Công suất là gì?

Công suất là đại lượng vật lý thường được dùng để trong cuộc sống hàng ngày. Tuy nhiên, ít người hiểu rõ công suất là gì ? Sự khác biệt giữa công suất cơ học và công suất tiêu thụ điện. Trong bài viết này, Công Hùng Solar sẽ tổng hợp định nghĩa công suất và công thức tính công suất điện 1 pha và 3 pha.

Công suất là gì? – Cách tính công suất tiêu thụ điện năng của thiết bị

Công suất cơ học là gì ?

Công suất cơ học đề cập đến tốc độ mà công việc (sách giáo khoa thường gọi là “1 công”) có thể được thực hiện. Công suất đầu ra năng lượng sẽ trái ngược với đầu vào nguồn (xem Hình 1). Côn suất đầu vào đề cập đến việc năng lượng của nhiên liệu được chuyển đổi thành năng lượng để sử dụng cho động cơ nhanh như thế nào. Ngược lại, côn suất đầu ra, biểu thị động cơ có thể hoạt động nhanh làm sao , khi đạt được năng lượng từ nhiên liệu. Tốc độ mà động cơ sử dụng nhiên liệu là công suất nhiệt năng . Công suất cơ học là cách năng lượng cơ học có thể được cung cấp mau lẹ đến một hệ thống. Hãy nhớ lại rằng công suất là sự truyền năng lượng trong một dao động thời gian cụ thể.

Công suất tiêu thụ điện

Công suất tiêu thụ điện hay còn gọi là công suất điện là tốc độ mà một thiết bị sử dụng năng lượng (Là công suất đầu ra như định nghĩa trên). Vì vậy, ví như một máy điều hòa không khí 2 HP có tốc độ tiêu thụ điện năng nhiều hơn thế nữa so với loại 1.5 HP. Hoặc đèn pha sử dụng năng lượng điện nhanh hơn nhiều so với bóng đèn. Như vậy, khi nói đến việc công suất của thiết bị là tự mình đang đề cập đến công suất đầu ra.

Vậy 1 Kwh là gì ?

Đối với các thiết bị có công suất cao, công suất thường được chỉ định bằng kilowatt (viết tắt là kw)

1 kilowatt = 1000 watt

Năng lượng sử dụng = Công suất x Thời gian

Vì vậy, để tìm ra mức sử dụng năng lượng của thiết bị, tự mình nhân xếp hạng năng lượng của thiết bị với khoảng thời gian mà thiết bị đang chạy. Đơn vị năng lượng tiêu chuẩn là joule hoặc calorie, nhưng nhìn tổng thể năng lượng được sử dụng trong nhà được đo bằng kWh, nói một phương pháp khác là “đơn vị”. Để tính ra số kwh, tự mình chia công suất tính theo watt cho 1000 để chuyển đổi thành kilowatt (kW) và sau đó nhân với thời gian tính bằng giờ để đáp ứng cho kWh. Vì thế:

kWh = Watts / 1000 x thời gian tính theo giờ

Kilowatt giờ, kWh hoặc đơn vị là những gì bạn phải trả cho hóa đơn của mình. Đồng hồ điện của tự mình đếm và hiển thị số lượng đơn vị được sử dụng bởi tất cả những thiết bị và ánh sáng trong nhà của bạn.

ví dụ, một máy sấy 2500 watt chạy trong 3 giờ mỗi ngày, nó tiêu thụ bao nhiêu kWh và nếu kinh phí điện 2000đ mỗi đơn vị, kinh phí để chạy nó là bao nhiêu?

kWh = watts / 1000 x thời gian = 2500/1000 x 3 = 7,5 kWh hoặc đơn vị

Chi phí = 7,5 x 2000đ = 15,000đ

Một số thiết bị không chạy liên tục. Ví dụ là các thiết bị được điều khiển bởi một bộ điều nhiệt như tủ lạnh, tủ đông, lò nướng trong bếp và hệ thống điều hòa không khí. Thời gian mà thiết bị được bật và tiêu thụ năng lượng được gọi là chu kỳ hoạt động và nó thường được trích dẫn dưới dạng phần trăm. Vì vậy, ví dụ một tủ lạnh giữ một nửa thời gian có chu kỳ làm việc là 50%.

Cách chuyển đổi mã lực (HP) sang Watts

Mã lực (HP) là thước đo của công suất theo đơn vị HP.

Giống như công suất cơ của động cơ có thể được đo bằng mã lực, sức mạnh của động cơ điện cũng vậy.

1 mã lực = 746 watt

Ví dụ: Một động cơ mã lực phân đoạn trong máy giặt được phân tích ở mức 1/2 mã lực

Vậy công suất đầu ra của động cơ = 746 watt x 0,5 = 373 watt

Một động cơ không hiệu quả 100%, nói cách khác, không phải tất cả những đầu vào năng lượng điện được chuyển đổi thành năng lượng cơ học ở trục đầu ra, một vài bị lãng phí dưới dạng nhiệt trong cuộn dây.

Công tơ điện hay đồng hồ điện trong nhà

Công ty điện lực đáp ứng cho bạn điện theo dõi việc sử dụng công suất tiệu thụ điện của nhà bạn bằng cách sử dụng đồng hồ đo kilowatt giờ (Hay nói một phương pháp khác là công tơ điện). Đồng hồ điện thường được thi công trọn gói trong nhà hoặc trên tường bên ngoài. Hiện giờ 2019, tại Tp.HCM và Hà Nội, hệ thống điện ngầm đang được triển khải khắp 2 thành phố. Do đó, các công tơ điện đang được thi công lắp đặt bên ngoài nhà.

Đồng hồ điện trước đây đo điện áp, dòng điện và thời gian và hiển thị kết quả theo đơn vị hoặc kWh trên màn hình hiển thị cơ học. Đồng hồ mới hơn đang thay cho thế các loại cơ điện cũ hơn và có màn hình điện tử cộng với chúng cũng có thể được đọc không dây.

Những thiết bị nào sử dụng nhiều năng lượng nhất?

Máy lạnh, vòi hoa sen điện, máy sấy quần áo (máy sấy quần áo), máy sưởi phòng và máy nước nóng (máy sưởi ngâm) là những thiết bị đói năng lượng nhất. Ấm cũng là thiết bị có công suất cao, thế nhưng vì chúng được bật trong một dao động thời gian tương đối ngắn, nên chi phí năng lượng chung không quá cao.

AC và DC là gì?

Dòng điện được dẫn đến bởi một nguồn năng lượng có thể có 1 trong hai dạng, AC hoặc DC. Nguồn điện có thể là pin, máy phát điện, nguồn điện được truyền dọc theo dây cáp dịch vụ đến nhà chúng ta hoặc đầu ra của máy phát tín hiệu, thiết bị được dùng để trong phòng thí nghiệm hoặc nhân viên kiểm tra khi thử nghiệm hoặc thiết kế hệ thống điện tử.

DC

Điều này là viết tắt của dòng điện trực tiếp chính vì như thế dòng điện được cung cấp bởi nguồn chỉ chảy một chiều. Một nguồn DC sẽ có một mức điện áp giá trị danh nghĩa và điện áp này sẽ giảm khi nguồn được tải và xuất ra nhiều dòng điện hơn. Sự sụt giảm này là do điện trở nội tại vốn có trong nguồn. Điện trở chưa hẳn là do một điện trở thực, nhưng có thể được mô hình hóa như vậy, và bao gồm điện trở thực tại của dây dẫn, linh kiện điện tử, chất điện phân trong pin, v.v.

Ví dụ về nguồn DC là pin, máy phát điện DC được gọi là máy phát điện, pin mặt trời và cặp nhiệt điện.

AC

Điều này là viết tắt của “dòng điện xoay chiều” và có nghĩa là “dòng điện xoay chiều” hoặc phát triển hướng. Vì vậy, dòng chảy một chiều, đạt đến đỉnh, giảm về 0, phát triển hướng, đạt đến đỉnh và sau đó rơi quay về 0 trước khi toàn bộ chu kỳ được lặp lại. Số lần chu kỳ này xảy ra mỗi giây được gọi là tần số. Ở Mỹ, tần số là 60 Hertz (Hz) hoặc chu kỳ mỗi giây. Ở các nước khác, nó là 50 Hz. Cung cấp điện trong nhà của chúng ta là AC.

Ưu điểm của AC là dễ dàng chuyển đổi từ cấp điện áp này sang trọng cấp điện áp khác bằng một thiết bị được gọi là máy biến áp.

Nguồn AC bao gồm nguồn điện cung cấp cho nhà bạn, máy phát điện trong nhà máy điện, máy biến áp, bộ biến tần DC sang trọng AC (cho phép chúng ta cung cấp năng lượng cho các thiết bị từ bật lửa trong xe hơi), máy phát tín hiệu và ổ tần số phát triển để kiểm soát tốc độ của động cơ. Máy phát điện trong xe dẫn đến điện dưới dạng AC trước lúc được chỉnh lưu và chuyển đổi thành DC. Máy khoan không dây, không dây thế hệ mới chuyển đổi điện áp DC của pin thành AC để điều khiển động cơ.

Công suất của mạch điện xoay chiều AC

Các công thức đề cập ở trên dành cho nguồn điện xoay chiều một pha.

Đối với nguồn điện xoay chiều 3 pha:

Khi sử dụng điện áp đường dây (V _L-L ) trong công thức, nhân công suất điện một pha với căn bậc ba của 3 là 1,73. (Xem mục dưới để biết thêm thông tin về điện 3 pha)

Khi sử dụng đường dây đến điện áp bằng không (V _L-0 ) trong công thức, nhân công suất điện một pha với 3.

Công suất thực sự

Sức mạnh thực hay thực là sức mạnh được sử dụng để thực hiện quá trình trên tải.

P = V _rms I _rms cos φ

P      là công suất thực tính bằng watt [W]

V _rms   là điện áp rms = V _đỉnh / 2 tính theo Vôn [V]

I _rms    là dòng điện rms = I _pic / 2  tính theo Ampe [A]

φ      là góc = GĐ khác hoàn toàn GĐ trở kháng giữa điện áp và dòng điện.

Công suất phản kháng

Công suất phản kháng là công suất bị lãng phí và không nên sử dụng để thực hiện quá trình trên tải.

Q = V _rms I_rms sin φ

Q      là công suất phản kháng trong volt-ampere-Reactive [VAR]

V _rms   là điện áp rms = V _đỉnh / 2 tính theo Vôn [V]

I _rms    là dòng rms = I _pic / 2 tính theo Ampe [A]

φ      là góc = GĐ khác hoàn toàn GĐ trở kháng giữa điện áp và dòng điện.

Công suất biểu kiến

Công suất biểu kiến ​​là công suất được đáp ứng cho mạch.

S = V _rms I _rms

S      là công suất biểu kiến ​​trong Volt-amper [VA]

V _rms   là điện áp rms = V _đỉnh / 2 tính theo Vôn [V]

I _rms    là dòng rms = I _pic / 2 trong Amperes [A]

Mối tương quan giữa công suất thực, phản kháng và biểu kiến

Công suất thực P và công suất phản kháng Q kết hợp sẽ tạo dựng công suất biểu kiến ​​S:

P ² + Q ² = S ²

P      là công suất thực tính bằng watt [W]

Q      là công suất phản kháng tính theo volt-ampe-Reactive [VAR]

S      là công suất biểu kiến ​​tính theo Volt-ampe [VA]

Hệ số công suất

Trong các mạch điện xoay chiều AC, hệ số công suất là tỷ lệ của công suất thực được sử dụng để thực hiện một công và công suất biểu kiến được đáp ứng cho mạch điện.

Hệ số công suất có giá trị từ 0 đến 1.

Khi tất cả công suất là công suất phản kháng không xẩy ra công suất thực (thường là điện cảm ứng) – hệ số công suất là 0.

Khi tất cả công suất là công suất thực không xẩy ra công suất phản kháng (tải điện trở) – hệ số công suất là 1.

Định nghĩa hệ số công suất

Hệ số công suất bằng công suất thực P hoặc công suất thực tính bằng watt (W) chia cho giá trị tuyệt đối công suất biểu kiến ​​| S | tính bằng volt-ampe (VA):

PF = P _(W) / | S _(VA) |

PF – hệ số công suất.

P – công suất thực tính bằng watt (W).

| S | – công suất biểu kiến ​​- độ lớn của công suất phức trong vôn kế (VA).

Cách tính hệ số công suất

Đối với sinusuidal hiện nay, hệ số công suất PF là bằng giá trị tuyệt đối của cosin của công suất biểu kiến:

PF = | cos |

PF là hệ số công suất.

φ   là góc pha điện của công suất biểu kiến.

Công suất thực P tính bằng watt (W) bằng công suất biểu kiến ​​| S | tính bằng volt-ampere (VA) nhân với hệ số công suất PF:

P _(W) = | S _(VA) | × PF = | S _(VA) | × | cos φ |

Khi mạch có tải trở kháng điện trở, công suất thực P bằng công suất biểu kiến ​​| S | và hệ số công suất PF bằng 1:

PF _{(tải điện trở)} = P / | S | = 1

Công suất phản kháng Q trong volt-amps phản ứng (VAR) bằng công suất biểu kiến ​​| S | tính bằng volt-ampere (VA) nhân với sin của góc pha φ :

Q _(VAR) = | S _(VA) | × | tội lỗi φ |

Tính toán mạch một pha từ đồng hồ đo công suất thực đọc P tính bằng kilowatt (kW), điện áp V tính bằng vôn (V) và dòng I tính bằng ampe (A):

PF = | cos | = 1000 × P _(kW) / ( V _(V) × I _(A) )

Tính toán mạch ba pha từ đồng hồ đo công suất thực đọc P tính bằng kilowatt (kW), điện áp đường dây đến điện áp V _{L-L tính} bằng vôn (V) và dòng I tính bằng ampe (A):

PF = | cos | = 1000 × P _(kW) / ( √ 3 × V _{L-L (V)} × I _(A) )

Tinh toán hệ số công suất của mạch ba pha từ đồng hồ đo công suất thực đọc P tính bằng kilowatt (kW), dòng đến dòng trung tính V _{L-N tính} bằng vôn (V) và dòng I tính bằng ampe (A):

PF = | cos | = 1000 × P _(kW) / (3 × V _{L-N (V)} × I _(A) )

Điều chỉnh hệ số công suất

Điều chỉnh hệ số công suất là điều chỉnh mạch điện để thay đổi hệ số công suất gần 1.

Hệ số công suất gần 1 sẽ làm giảm công suất phản kháng trong mạch và số đông công suất trong mạch sẽ là công suất thực. Điều này cũng sẽ làm giảm tổn thất điện năng trên lưới truyền tải điện.

Việc hiệu chỉnh hệ số công suất thường được thực hiện bằng cách thêm các tụ điện vào mạch tải hoặc lưới điện, khi mạch có các thành phần inductor, giống như một động cơ điện.

Cách tính hiệu chỉnh hệ số công suất

Công suất thực | S | tính bằng volt-amps (VA) bằng điện áp V tính bằng vôn (V) nhân với dòng điện I tính bằng ampe (A):

| S _(VA) | = V _(V) × I _(A)

Công suất phản kháng Q tính theo volt-ampe-r (VAR) bằng căn bậc hai của bình phương công suất biểu kiến ​​| S | tính bằng volt-ampere (VA) trừ đi bình phương của công suất thực P tính bằng watt (W) (định lý pythagore):

Q _(VAR) = căn bậc 2 ( | S _(VA) | ² – P _(W) ² )

Q _{c (kVAR)} = Q _(kVAR) – Q _{đã sửa (kVAR)}

Công suất phản kháng Q tính bằng volt-ampe phản kháng (VAR) bằng bình phương điện áp V tính bằng vôn (V) chia cho điện kháng Xc:

Q _{c (VAR)} = V _(V) ² / X _c = V _(V) ² / (1 / (2π f _(Hz) × C _(F) )) = 2π f _(Hz) × C _(F) × V _(V) ²

Vì vậy, tụ điện giúp điều chỉnh hệ số công suất trong Farad (F) nên được thêm vào mạch song song bằng công suất phản kháng Q tính theo (VAR) chia cho 2π lần tần số f tính bằng Hertz (Hz) nhân với bình phương điện áp V tính bằng vôn (V):

C _(F) = Q _{c (VAR)} / (2π f _(Hz) · V _(V) ² )

Ứng dụng giảm tổn thất điện năng truyền qua lưới điện

Do AC có thể tiện lợi chuyển đổi từ điện áp này sang điện áp khác, nên tiện lợi hơn cho việc truyền tải điện qua lưới điện. Máy phát điện trong các nhà máy điện phát sinh điện áp tương đối thấp, thường là 10.000 volt. Máy biến áp sau đó có thể bước lên mức điện áp cao hơn, 200.000, 400.000 volt hoặc cao hơn để truyền qua quốc gia. Một máy biến áp tăng cường, chuyển đổi nguồn điện đầu vào thành điện áp cao hơn, đầu ra dòng điện thấp hơn.

Bây giờ sự giảm này trong hiện tại là hiệu ứng có nhu cầu vì hai lý do. Thứ nhất, giảm điện áp trong các đường truyền vì dòng điện thấp hơn chạy qua điện trở của cáp (vì V = IR). Thứ hai, giảm dòng điện làm giảm tổn thất điện năng khi dòng điện chạy qua điện trở của cáp phân phối (hãy nhớ công suất = I ²R trong các phương trình trên?).

Năng lượng bị lãng phí như nhiệt trong cáp truyền dẫn, điều này rõ rệt là không muốn. Nếu dòng điện giảm một nửa, tổn thất điện năng trở thành một trong mỗi phần tư so với trước đây (do bình phương trong phương trình công suất), Nếu dòng điện được làm nhỏ hơn 10 lần, tổn thất điện năng là 1% so với trước đây, v.v.

Điện áp ba pha (3 dây) là gì?

Các đường truyền khoảng cách rất dài có thể sử dụng DC để giảm tổn thất, mặc dù thế nguồn điện thường được phân phối trên toàn quốc bằng hệ thống 3 pha . Mỗi pha là một điện áp xoay chiều hình sin và mỗi pha cách nhau 120 độ. Vì vậy, trong biểu đồ bên dưới, pha một là sóng hình sin, pha 2 trễ 120 độ và pha 3 trễ 240 độ (hoặc dẫn 120 độ).

Chỉ cần 3 dây để truyền tải điện vì hóa ra không xẩy ra dòng điện nào ở trung tính (đối với tải cân bằng). Máy biến áp đáp ứng nhà của bạn, có 3 dòng pha làm đầu vào và đầu ra là một ngôi saonguồn để nó đáp ứng 3 dòng pha cộng với trung tính. Cách đấu điện 3 pha cũng tương tự 1 pha ví như tự mình hiểu rõ nguyên tắc cơ bản khi đấu điện.

Tại sao 3 pha được sử dụng?

• Nhiều điện năng (năng lượng điện) hơn có thể được truyền đi chỉ bằng 1,5 lần số lượng dây
• Động cơ chạy bằng 3 pha nhỏ hơn động cơ một pha tương tự như có cùng công suất
• Mô-men xoắn đầu ra làm trơn tru hoạt động và kết quả là động cơ thiết bị ít rung hơn khi chạy bằng 3 pha
• Kích thước dây dẫn trung tính (dây mát, dây nguội) có thể giảm đáng kể.
• Dây mát tiếp đất không cần thiết khi truyền tải điện giữa các trạm biến áp và máy biến áp

Công thức 3 pha

Nếu V _P là điện áp pha từ mỗi pha đến trung tính

và V _L là điện áp dòng giữa mỗi pha

Khi đó V _L = √3V _P

Cách tính công suất điện 3 pha

Các phương trình công suất ba pha quan trọng nhất liên quan đến công suất ( P , tính bằng watt) với dòng điện ( I , tính bằng ampe) và tùy thuộc vào điện áp ( V ). Ngoài ra còn có một hệ số công suất của người khác ( pf ) trong phương trình tính đến sự khác hoàn toàn giữa công suất thực (thực hiện quá trình hữu ích) và công suất biểu kiến ​​(được đáp ứng cho mạch). Hầu hết những loại tính toán công suất ba pha được thực hiện bằng phương trình này:

P = √3 × pf × I × V

Trong đó pf là hệ số công suất, I là dòng điện, V là điện áp và P là công suất.

Điều này chỉ không phức tạp nói rằng công suất là căn bậc ba của ba (khoảng 1.732) nhân với hệ số công suất (thường nằm trong khoảng từ 0,85 đến 1, xem Tài nguyên), dòng điện và điện áp. Đừng để tất cả những biểu tượng làm tự mình sợ khi sử dụng phương trình này; một khi tự mình đặt tất cả những phần có liên quan vào phương trình, nó sẽ dễ sử dụng.

Ví dụ cách tính công suất tiêu thụ điện 3 pha:

Ví dụ nếu động cơ điện sử dụng 50 ampe ở 240 volt,

P= 50 x 240 x 1,73 =20,760 watt. (√3 =1,73 và pf=1)

Chi phí điện dựa trên kilowatt (kW), vì vậy chia 1000 watt để chuyển đổi thành kilowatt (20.760 wats / 1000 = 20,76 kW).

Ghi lại thời gian động cơ hoạt động. Ví dụ, trong một nhà máy sản xuất, động cơ điện 3 pha có thể chạy 8 giờ mỗi ngày, 5 ngày một tuần. Điều này làm việc ra trung bình là 173,3 giờ mỗi tháng.

Nhân mức tiêu thụ năng lượng với số giờ hoạt động để tìm kilowatt giờ. Một động cơ điện 3 pha có 20,76 Watt trong 173,3 giờ mỗi tháng sẽ sử dụng 3771,7 kw / giờ điện mỗi tháng.

Nhân tổng số kilowatt giờ được sử dụng với tỷ lệ trên mỗi kilowatt giờ được tính bởi doanh nghiệp điện lực để tìm chi phí. Chẳng hạn, kinh phí điện cho động cơ 3 pha tiêu thụ 3771,7 kw / giờ mỗi tháng với tốc độ 3000đ / kW / giờ sẽ bằng 11.313.000đ

Chuyển đổi kW sang Ampe cho điện 3 pha

Giả sử tự mình có điện áp, tổng công suất tính bằng kilowatt (kW) và hệ số công suất và bạn muốn biết dòng điện (tính bằng ampe, A) trong mạch. Sắp xếp lại công thức tính công suất trên cho ra:

I = P / (√3 × pf × V)

Nếu công suất của tự mình tính bằng kilowatt (nghĩa là hàng nghìn watt), tốt nhất là chuyển đổi nó thành watts (bằng cách nhân với 1.000) hoặc giữ nó trong kilowatt, đảm bảo điện áp của tự mình tính bằng kilovolt (kV = volt ÷ 1.000). Ví dụ: nếu tự mình có hệ số công suất 0,85, công suất 1,5 kW và điện áp 230 V, chỉ là trích dẫn công suất của tự mình là 1.500 W và tính toán:

I = P / (√3 × pf × V)

= 1.500 W / √3 × 0,85 × 230 V

= 4,43 A

Tương tự, chúng ta cũng có thể đã làm việc với kV (lưu ý rằng 230 V = 0,23 kV) và thấy tương tự:

I = P / (√3 × pf × V)

= 1,5 kw / √3 × 0,85 × 0,23 kV

= 4,43 A

Chuyển đổi Ampe thành kW

Đối với quá trình ngược lại, sử dụng dạng của phương trình đã cho ở trên:

P = √3 × pf × I × V

Đơn giản chỉ là nhân các giá trị đã biết của tự mình với nhau để tìm câu trả lời. Ví dụ: với I = 50 A, V = 250 V và pf = 0.9, điều này mang lại:

P = √3 × pf × I × V

= √3 × 0,9 × 50 A × 250 V

= 19,486 W

Vì đây là một con số lớn, hãy chuyển đổi sang kW bằng cách sử dụng (giá trị tính bằng watt) / 1000 = (giá trị tính bằng kilowatt).

19.486 W / 1000 = 19.486 mã lực

Nguồn: Tổng hợp