Công suất tiêu thụ điện của mạch điện xoay chiều. Hệ số công suất
I. Công suất của mạch điện xoay chiều
1. Công suất của mạch điện xoay chiều
- Công suất \[P = UIcos\varphi \] là công suất tiêu thụ trên toàn mạch điện, còn công suất \[P{\rm{ }} = {\rm{ }}{I^2}R\] là công suất tỏa nhiệt khi mạch có điện trở R, một phần công suất của mạch bị hao phí dưới dạng công suất tỏa nhiệt còn phần lớn là công suất có ích, khi đó \[P = {P_{co{\rm{ }}ich}} + {P_{hao{\rm{ phi}}}} \leftrightarrow UIcos\varphi = {\rm{ }}{P_{co{\rm{ i}}ch}} + {\rm{ }}{I^2}R\]
Mà \[I = \frac{P}{{Uc{\rm{os}}\varphi }} \to {P_{hao{\rm{ phi}}}} = {\left[ {\frac{P}{{U\cos \varphi }}} \right]^2}R\]
Từ công thức tính công suất hao phí trên cho thấy để làm giảm đi công suất hao phí thì người ta tìm cách nâng cao hệ số công suất.
Và trong thực tế thì không sử dụng những thiết bị mà có hệ số công suất \[cos\varphi < {\rm{ }}0,85\]
- Hiệu suất của mạch điện [thiết bị tiêu thụ điện] là \[{\bf{H}} = \frac{{{P_{co{\rm{ i}}ch}}}}{P}.100\% \]
2. Điện năng tiêu thụ của mạch điên
Điện năng tiêu thụ của mạch điện trong thời gian t là: \[{\rm{W}} = P.t\]
II. Hệ số công suất
1. Biểu thức của hệ số công suất
Trong công thức: \[P = UI\cos \varphi \] thì \[\cos \varphi \] được gọi là hệ số công suất.
Vì \[\left| \varphi \right| < {90^0} \Rightarrow 0 \le \cos \varphi \le 1\]
2. Tầm quan trọng của hệ số công suất trong quá trình cung cấp và sử dụng điện năng
Công suất tiêu thụ trung bình của các thiết bị điện trong nhà máy cho bởi:
\[P = UI\cos \varphi ,\cos \varphi > 0\]
Suy ra: \[I = \frac{P}{{U\cos \varphi }}\] nên công suất hao phí trên đường dây tải [có điện trở r] là:
\[{P_{hp}} = r{I^2} = \frac{{r.{P^2}}}{{{U^2}{{\cos }^2}\varphi }}\]
Nếu hệ số công suất nhỏ thì công suất hao phí trên đường dây sẽ lớn, vì vậy người ta phải tìm cách nâng cao hệ số.
3. Tính hệ số công suất của mạch điện RLC nối tiếp
\[\cos \varphi = \frac{{{U_R}}}{U}\] hay \[\cos \varphi = \frac{R}{Z}\]
Công suất trung bình tiêu thụ trong một mạch điện xoay chiều bất kì được tính bởi:
\[P = UI\cos \varphi = {I^2}R\]
=> Công suất tiêu thụ trong mạch điện có R,L,C mắc nối tiếp bằng công suất tỏa nhiệt trên R.
III. Sơ đồ tư duy về công suất tiêu thụ của mạch điện xoay chiều. Hệ số công suất - Vật lí 12
Công suất tiêu thụ là một đại lượng được rất nhiều người quan tâm khi chọn mua một thiết bị điện. Có nhiều công thức tính công suất tiêu thụ điện, mỗi cách sẽ áp dụng vào một trường hợp khác nhau mà không phải ai cũng biết. Trong bài viết ngày hôm nay, TAHICO sẽ giới thiệu đến bạn các công thức tính công suất tiêu thụ có thể áp dụng một cách dễ dàng vào từng trường hợp khác nhau và cho kết quả đúng nhất nhé. //tahico.com/wp-content/uploads/2021/07/ong-thuc-tinh-cong-suat-tieu-thu.mp3
Khái quát về công suất tiêu thụ điện
Khi nhắc về khái niệm công suất, có nghĩa là chúng ta đang nói đế tốc độ và khả năng thực hiện công của một máy móc thiết bị hoặc con người.
Đối với các thiết bị điện, công suất tiêu thụ là đại lượng đặc trưng cho tốc độ sử dụng điện năng của một thiết bị hoặc máy móc. Có nghĩa là đây là đại lượng thể hiện mức độ tổn hao điện khi sử dụng của thiết bị đó. Thiết bị có cống suất tiêu thụ điện càng nhỏ càng tiết kiệm điện và ngược lại.
Công suất tiêu thụ được ký hiệu P.
Các công thức tính công suất tiêu thụ điện
Khi tính công suất tiêu thụ điện năng, cần nắm được tính công suất tiêu thụ của thiết bị điện, mạch điện, công suất tiêu thụ của dòng điện1 pha hay điện 3 pha.
Các thiết bị điện khác nhau khi sử dụng sẽ có công suất tiêu thụ điện khác nhau. Tuỳ theo các đại lượng đi kèm với thiết bị như điện áp, công tiêu thụ, loại mạch điện… sẽ có các công thức tính công suất tiêu thụ khác nhau để cho kết quả chính xác nhất. Trong đó, có 3 công thức tính công suất tiêu thụ dành cho các loại thiết bị và mạch điện như sau:
Công suất tiêu thụ của 1 thiết bị
Thông thường, công suất của các thiết bị điện luôn được thể hiện đầy đủ cụ thể trên tem hoặc nhãn năng lương. Tuy nhiên sau một thời gian sử dụng, công suất của thiết bị sẽ bị thay đổi do hiệu năng bị giảm đi. Lúc này, nếu muốn xác định công suất thiết bị, bạn có thể áp dụng công thức:
Công suất: P = A/t
Trong đó:
- P: công suất tiêu thụ máy [W]
- A: Năng lượng tiêu thụ [s/h]
- t: Thời gian sử dụng thiết bị [s/h]
Công suất tiêu thụ trong đoạn mạch
Tương tự với các thiết bị điện, đoạn mạch cũng có công suất tiêu thụ điện năng đại diện cho tốc độ tiêu thụ điện của đoạn mạch đó. Công thức tính công suất tiêu thụ của đoạn mạch là:
Công suất: P= U.Icosφ
Ý nghĩa đại lượng:
- P: công suất tiêu thụ [W]
- U: Hiệu điện thế đi qua đoạn mạch [V]. Hiệu điện thế tại Việt Nam có giá trị là 220V
- I: Cường độ của dòng điện đi qua mạch [A]
- Cosφ: hệ số công suất của dòng điện [Tỉ lệ giữa công suất thực và công suất biểu kiến]
Công suất tiêu thụ đối với dòng điện 3 pha
Dòng điện 3 pha là dòng điện được sử dụng rất nhiều trong các nhà máy, xí nghiệp đòi hỏi việc vận hành các máy móc thiết bị phức tạp. Dòng điện 3 pha cho hiệu năng sử dụng cao hơn và mạnh hơn rất nhiều so với dòng điện sử dụng tại gia đình.
Công thức tính công suất tiêu thụ của dòng điện 3 pha là sự phát triển của công thức tính công suất trong mạch điện nhưng có sự thay đổi đôi chút. Có 2 công thức tính công suất dòng điện 3 pha:
Cách 1
Công thức: P= U.Icosφ
Công thức này tương tự với công thức công suất của mạch. Điểm khác biệt nằm ở giá trị I là cường độ dòng điện qua mỗi tải và cosφ là hệ số công suất qua mỗi tải.
Cách 2
Đây là công thức có có sự khác biệt vì có thêm yếu tố thời gian dòng điện đi qua tải. Các giá trị U1, U2; I1; I2 là giá trị hiệu điện thế và cường độ dòng điện qua mỗi pha.
Công thức: P = [U1*I1 + U2*I2 + U3*I3] * H
Trong đó:
- U: Hiệu điện thế đi qua mỗi pha [V]
- I: Cường độ của dòng điện đi qua mỗi pha [A]
- H: Thời gian tính dòng điện qua mạch [h]
Cách tính công suất tiêu thụ của một số thiết bị điện
Dưới đây là một số cách tính công suất tiêu thụ của một số thiết bị thông dụng nhất, mọi người tham khảo.
Điều hòa nhiệt độ
Hộ gia đình thường sử dụng hai loại điều hoà có với chỉ số BTU nhiều nhất là 9000 BTU và 12000 BTU tương đương với công suất 850 – 1500W. Như vậy, sau mỗi giờ hoạt động điều hòa nhiệt độ sẽ tiêu thụ khoảng 0,8 – 1,5 số điện.
Quạt điện
Quạt điện thường có công suất khá nhỏ chỉ vào khoảng 50 – 70W đo đó quạt điện chạy liên tục gần một ngày mới dùng hết 1 số điện.
Máy rửa xe ô tô
Thông thường công suất của máy rửa xe dao động từ 1200 – 1800W, máy rửa xe áp lực cao sẽ dao động từ 2200 – 7500W. Như vậy trong một tiếng sử dụng máy liên tục, thiết bị sẽ tiêu thụ hết khoảng 1,2 – 7,5 số điện.
Máy hút bụi công nghiệp
Máy hút bụi trên thị trường hiện nay có công suất là 1000 – 3000W. Suy ra trong khoảng 1 tiếng thì thiết bị làm việc liên tục sẽ tiêu thụ hết khoảng 1kWh – 3kWh [tương đương 1 – 3 số điện].
Thiết bị đo công suất tiêu thụ điện
Để đo công suất tiêu thụ điện một cách dễ dàng, sử dụng các loại đồng hồ đo công suất điện gia dụng chuyên dụng hoặc đồng hồ ampe.
- Ampe kìm đo dòng AC/DC MA220 [400A] Extech
- Ampe kìm AC Hioki 3280-20F
- Ampe kìm 3282 Hioki
Trên đây là các công thức tính công suất tiêu thụ điện thường sử dụng. Hy vọng bài viết sẽ hữu ích đối với bạn.
>>>>> Xem chi tiết Các cách tính công suất tiêu thụ điện 3 pha hiện nay