Содержание
§ 13. Работа и мощность электрического тока
Электрическая энергия. В природе и технике непрерывно происходят процессы превращения энергии из одного вида в другой (рис. 30). В источниках электрической энергии различные виды энергии превращаются в электрическую энергию. Например, в электрических генераторах 1, приводимых во вращение каким-либо механизмом, происходит превращение в электрическую энергию механической, в термогенераторах 2 — тепловой, в аккумуляторах 9 при их разряде и гальванических элементах 10 — химической, в фотоэлементах 11 — лучистой.
Приемники электрической энергии, наоборот, электрическую энергию превращают в другие виды энергии — тепловую, механическую, химическую, лучистую и пр. Например, в электродвигателях 3 электрическая энергия превращается в механическую, в электронагревательных приборах 5 — в тепловую, в электролитических ваннах 8 и аккумуляторах 7 при их заряде — в химическую, в электрических лампах 6 — в лучистую и тепловую, в антеннах 4 радиопередатчиков — в лучистую.
Рис. 30. Пути превращения энергии из одного вида в другой
Мерой количества энергии является работа. Работа W, совершаемая электрическим током за время t при известном напряжении U силе тока I, равна произведению напряжения на силу тока и на время его действия:
W = UIt (29)
Работа, совершаемая электрическим током силой 1 А при напряжении 1 В в течение 1 с, принята за единицу электрической энергии. Эта единица называется джоулем (Дж). Джоуль, который называют также ватт-секундой (Вт*с), — очень маленькая единица измерения, поэтому на практике для измерения электрической энергии приняты более крупные единицы — ватт-час (1 Вт*ч = 3600 Дж), киловатт-час (1 кВт*ч = 1000 Вт*ч = 3,6*106 Дж), мегаватт-час (1 МВт*ч=1000 кВт*ч=3,6*109 Дж).
Электрическая мощность. Энергия, получаемая приемником или отдаваемая источником тока в течение 1 с, называется мощностью. Мощность Р при неизменных значениях U и I равна произведению напряжения U на силу тока I:
P = UI (30)
Используя закон Ома для определения силы тока и напряжения в зависимости от сопротивления R и проводимости G, можно получить и другие выражения для мощности.
Если заменить в формуле (30) напряжение U=IR или силу тока I=U/R=UG, то получим
P = I2R (31)
или
P = U2/R = U2G (32)
Следовательно, электрическая мощность равна произведению квадрата силы тока на сопротивление, или электрическая мощность квадрату напряжения, поделенному на сопротивление, либо квадрату напряжения, умноженному на проводимость.
Мощность, которая создается силой тока 1 А при напряжении 1 В, принята за единицу измерения мощности и называется ватт (Вт). В технике мощность измеряют более крупными единицами: киловаттами (1 кВт =1000 Вт) и мегаваттами (1 МВт=1 000 000 Вт).
Потери энергии и коэффициент полезного действия. При превращении электрической энергии в другие виды энергии или наоборот не вся энергия превращается в требуемый вид энергии, часть ее непроизводительно затрачивается (теряется) на преодоление трения в подшипниках машин, нагревание проводов и пр.
Эти потери энергии неизбежны в любой машине и любом аппарате.
Отношение мощности, отдаваемой источником или приемником электрической энергии, к получаемой им мощности, называется коэффициентом полезного действия источника или приемника. Коэффициент полезного действия (к. п. д.)
? = P2/P1 = P2/(P2 + ?P) (33)
где
Р2 — отдаваемая (полезная) мощность;
Р1 — получаемая мощность;
?Р — потери мощности.
К. п. д. всегда меньше единицы, так как в любой машине и любом аппарате имеются потери энергии. Иногда к. п. д. выражают в процентах. Так, тяговые двигатели электровозов и тепловозов имеют к. п. д. 86—92 %, мощные трансформаторы — 96—98 %, тяговые подстанции — 94—96 %, контактная сеть электрифицированных железных дорог — около 90 %, генераторы тепловозов — 92—94 %.
Рассмотрим в качестве примера распределение энергии в электрической цепи (рис.
31). Генератор 1, питающий эту цепь, получает от первичного двигателя 2 (например, дизеля) механическую мощность Рmx = 28,9 кВт, а отдает электрическую мощность Рэл = 26 кВт (2,9 кВт составляют потери мощности в генераторе). Поэтому он имеет к. п. д. ?ген = Рэл/Рmx = 26/28,9 = 0,9.
Мощность Рэл = 26 кВт, отдаваемая генератором, расходуется на питание электрических ламп (6 кВт), на нагрев электрических плиток (7,2 кВт) и на питание электродвигателя (10,8 кВт). Часть мощности ?Pпр = 2 кВт теряется на бесполезный нагрев проводов, соединяющих генератор с потребителями.
Рис. 31. Схема преобразования энергии в электрической цепи
В каждом приемнике электрической энергии также имеют место потери мощности. В электрическом двигателе 3 потери мощности составляют 0,8 кВт (он получает из сети мощность 10,8 кВт, а отдает только 10 кВт), поэтому к. п. д. ?дв = 10/10,8 = 0,925. Из мощности 6 кВт, полученной лампами, лишь незначительная часть идет на Создание лучистой энергии, большая часть ее бесполезно рассеивается в виде тепла.
В электрической плитке на нагрев пищи расходуется не вся полученная мощность 7,2 кВт, так как часть созданного ею тепла рассеивается в окружающем пространстве. При рассмотрении электрических цепей наряду с определением токов и напряжений, действующих на отдельных участках, необходимо определять и передаваемую по ним мощность. При этом должен соблюдаться так называемый энергетический баланс мощностей. Это означает, что мощность, получаемая каким-либо устройством (источником тока или потребителем) или участком электрической цепи, должна быть равна сумме отдаваемой ими мощности и потерь мощности, которые возникают в данном устройстве или участке цепи.
Что такое мощность тока
Мощность тока это количество электрической энергии, потребляемой за секунду. Для того, чтобы определить мощность, умножаем величину напряжения, при котором работает потребитель на силу тока, проходящего через него. Чем большее количество электроэнергии потребляется за промежуток времени, равный секунде, тем большее количество работы выполняется тем или иным потребителем.
Самой главной характеристикой любой установки, предназначенной для выполнения какой либо работы, называют мощность.
Расчет мощности
Всем известно, что подведенное к потребителю напряжение, означает количество работы, совершаемой электрическим полем, при перемещении через потребителя одного кулона электричества. Количество кулонов, прошедших за одну секунду, выражается силой тока, измеряемой в амперах. При умножении работы, совершенной всеми зарядами, на кол-во этих зарядов, которые прошли за одну секунду, мы получим в итоге всю работу электрического поля за этот промежуток времени. Фактически, это и будет потребленная мощность того или иного прибора. Измерение осуществляется в ваттах и киловаттах.
Единица измерения мощности названа в честь английского механика – изобретателя Джеймса Ватта (Уатта) (1736 – 1819), создателя универсальной паровой машины.
Один ватт – это мощность, выделяемая в проводнике, когда напряжение электрического поля на концах проводника составляет один вольт, а сила тока в проводнике – один ампер.
Мощность тока в 1000 ватт называется 1 киловатт (Квт).
Существует два основных вида мощности
- Активная электрическая – преобразуется безвозвратно в другие виды энергии (световую, тепловую, механическую и др.). Измеряется в ваттах, киловаттах, мегаваттах;
- Реактивная электрическая – величина, характеризующаяся такой электрической нагрузкой, создаваемой потребителями колебаниями энергии электромагнитного поля. Характерна для двигателей. Единица измерения – вольт – ампер реактивный (ВАр).
Существует такое понятие, как допустимая суммарная мощность. Она определяет количество потребителей, которые могут быть одновременно подключены к сети и зависит от технических характеристик сети. Недопустимо одновременное подключение суммарной мощностью, превышающей нормативную. Это может привести к увеличению силы тока, перегрузке проводки, короткому замыканию.
Как определить мощность тока
В бытовых условиях израсходованную электроэнергию измеряют при помощи электрического счетчика.
Во время прохождения тока через счетчик, внутри происходит вращение облегченного алюминиевого диска. Вращение диска происходит со скоростью, пропорциональной напряжению и силе. Число сделанных оборотов за определенное количество времени, показывает работу тока, совершенную за это время. Измерение работы тока производится в киловатт часах (кВт/ч).
Технология электроэнергетики – Университет Хьюстона
- UH Home
- Технологический колледж
- Программы
- Бакалавриат
- Технология электроэнергетики
Приведение в действие мировых технологий
Программа «Технология электроэнергетики» аккредитована Комиссией по аккредитации инженерных технологий ABET, http://www.
abet.org.
Целью программы «Технология электроэнергетики» является предоставление студентам высококачественного ориентированного на приложения образования бакалавриата на основе современного технологического оборудования, связанного с электротехникой. Эта цель достигается с помощью нескольких задач, таких как продолжение обновления конкретных курсов в программе, чтобы обеспечить соответствие последним изменениям в отрасли, поддержка разработки соответствующих компьютерных средств, содействие интеграции передовых технологий во все курсы и поощрение профессионального роста и развития. факультета. Программа предназначена для удовлетворения образовательных потребностей городского сообщества Хьюстона путем создания климата, способствующего самосознанию, личностному росту и стремлению к обучению на протяжении всей жизни.
Студенты, изучающие технологию электроэнергетики, получают прочную основу в области измерительных систем, преобразования аналоговых и цифровых сигналов, аппаратного и программного обеспечения микропроцессоров, промышленной электроники и вращающихся машин.
У студентов есть возможность выбрать дополнительную курсовую работу по системам управления, электроэнергетике или их комбинации. Хотя аналоговая электроника остается важной, одной из самых новых и быстро развивающихся областей является применение компьютеров для управления; это может быть контроль в рамках какого-либо производимого продукта или контроль некоторого производственного процесса. Производителям электрических систем и машин нужны технологи-электроэнергетики, знакомые с машинами и средствами управления машинами, как традиционными, так и с компьютерным управлением. Электротехническая промышленность поставляет и контролирует трансформаторы, двигатели, генераторы, распределительные устройства и защитное оборудование, необходимое для питания домов, предприятий и отраслей. Технологи-электроэнергетики планируют электрические системы и модификации существующих электрических систем, которые генерируют и используют большое количество электроэнергии, необходимой для экономичных, безопасных и функциональных распределительных сетей.
Выпускники специальности «Технологии электроэнергетики» понимают, проектируют, анализируют и эффективно работают в промышленных условиях, используя системы управления продуктом / процессом и системы электроснабжения. Выпускники работают в нефтехимических компаниях, пищевой промышленности, сталелитейной промышленности, коммунальном хозяйстве, электрооборудовании, продажах, производстве и тестировании, а также во множестве других разнообразных отраслей.
Учебная программа
Учебная программа по технологии электроэнергетики включает: электрические и многофазные цепи; цифровые схемы и системы; микропроцессорная архитектура; программируемые логические контроллеры и системы управления двигателями; электроэнергетические системы и промышленная практика; электрические машины; защита энергосистемы, вопросы силовой электроники и качества электроэнергии, альтернативные/возобновляемые источники энергии; управление проектами и проектирование электрических систем. Основные курсы университета дают возможность улучшить навыки письма и пройти курс гуманитарных наук.
Математика и физика обеспечивают основу для изучения материала курса электроэнергетики.
Карьера после окончания учебы
Студенты, получившие степень бакалавра наук в области технологии электроэнергетики, выбирают из множества профессий в области управления электроэнергией и приложений, а также проектирования систем и оборудования электроэнергетики.
Образец компаний, нанимающих выпускников электроэнергетических специальностей
Reliant Energy, Centerpoint, Toshiba International Corp, Fluor, Bechtel, Emerson, Cooper Bussmann, R&B Falcon, GE S&S Energy Products, Integrated Power Systems Corp., M.W. Kellogg, Powell Industries, Inc., Hooks and Associates, Ross Hill-Anselmo , Oncor Electric Delivery, Matrikon International Inc., R. Stahl Inc., Burns and McDonnel, Dashiell Corporation.
Карта карьеры: инженер-электрик | Министерство энергетики
Офис технологий ветроэнергетики
| Должность Должность | Инженер-электрик |
|---|---|
| Альтернативное(ые) название(я) | Инженер-электроник, инженер-проектировщик, энергосистемы, инженер по трансмиссии |
| Уровень образования и профессиональной подготовки | Продвинутый уровень, требуется степень бакалавра, желательно высшее образование |
| Уровень образования и обучения Описание | Инженеры-электрики должны иметь степень бакалавра. Работодатели также ценят практический опыт, поэтому выпускники совместных инженерных программ, в которых студенты получают академический кредит за структурированный опыт работы, также ценны. |
| Краткое описание работы | Инженеры-электрики проектируют, разрабатывают, тестируют и контролируют производство электрических компонентов турбин, включая электродвигатели, средства управления оборудованием, освещение и электропроводку, генераторы, системы связи и системы передачи электроэнергии. |
| Предпочтительный уровень образования | Высшее образование (магистр инженерных наук или бакалавр технических наук и магистр в смежных областях) |
| Предпочтительный уровень опыта | Дополнительную информацию см. в Бюро трудовой статистики. |
| Расчетная/ожидаемая заработная плата | Дополнительную информацию см. в Бюро трудовой статистики. |
| Профиль работы |
Инженеры-электрики применяют свое образование и обучение по-разному во всех секторах ветроэнергетики. Основная роль инженеров-электриков заключается в проектировании, разработке, тестировании и надзоре за производством электрических компонентов турбин, включая электродвигатели, средства управления оборудованием, освещение и электропроводку, генераторы, системы связи и системы передачи электроэнергии. Они отвечают за разработку и внедрение систем, использующих электричество для управления турбинными системами или сигнальными процессами. Инженеры-электрики работают над сложными электронными системами, используемыми для управления турбиной. Используя SCADA (диспетчерское управление и сбор данных), они внедряют системы, которые управляют турбиной (турбинами) удаленно и передают данные о турбине для будущего анализа. Они обеспечивают правильную работу силовой электроники и всех элементов управления турбиной, обеспечивающих безопасность, сеть и производство электроэнергии. Инженеры-электрики являются основным связующим звеном между операторами системы передачи и проектными группами в области исследований и разработок. В этой роли они несут ответственность за определение электрических требований для соединений переменного и постоянного тока, наземных и морских сетей как для твердых требований, так и для прогнозируемого развития. Инженеры-электрики могут работать в организации в качестве инженера-электрика или на другой должности, например инженера-проектировщика, инженера по энергосистемам или трансмиссии, или инженера по продажам. Инженеры-электрики также могут работать в области исследований, используя свой опыт для исследования, разработки и оценки электронных устройств и систем, или в областях образования и обучения, проводя исследования и обучая студентов для поступления на работу. Обычно инженеры-электрики делают следующее:
|
| Профессиональные навыки |
|
Они должны быть в состоянии четко объяснить свои проекты и рассуждения, а также передавать инструкции во время разработки и производства продукта. Им также может потребоваться объяснить сложные вопросы клиентам, у которых мало или нет технических знаний. 
Добавить комментарий