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如何计算电功率?

2019-03-31  CNC数控笔...

功率是表征做功快慢的物理量,是力量的表示,因此,功率用字母P表示(power),单位是瓦特(简称瓦,W)。电功率表示单位时间内消耗的电能,计算公式是P=U I cosφ,即电压与电流与功率因数的乘积。

1
直流设备电功率计算

直流电路功率的计算最简单(功率因数总是等于1),直流电压乘以直流电流。

例1:笔记本电脑(lap-top)内部采用直流电源工作,由交流适配器(AC adaptor)提供。如图1所示,请计算一下该笔记本消耗的功率是多少?


图1 某lap-top交流适配器铭牌

由图1可知,直流端输出(OUTPUT)为19V、6.3A,则消耗的功率为19×6.3=120W。

例2:智能手机也使用直流电源,请算算如图2所示充电器的充电功率呢?


图2 某手机充电器铭牌

2
交流设备电功率计算(单相)

从“每日一词:功率因数”一文中可知,交流电路中功率有有功功率(P)、视在功率(S)、无功功率(Q)之分,即存在功率因数cosφ。对于单相负载,

P=U I cosφ
S=U I
Q=U I sinφ

家用电器是单相负载,其中纯阻性负载(如电热水壶)功率因数为1(功率P=U I),感性负载(如冰箱、洗衣机、空调、电视机)一般功率因数为0.85~0.95。

例3:洗衣机内有电机,属于感性负载,算算如图3所示的洗衣机的功率因数。

图3 某洗衣机铭牌

由图3铭牌数据可知,

S=U I=220×1.15=253VA

P=230W

因此,cosφ=P/S=230/253=0.91

例4:家里墙上的插座一般最大电流是10A,如图4所示,算算可使用的最大功率的电器是多少W?  

图4 普通插座背面数据

由图4数据(10A 250V~)可知,普通插座可承受最大功率:

P=U I=250×10=2500W

但是对于空调这样的大功率电器,10A 250V~还不够,因此空调插座一般要购买16A 250V~的,最大功率是250×16=4000W。

例5:生活中会有人认为:插线板(power strip)上有多少个插孔,就可以插多少个电器,是这样吗?戳视频看看。

▲ 视频:插线板能否插满?

看了以上视频,大家该知道:插线板是不能随便插满的。如果所接的电器功率小,一般没有关系。但如果接了功率大的电器,就容易有问题,如导线发烫变软,甚至发生火灾

插线板承受功率的大小是根据插线板进线导线直径的大小及材质决定的。因为,根据P=UIcosφ≈220▪I,可知功率取决于承受电流大小。而电流I 与导线截面积的关系:1mm2 约可通过6A的电流。看厂家使用多粗的导线、铜还是铝,可知承受功率的大小。

一般插线板的额定功率有2500W、4000W。在插线板上连接用电器时,估算一下各电器功率总和,不超出插线板的额定功率即为安全。

3
交流设备电功率计算(三相)

工业三相设备的电功率又该如何计算呢?各相功率都按下式计算:

P=U I cosφ

在“为什么380V的三相交流电,单相就是220V”一文中说明了三相对称电路中相电压与线电压的概念和关系,我国三相线电压是380V,单相电压是220V。

U线=√3 U

对称三相绕组有两种接法:星形接法(Y)和三角形接法(△),如图5所示。


图5 对称三相绕组接法

在 Y 接法中,U线=√3UI线=I,因此,

P=3P=3UIcosφ=3(U线/√3)I线cosφ=√3U线I线cosφ

在 △ 接法中,U线=U,I线=√3I,因此,

P=3P=3UIcosφ=3U线(I线/√3)cosφ=√3U线I线cosφ

因此,无论设备负载是哪一种接法,对称三相负载总功率计算公式总是:

P=√3 U线 I线 cosφ

例6:再看如图6所示的伺服电机的铭牌(戳链接看详细)。


图6 FANUC伺服电机铭牌

由图6数据可知,该伺服电机为三相 Y 接法(winding connection),连续输出功率(OUTPUT)P=1.8kW,U线=138V,I线=8A。根据P=√3U线I线cosφ可以算出该伺服电机的功率因数为

cosφ=1.8×1000/(1.732×138×8)=0.94

   【总 结】   

教育家陶行知说:生活即教育。知识蕴藏在生活里,关注生活,思考生活,知识才易得。总结一下电功率计算公式,如表1所示。

表1 电功率计算公式表

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