Практико-ориентированное задание «Расчет потребляемой жилым помещением мощности электрического тока»

Автор: Трофимова Анна Александровна

Организация: МОУ «Средняя школа №9»

Населенный пункт: Республика Мордовия, г.о.Саранск

С самых первых шагов внедрения электрической энергии в жизнь и быт людей инженеры и разработчики много внимания уделяли способам подключения потребителей электрической энергии - последовательному, параллельному и смешанному способам. При этом каждый способ обладает своими принципиальными особенностями.

Если через несколько соединенных между собой электрических устройств проходит один и тот же ток, это подключение называется последовательным. При этом подаваемое напряжение делится между всеми устройствами цепи в зависимости от значений их индивидуальных сопротивлений. Чем больше показатель последнего, тем выше напряжение на конкретном оборудовании. При выходе из строя любого потребителя при последовательном соединении, цепь будет полностью обесточена.

Цепи последовательного питания имеют широкое применение как среди бытового, так и промышленного оборудования. Одним из наиболее ярких примеров выступает освещение в вагонах поездов, фонарики и гирлянды. Показателем того, что во всех этих случаях питание выполнено по последовательной схеме, является общее сопротивление цепи, которое равно сумме сопротивлений отдельных устройств, а падение напряжения на каждом пропорционально его сопротивлению.

Этот же принцип применим к источникам питания, где несколько компонентов, таких как аккумуляторы или батарейки, могут быть соединены последовательно для обеспечения требуемого выходного напряжения.

Пример: выполним последовательное подключение двух нагревателей по 2000 Вт в сеть 230 Вольт. На выходе мы получим не 4000, а всего 1000 Вт, поскольку их производительность снизится в 4 раза. При подключении еще одного нагревателя с аналогичными характеристиками на выходе будет всего 666 Вт или в 9 раз меньше.

Стоит отметить, что при последовательном подключении сильно возрастает общее сопротивление цепи.

В то же время наиболее распространенным способом электрического соединения как в быту, так и на производстве является параллельное соединение.

Наиболее важной особенностью параллельных цепей питания является то, что они позволяют распределять электроэнергию на несколько нагрузок, поддерживая при этом постоянное напряжение на каждой. Если использовать это соединение на примере электронагревателей, получается, что напряжение будет одинаково на каждом подключенном устройстве, но ток может варьироваться в зависимости от сопротивления на каждой отдельной ветви.

Преимуществом параллельных цепей является то, что они обеспечивают резервирование в случае отказа одного компонента. Например, если один нагреватель выходит из строя или целая ветвь цепи, другие продолжают нормально работать. Кроме того, параллельное соединение позволяет одновременно использовать несколько источников питания, которые не будут влиять на работу друг друга. Это касается и отключения ненужного в конкретный промежуток времени оборудования.

Одним из основных недостатков параллельного подключения является сложность проектирования и устранения неполадок по сравнению с последовательным. Это связано с тем, что каждая линия имеет свой набор компонентов, которые необходимо правильно подобрать и установить. Кроме того, создание параллельных цепей может быть более дорогостоящим из-за необходимости в дополнительной проводке и компонентах.

Пример: возьмем два одинаковых нагревателя мощностью 2000 Вт с напряжением 230 В, которые параллельно подключены к сети 230 Вольт. Поскольку напряжения совпадают, суммарная мощность их работы будет составлять 4000 Вт. Если подключим третий аналогичный нагреватель, на выходе будет 6000Вт. При каждом последующем подключении нагревателя общее сопротивление цепи будет снижаться.

При смешанном комбинированном соединении потребителей электрической энергии группы потребителей подключаются по параллельном соединении, а внутри группы потребители могут быть соединены последовательно.

 

Практико-ориентированное задание

Тема: Расчет потребляемой жилым помещением мощности электрического тока

Цель: закрепить на практике справедливость законов электрического тока для последовательного и параллельного соединения проводников электроприборов, находящихся у вас дома.

Задачи:

образовательные: сформировать умения по применению закона электрического тока на практике, производить расчет потребляемой помещением мощности электрического тока ссылаясь на параллельное и последовательное соединенных проводников, умения записывать и математически обрабатывать измеренные величины.

развивающие: развитие мышления, памяти, внимания, исследовательских способностей обучающихся, наблюдательности; развитие умения логически мыслить, умение анализировать и применять знания, делать выводы.

воспитательные: продолжить воспитание отношения к физике как к экспериментальной науке.

Тип урока: проверки и закрепления ЗУН

Оборудование: различные электроприборы

Ход работы:

1. Для расчета необходимо выбрать из таблицы 1 электроприборы, которые имеются у вас и подсчитать их суммарную мощность. Если потребителей (например, телевизоров или лампочек) больше одного - мощность из таблицы умножается на соответствующее количество.

Таблица 1.

Мощность основных бытовых электроприборов

Электроприбор	Мощность, кВт/ч (за единицу)
Приведенные значения потребляемой мощности ориентировочные, взяты из технических паспортов соответствующего оборудования
Лампа накаливания (40 Вт / 60 Вт / 100Вт)	0,04 / 0,06 / 0,1
Компактная люминесцентная лампа («энергосберегающая», 40 Вт / 60 Вт / 100Вт)	0,013 / 0,016 / 0,03
Светодиодная лампа (40 Вт / 60 Вт / 100Вт)	0,005 / 0,01 / 0,015
Люминесцентная лампа дневного света, 40 Вт	0,04
Электрокотел	5 - 15
Газовый котел с электронасосом	0,1 – 0,5
Холодильник	0,025 - 0,5
Электроплита	3,3 - 8
Кухонная вытяжка	0,1 - 0,3
Посудомоечная машина	1,2 – 3,5
Электроподжиг газовой плиты	0,1
Проточный водонагреватель	3,5 - 5
Современный телевизор (плазма, ЖК, LCD и т.д.)	0,03 – 0,4
Автоматическая стиральная машина	1,5 - 3,5
Электродуховка	1,2 - 4
Утюг, паровая станция	0,8 - 3
Электрочайник	0,6 - 3
Масляный обогреватель	0,8 - 2,5
Микроволновая (СВЧ) печь	0,5 - 0,8
Аэрогриль	0,8 – 1,5
Инфракрасный обогреватель	0,3 - 3
Домашний тепловентилятор	0,8 – 2,5
Фен	0,7 – 2,5
Кофеварка, кофемашина	0,35 – 2,3
Хлебопечь	0,4 - 1
Кондиционер	1 - 5
Зарядка для мобильного телефона	0,004
Пылесос	0,6 - 2,7
Сушильная машина	1,9 - 2,8
Мультиварка, пароварка	0,8 - 2
Компьютер, принтер, МФУ	0,3 - 1
Ноутбук	0,06 - 0,15
Аудиосистема, музыкальный центр и т.д.	0,03 - 2
Кухонный комбайн	0,2 - 1,5
Мясорубка	0,23 - 3
Бойлер (50-200 литров)	1,5 - 6
Блендер	0,15- 1,35
Насос погружной	0,5 - 5
Электроодеяло	0,1 - 0,3
Морозильные шкафы, камеры	0,15 - 0,5
Тёплый пол	0,15 - 0,21 на 1м2
Игровая приставка	0,06 - 0,2
Фонарь уличный	0,01 - 0,1

 

Таблица 1.

Ведомость потребителей электроэнергии (ориентировочная)

Наименование оборудования	Рн, кВт (за ед.)	Uн, В сети
Лампа накаливания	0,04…0,10	220
Лампа люминесцентная	0,04	220
Лампа светодиодная	0,02	220
Лампа галогенная	0,04	220
Розеточное место	0,1	220
Холодильник	0,5	220
Электроплита	4	220
Кухонная вытяжка	0,3	220
Посудомоечная машина	1,5	220
Измельчитель отходов	0,4	220
Электроподжиг плиты	0,1	220
Аэрогриль	1,2	220
Чайник	2,3	220
Кофемашина	2,0	220
Стиральная машина	1,5	220
Духовой шкаф	1,2	220
Посудомоечная машина	1,2	220
СВЧ-печь	1,3	220
Гидромассажная ванна	0,6	220
Сауна	6,0	380
Котел электрический	6-24	380
Котел газовый	0,2	220
Насосное оборудование котельной	0,8	220
Система химводоподготовки	0,2	220
Привод ворот	0,4	220
Телевизор «Плазма»	0,4	220
Освещение улицы	1,0	220
Компьютерное место	0,9	220
Электрический теплый пол	0,1-1,2	220
Септик	0,3-1,0	220
Канализационно-напорная станция	0,3-2,5	220-380
Кондиционер	1,5	220
Вентиляционная установка	0,3-7,4	220-380
Сауна	3,8-14	220-380
Электрокамин	0,3	220
Проводы рольставен	0,3	220
Электрические полотенцесушители	0,3-1,2	220
Парогенератор	2,0-7,0	380
Скважный насос	0,8-5,0	220-380

 

2. Холодильники, стиральные машины, дрели и прочее оборудование с электродвигателями обладает также реактивной составляющей мощности. Для таких электроприборов необходимо вычислить полную мощность (измеряется в Вольт-Амперах (ВА)), которая, в отличие от описанного выше, не будет равна активной мощности. Соотношение между полной и активной мощностью выражается формулой: P_полная = P_{активная} / cos (φ).

Сos(φ) указывается в документации и на бирке электроприбора (встречается обозначение PF – Power Factor). При отсутствии данных допустимо принять cos(φ) в пределах 0,7-0,8.

Например, если P активная мощность электродрели составляет 700 Вт, то P полная рассчитывается как 700 / 0,7 = 1000 ВА.

То есть, для точного расчета суммарной мощности нагрузки нужно сложить полную мощность всех выбранных приборов (в Вольт-Амперах). Для электроприборов без двигателей полная мощность будет равна активной.

3. Далее необходимо умножить полученную сумму на коэффициент из таблицы 2, выбрав его в зависимости от полученной суммарно потребляемой мощности.

Таблица 2.

Коэффициенты спроса

(приведены согласно нормативам для квартир повышенной комфортности)

Заявленная мощность, кВт	до 14	20	30	40	50	60	70 и более
Коэффициент спроса	0,8	0,65	0,6	0,55	0,5	0,48	0,45

Пример: если сумма потребителей у вас получилась 17 кВт, то, согласно таблице, коэффициент спроса будет равен 0,65: 17 х 0,65 = 11,05. Таким образом, ориентировочное значение потребляемой мощности равно 11,05 кВт.

4. Произвести расчеты.

5. Подведение итогов.

 

 

1. file0.docx (24,8 КБ)

Опубликовано: 02.11.2024