặc đồng hồ đo điện vạn năng để đo chính xác. Sử dụng đồng hồ đo điện dễ thực hiện cũng như đo nhanh chóng.
Công thức tính công suất của dòng điện
Tính công suất tiêu thụ của dòng điện sẽ giúp bạn nắm được mức điện năng tiêu thụ của các thiết bị điện khác nhau. Trong trường hợp
P = U.Icos[φu– φi] = UIcosφ
Trong đó:
- P là công suất của mạch điện xoay chiều, đơn vị: W
- U là điện áp hiệu dụng giữa hai đầu của mạch điện xoay chiều, đơn vị: V
- I là cường độ hiệu dụng giữa hai đầu mạch điện xoay chiều: V
- cos φ: hệ số công suất của đoạn mạch xoay chiều.
Việc tính công suất điện năng tiêu thụ của mạch điện xoay chiều sẽ được tính giống với mạch điện của dòng điện không đổi: W = P.t. Hiện nay, để đo được điện năng tiêu thụ của các thiết bị điện trong hệ thống sẽ cần dùng công tơ điện. Khi đó, điện năng tiêu thụ sẽ được tính bằng đơn vị KWh.
Bạn có biết:1 số điện = 1 KWh = 1000[W].3600[s] = 3 600 000 [J].
Hướng dẫn cách tính công suất tiêu thụ của điện 3 pha
Điện áp 3 pha thường được sử dụng phổ biến trong sản xuất công nghiệp, nhà máy. Do vậy, khi công thức tính điện năng tiêu thụ của điện 3 pha được tính khác so với dòng đện và mạch điện.
Tính công suất tiêu thụ của điện 3 pha
Nguyên nhấn chính là các thiết bị dùng trong điện 3 pha sẽ có mức tiêu thụ rất cao. Hiện nay, tính công suất tiêu thụ của điện 3 pha sẽ được tính theo 2 cách như sau.
Cách 1
Ta có công thức:
P = [U1xI1 + U2xI2 + U3I3] x H
Trong đó:
- H: thời gian sử dụng điện, tính theo giờ.
- U: là mức điện áp. U1, U2, U3 là mức điện áp của các mức dòng điện 1 pha, 2 pha, 3 pha.
- I là cường độ dòng điện.
Cách 2
P = U.I.cosφ
Trong đó:
- I là Cường độ dòng điện hiệu dụng cho mỗi tải
- Cosφ là hệ số công suất trên mỗi tải.
Tương tự như cách tính công suất tiêu thụ dòng điện, công cơ điện cũng là thiết bị có thể đo được tổng điện năng tiêu thụ của các thiết bị điện. Bên cạnh đó, nếu bạn muốn đo điện áp, cường độ dòng điện của điện 3 pha có thể sử dụng đồng hồ vạn năng Kyoritsu, Hioki, Sanwa,... Đây đều là những loại đồng hồ đo điện đa năng để đo được các giá trị trong hệ thống mạch điện.
Ampe kìm đo công suất dòng điện
Ngoài việc mất nhiều thời gian để đo các giá trị, tính toán mất nhiều thời gian. Bạn có thể sử dụng các loại đồng hồ ampe để tiến hành đo được công suất dòng điện và mạch điện hoặc điện 3 pha. Điều này giúp bạn tiết kiệm tối đa thời gian và công suất.
Ampe kìm Tenmars TM-28E
Tenmars TM-28E là sản phẩm đến từ thương hiệu ampe kìmTenmars uy tín, chất lượng cao với khả năng đo công suất lên tới 400kW, đo điện áp, đo dòng, đo tần số. Sản phẩm nhỏ gọn, độ bền cao, thực hiện đo với thời gian nhanh chóng.
Ampe kìm Tenmars TM-28E
Ampe kìm Tenmars TM-28E có khả năng thực hiện các phép đo với điện áp AC từ 0.1mV - 600V, đo dòng điện từ 0.1A - 600A. Đồng hồ đo có màn hình lớn, chữ số hiển thị rõ ràng để dễ dàng quan sát các kết quả đo.
Thiết bị đạt tiêu chuẩn CAT III 600V, có khả năng đo liên tục, độ bền cao. Đây chắc chắn sẽ là dòng thiết bị mang lại hiệu quả đo công suất chính xác nhất, nhanh chóng nhất.
Xem thêm: Top 3 ampe kìm tốt nhất dùng trong công nghiệp
Ampe kìm đo công suất Hioki CM3286
Tiếp tục là dòng sản phẩm ampe kìm Hioki CM3286 nhỏ gọn, có khả năng đo được mạch điện, dòng điện xoay chiều. Với lợi thế đến từ thương hiệu ampe kìm Hioki - Nhật, sản phẩm có khả năng đo dòng điện 1 pha, 3 pha đạt tới 600A, đo được công suất từ 5KW, 1080kW.
Ampe kìm đo công suất Hioki CM3286
Đặc biệt, với công nghệ True RMS giúp thiết bị có thể đo được các dòng méo hoặc bị nhiễu vẫn đảm bảo dược độ chính xác. Ampe kìm Hioki CM3286 có độ bền cao, chống bụi, chống nước tốt với chỉ số IP54.
Thêm một điểm yêu thích ở thiết bị chính là bạn sẽ có thể phát hiện được dòng điện có đang bị trộng căp hay không? Dựa vào đó, bạn có thể thực hiện các phương pháp bảo vệ thiết bị điện cả gia đình.
Xem thêm: Phát hiện trộm cắp điện năng nhờ ampe kìm Hioki CM3286
Ampe kìm Fluke 345
Ampe kìm Fluke 345 cũng là một trong những loại ampe kìm có thể thực hiện đo công suất dễ dàng và nhanh chóng nhất hiện nay. Thiết bị có thể thực hiện đo được công suất 3 pha tích hợp với tải cân bằng để dùng trong hệ thống điện 3 pha như nhà xưởng, nhà máy,...
Ampe kìm Fluke 345 đo công suất điện 3 pha
Fluke 345 có khả năng đo được dòng điện DC/AC với mức điện thế đạt tới 2000A/1400A mà không cần ngắt mạch. Đây cũng là dòng ampe kìm Fluke đạt được chỉ số an toàn 600V CAT IV.
Bên cạnh đó, sản phẩm còn có khả năng thực hiện nhiều phép đo khác nhau như đo điện áp, tần số, điện trở, điện dung,,... hay đo được cả trong môi trường nhiễu điện. Ampe kìm có độ bền cao, dễ dàng sử dụng, khả năng cách điện tốt để đảm bảo an toàn khi sử dụng.
Tìm hiểu cách tính công suất tiêu thụ điện năng sẽ giúp bạn có thêm kiến thức về cách tính điện năng tiêu thụ trong từng khoảng thời gian để sử dụng các thiết bị điện phù hợp. Đồng thời tham khảo các loại ampe kìm để đo công suất cũng như đo mạch điện, dòng điện hỗ trợ bạn trong quá trình lắp đặt và sửa chữa điện.