Номинальная мощность
В электротехнике и машиностроении номинальная мощность оборудования — это наибольшая потребляемая мощность , которая может проходить через конкретное оборудование. В зависимости от конкретной дисциплины термин « мощность» может относиться к электрической или механической энергии. Номинальная мощность также может включать среднюю и максимальную мощность, которая может варьироваться в зависимости от типа оборудования и его применения.
Пределы номинальной мощности обычно устанавливаются производителями в качестве ориентира, защищая оборудование и упрощая конструкцию более крупных систем, обеспечивая уровень работы, при котором оборудование не будет повреждено, сохраняя при этом определенный запас безопасности.
Типы оборудования
[ редактировать ]Диссипативное оборудование
[ редактировать ]В оборудовании, которое в основном рассеивает электрическую мощность или преобразует ее в механическую энергию, например резисторах и динамиках , указанная номинальная мощность обычно представляет собой максимальную мощность, которую может безопасно рассеивать оборудование. Обычной причиной этого ограничения является нагрев , хотя в некоторых электромеханических устройствах, особенно в динамиках, это делается для предотвращения механических повреждений. Когда ограничивающим фактором является тепло, номинальную мощность легко рассчитать. Во-первых, количество тепла, которое может безопасно рассеиваться устройством. , необходимо рассчитать. Это связано с максимальной безопасной рабочей температурой , температурой окружающей среды или температурным диапазоном, в котором будет эксплуатироваться устройство, а также методом охлаждения . Если — максимальная безопасная рабочая температура устройства, - температура окружающей среды, а — общее тепловое сопротивление между устройством и окружающей средой, тогда максимальное рассеивание тепла определяется выражением
Если вся мощность устройства рассеивается в виде тепла, то это также номинальная мощность.
Механическое оборудование
[ редактировать ]Оборудование обычно оценивается по мощности, которую оно выдает, например, на валу электрического или гидравлического двигателя. Потребляемая мощность оборудования будет больше из-за КПД устройства менее 100%. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] КПД устройства часто определяют как отношение выходной мощности к сумме выходной мощности и потерь. В некоторых типах оборудования потери можно измерить или рассчитать напрямую. Это позволяет рассчитывать эффективность с большей точностью, чем отношение входной мощности к выходной мощности, при этом относительно небольшая неопределенность измерения будет сильно влиять на итоговый расчетный КПД.
Энергопреобразовательное оборудование
[ редактировать ]В устройствах, которые в основном преобразуют различные формы электроэнергии, например, в трансформаторах , или передают ее из одного места в другое, например в линиях электропередачи , номинальная мощность почти всегда относится к максимальному потоку мощности через устройство, а не к рассеянию внутри него. Обычной причиной ограничения является нагрев, а максимальное тепловыделение рассчитывается, как указано выше.
Номинальная мощность обычно указывается в ваттах для реальной мощности и в вольт-амперах для полной мощности , хотя для устройств, предназначенных для использования в больших энергосистемах, оба показателя могут быть указаны в поединичной системе . Кабели обычно оцениваются по максимальному напряжению и токовой нагрузке . [ 4 ] Поскольку номинальная мощность зависит от метода охлаждения, для воздушного охлаждения, водяного охлаждения и т. д. могут быть указаны разные номиналы. [ 4 ]
Среднее и максимальное
[ редактировать ]Для устройств, работающих на переменном токе (например, коаксиальный кабель , громкоговорители ), могут быть даже две номинальные мощности: максимальная (пиковая) номинальная мощность и средняя номинальная мощность. [ 5 ] [ 6 ] Для таких устройств номинальная пиковая мощность обычно определяет низкую частоту или энергию импульса, тогда как средняя номинальная мощность ограничивает высокочастотную работу. [ 5 ] Расчетная средняя мощность зависит от некоторых предположений о том, как устройство будет использоваться. Например, метод оценки EIA для громкоговорителей использует сформированный шумовой сигнал, который имитирует музыку и допускает пиковое отклонение в 6 дБ, поэтому рейтинг EIA 50 Вт соответствует пиковому рейтингу 200 Вт. [ 6 ]
Максимальный непрерывный рейтинг
[ редактировать ]Максимальная непрерывная мощность ( MCR ) определяется как максимальная мощность (МВт), которую электростанция способна производить непрерывно при нормальных условиях в течение года. В идеальных условиях фактическая производительность может быть выше MCR. [ 7 ]
В сфере судоходства суда обычно работают с номинальным непрерывным рейтингом ( NCR ), который составляет 85% от 90% MCR. 90% MCR обычно соответствует контрактной производительности, на которую рассчитан гребной винт. Таким образом, обычная производительность судов составляет от 75% до 77% MCR. [ 8 ]
Другие определения
[ редактировать ]В некоторых областях техники используется даже более сложный набор номинальных мощностей. Например, двигатели вертолетов рассчитаны на непрерывную мощность (которая не имеет ограничений по времени), номинальную мощность на взлете и висении (определяемую как работа от полутора до одного часа), максимальную аварийную мощность (которая может поддерживаться в течение двух-трех минут). и аварийная (полминута) номинальная мощность. [ 9 ]
Для электродвигателей аналогичная информация передается с помощью коэффициента эксплуатации , который представляет собой множитель, который при применении к номинальной выходной мощности дает уровень мощности, который двигатель может поддерживать в течение более коротких периодов времени. Сервис-фактор обычно находится в диапазоне 1,15–1,4, причем для двигателей большей мощности этот показатель ниже. На каждый час работы при номинальной мощности, скорректированной с учетом эксплуатационного коэффициента, двигатель теряет два-три часа ресурса при номинальной мощности, т.е. его срок службы сокращается менее чем наполовину при продолжении работы на этом уровне. [ 4 ] [ 10 ] Коэффициент эксплуатации определен в стандарте ANSI /NEMA MG 1 . [ 11 ] и обычно используется в США. [ 12 ] не существует . Стандарта IEC для коэффициента эксплуатации [ 13 ]
Превышение номинальной мощности устройства более чем на уровень безопасности, установленный производителем, обычно приводит к повреждению устройства, вызывая превышение его рабочей температуры безопасных уровней. В полупроводниках непоправимые повреждения могут произойти очень быстро. Превышение номинальной мощности большинства устройств на очень короткий период времени не является вредным, хотя регулярное выполнение этого требования иногда может привести к кумулятивному повреждению.
Номинальная мощность электрического оборудования и линий электропередачи зависит от продолжительности предполагаемой нагрузки и температуры окружающей среды; Например, линия электропередачи или трансформатор могут выдерживать значительно большую нагрузку в холодную погоду, чем в жаркую. Мгновенные перегрузки, вызывающие высокие температуры и ухудшение изоляции, можно считать приемлемым компромиссом в аварийных ситуациях. Номинальная мощность коммутационных устройств варьируется в зависимости от напряжения цепи, а также силы тока. В некоторых аэрокосмических или военных приложениях устройство может иметь гораздо более высокий рейтинг, чем принято для устройств, рассчитанных на длительный срок службы.
Примеры
[ редактировать ]Аудио усилители
[ редактировать ]Номинальная мощность аудиоусилителя обычно устанавливается путем доведения тестируемого устройства до начала ограничения , до заранее определенного уровня искажений, варьируемого в зависимости от производителя или линейки продуктов. Доведение усилителя до уровня искажений 1% даст более высокий рейтинг, чем доведение его до уровня искажений 0,01%. [ 14 ] Аналогично, тестирование усилителя на одной средней частоте или тестирование только одного канала двухканального усилителя даст более высокий рейтинг, чем если бы он тестировался во всем предполагаемом диапазоне частот с обоими работающими каналами. Производители могут использовать эти методы для продажи усилителей, опубликованная максимальная выходная мощность которых включает некоторое ограничение для отображения более высоких показателей. [ 14 ]
Например, Федеральная торговая комиссия (FTC) установила систему оценки усилителей, в которой устройство тестируется с обоими каналами, работающими во всем заявленном диапазоне частот, с уровнем искажений, не превышающим опубликованный. Однако рейтинговая система Ассоциации электронной промышленности (EIA) определяет мощность усилителя путем измерения одного канала на частоте 1000 Гц с уровнем искажений 1% — ограничением 1%. Использование метода EIA оценивает усилитель на 10–20% выше, чем метод FTC. [ 14 ]
Фотоэлектрические модули
[ редактировать ]Номинальная мощность фотоэлектрического модуля определяется путем измерения тока и напряжения при изменении сопротивления при определенной освещенности. Условия указаны в таких стандартах, как IEC 61215, IEC 61646 и UL 1703; в частности, интенсивность света составляет 1000 Вт/м. 2 , со спектром, подобным солнечному свету, падающему на поверхность Земли на 35° северной широты летом ( масса воздуха 1,5), и температурой ячеек 25°C. Мощность измеряется при изменении резистивной нагрузки модуля между разомкнутой и замкнутой цепью.
Максимальная измеренная мощность — это номинальная мощность модуля в ваттах. В разговорной речи это также пишется как «W p »; этот формат является разговорным, поскольку он выходит за рамки стандарта за счет добавления суффиксов к стандартизированным единицам измерения . Номинальная мощность, деленная на мощность света, падающую на модуль (площадь х 1000 Вт/м). 2 ) – эффективность .
См. также
[ редактировать ]- Эффективная излучаемая мощность , нормативный аналог для ОВЧ, УВЧ и FM-вещания.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Энтони Дж. Аткинс; Тони Аткинс; Марсель Эскюдье (2013). Словарь машиностроения . Издательство Оксфордского университета . п. 269. ИСБН 978-0-19-958743-8 .
- ^ Альберт Туманн (2010). Руководство для инженеров и менеджеров предприятий по энергосбережению . Fairmont Press, Inc. с. 320. ИСБН 978-0-88173-657-1 .
- ^ Уильям Дж. Экклс (2008). Прагматическая власть . Издательство Морган и Клейпул. п. 74. ИСБН 978-1-59829-798-0 .
- ^ Перейти обратно: а б с Мукунд Р. Патель (2012). Введение в электроэнергетику и силовую электронику . ЦРК Пресс . стр. 54–55. ISBN 978-1-4665-5660-7 .
- ^ Перейти обратно: а б Джерри К. Уитакер, изд. (2005). Справочник по электронике, второе издание . ЦРК Пресс. стр. 314–315. ISBN 978-1-4200-3666-4 .
- ^ Перейти обратно: а б Гэри Дэвис; Ральф Джонс (1989). Справочник по звукоусилению (2-е изд.). Корпорация Хэла Леонарда . п. 232. ИСБН 978-1-61774-545-4 .
- ^ «ИЕСО» . Архивировано из оригинала 3 сентября 2013 г.
- ^ Датское предложение по проектному индексу CO2 для новых судов в Международную морскую организацию ООН (ИМО) от Морского управления Дании . [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ Джон М. Седдон; Саймон Ньюман (2011). Базовая аэродинамика вертолета (3-е изд.). Джон Уайли и сыновья . п. 231. ИСБН 978-1-119-97272-3 .
- ^ Майкл Р. Линдебург, PE (2013). Справочное руководство по машиностроению для экзамена PE . www.ppi2pass.com. стр. 72–. ISBN 978-1-59126-414-9 .
- ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 22 февраля 2014 г. Проверено 11 февраля 2014 г.
{{cite web}}
: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка ) - ^ Хамид А. Толият; Джеральд Б. Климан (2004). Справочник по электродвигателям . ЦРК Пресс. п. 181. ИСБН 978-0-8247-4105-1 .
- ^ Стив Сенти (2012). Основы управления двигателем . Cengage Обучение. п. 81. ИСБН 978-1-133-70917-6 .
- ^ Перейти обратно: а б с Квилтер, Патрик (2004). «Как сравнить номинальную мощность усилителя». Архивировано 11 января 2010 г. в Wayback Machine Sound and Song . Проверено 18 марта 2010 г.