Công suất là đại lượng vật lý thường được sử dụng trong đời 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, Lâm Phát sẽ tổng hợp định nghĩa công suất và công thức tính công suất điện 1 pha và 3 pha.
Xem thêm: Nên kinh doanh gì 2021?
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 như thế nào , khi nhận 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 nhanh chóng đến một hệ thống. Hãy nhớ lại rằng công suất là sự truyền năng lượng trong một khoảng 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 dụ một máy điều hòa không khí 2 HP có tốc độ tiêu thụ điện năng nhiều hơn 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 công suất của thiết bị là chúng ta 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, bạn 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 chung năng lượng được sử dụng trong nhà được đo bằng kWh, còn được gọi là “đơn vị”. Để tính ra số kwh, bạn 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 cung cấp 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 bạn đếm và hiển thị số lượng đơn vị được sử dụng bởi tất cả các 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 chi phí điện 2000đ mỗi đơn vị, chi 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 đánh giá 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 các đầu vào năng lượng điện được chuyển đổi thành năng lượng cơ học ở trục đầu ra, một số bị lãng phí dưới dạng nhiệt trong cuộn dây.
Công tơ điện hay đồng hồ điện trong nhà
Công ty điện lực cung cấp 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 còn gọi là công tơ điện). Đồng hồ điện thường được lắp đặt trong nhà hoặc trên tường bên ngoài. Hiện nay 2019, tại TPHCM và Hà Nội, hệ thống điện ngầm đang được triển khải khắp 2 thành phố. Do đó, các công tơ điện đang được 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 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, tuy nhiên vì chúng được bật trong một khoảng thời gian tương đối ngắn, nên chi phí năng lượng chung không quá cao.
AC và DC là gì?
Dòng điện được tạo ra bởi một nguồn năng lượng có thể có một 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 bạn hoặc đầu ra của máy phát tín hiệu, thiết bị được sử dụng 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 vì vậy 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 không phải là do một điện trở thực, nhưng có thể được mô hình hóa như vậy, và bao gồm điện trở thực tế 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 thay đổi hướng. Vì vậy, dòng chảy một chiều, đạt đến đỉnh, giảm về 0, thay đổi hướng, đạt đến đỉnh và sau đó rơi trở lại 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 bạn là AC.
Ưu điểm của AC là dễ dàng chuyển đổi từ cấp điện áp này sang 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 AC (cho phép bạn cung cấp năng lượng cho các thiết bị từ bật lửa trong xe hơi), máy phát tín hiệu và ổ tần số thay đổi để kiểm soát tốc độ của động cơ. Máy phát điện trong xe tạo ra điện dưới dạng AC trước khi 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 công việc 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 = giai đoạn khác biệt giai đoạn trở kháng giữa điện áp và dòng điện.
Công suất phản kháng
Công suất phản kháng là công suất bị lãng phí và không được sử dụng để thực hiện công việc trên tải.
Q = V rms Irms 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 = giai đoạn khác biệt giai đoạn trở kháng giữa điện áp và dòng điện.
Công suất biểu kiến
Công suất biểu kiến là công suất được cung cấp 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 thành 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 cung cấp 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 có công suất thực (thường là điện cảm ứng) – hệ số công suất là 0.
Khi tất cả công suất là công suất thực không có 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 hầu hết 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 dễ dàng chuyển đổi từ điện áp này sang điện áp khác, nên thuận lợi hơn cho việc truyền tải điện qua lưới điện. Máy phát điện trong các nhà máy điện tạo ra 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 mong muốn 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 ràng là không muốn. Nếu dòng điện giảm một nửa, tổn thất điện năng trở thành một 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, tuy nhiên 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 1 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 có dòng điện nào ở trung tính (đối với tải cân bằng). Máy biến áp cung cấp nhà của bạn, có 3 dòng pha làm đầu vào và đầu ra là một ngôi saonguồn để nó cung cấp 3 dòng pha cộng với trung tính. Cách đấu điện 3 pha cũng như 1 pha nếu như bạn 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 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 phụ 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 biệt giữa công suất thực (thực hiện công việc hữu ích) và công suất biểu kiến (được cung cấp cho mạch). Hầu hết các 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 đơn giản 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 các biểu tượng làm bạn sợ khi sử dụng phương trình này; một khi bạn đặt tất cả các 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 công ty điện lực để tìm chi phí. Chẳng hạn, chi 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 bạn 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 bạn 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 bạn tính bằng kilovolt (kV = volt ÷ 1.000). Ví dụ: nếu bạn có hệ số công suất 0,85, công suất 1,5 kW và điện áp 230 V, chỉ cần trích dẫn công suất của bạn 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 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 cần nhân các giá trị đã biết của bạn 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
