Номинальная мощность

В электротехнике и машиностроении номинальная мощность оборудования — это максимальная мощность, разрешенная для прохождения через определенное оборудование. В зависимости от конкретной дисциплины термин « мощность» может относиться к электрической или механической мощности. Номинальная мощность может также включать среднюю и максимальную мощность, которые могут различаться в зависимости от типа оборудования и его применения.

Пределы номинальной мощности обычно устанавливаются производителями в качестве ориентира, защищая оборудование и упрощая конструкцию крупных систем, обеспечивая уровень эксплуатации, при котором оборудование не будет повреждено, но при этом обеспечивая определенный запас прочности.

Типы оборудования

Рассеивающее оборудование

В оборудовании, которое в первую очередь рассеивает электрическую мощность или преобразует ее в механическую, таком как резисторы и динамики , номинальная мощность обычно представляет собой максимальную мощность, которая может быть безопасно рассеяна оборудованием. Обычной причиной этого ограничения является тепло , хотя в некоторых электромеханических устройствах, в частности, динамиках, это делается для предотвращения механических повреждений. Когда тепло является ограничивающим фактором, номинальная мощность легко рассчитывается. Во-первых, необходимо рассчитать количество тепла, которое может быть безопасно рассеяно устройством, . Это связано с максимальной безопасной рабочей температурой , температурой окружающей среды или диапазоном температур, в котором будет работать устройство, и методом охлаждения . Если — максимальная безопасная рабочая температура устройства, — температура окружающей среды, а — общее тепловое сопротивление между устройством и окружающей средой, то максимальное рассеивание тепла определяется по формуле $P_{D,макс}$ $T_{D,макс}$ $T_{A}$ $\theta _{DA}$

P_{D,max}={\frac {T_{D,max}-T_{A}}{\theta _{DA}}}

Если вся мощность устройства рассеивается в виде тепла, то это также номинальная мощность.

Механическое оборудование

Оборудование обычно оценивается по мощности, которую оно будет выдавать, например, на валу электро- или гидромотора. Мощность, потребляемая оборудованием, будет больше из-за менее чем 100% эффективности устройства. ^[1]^[2]^[3] Эффективность устройства часто определяется как отношение выходной мощности к сумме выходной мощности и потерь. В некоторых типах оборудования можно измерить или рассчитать потери напрямую. Это позволяет рассчитать эффективность с большей точностью, чем частное от деления входной мощности на выходную мощность, где относительно небольшая погрешность измерения будет сильно влиять на результирующую расчетную эффективность.

Оборудование для преобразования энергии

В устройствах, которые в первую очередь преобразуют между различными формами электроэнергии, например, трансформаторы , или транспортируют ее из одного места в другое, например, линии электропередачи , номинальная мощность почти всегда относится к максимальному потоку мощности через устройство, а не рассеиванию внутри него. Обычной причиной ограничения является тепло, а максимальное рассеивание тепла рассчитывается, как указано выше.

Номинальные мощности обычно указываются в ваттах для активной мощности и в вольт-амперах для полной мощности , хотя для устройств, предназначенных для использования в больших энергосистемах, оба могут быть указаны в системе единиц . Кабели обычно оцениваются по максимальному напряжению и допустимой токовой нагрузке . ^[4] Поскольку номинальная мощность зависит от метода охлаждения, для воздушного охлаждения, водяного охлаждения и т. д. могут быть указаны различные номинальные значения. ^[4]

Среднее против максимального

Для устройств, работающих от переменного тока (например, коаксиальный кабель , громкоговорители ), может быть даже два номинала мощности: максимальный (пиковый) и средний. ^[5]^[6] Для таких устройств пиковый номинал мощности обычно определяет низкочастотную или импульсную энергию, в то время как средний номинал мощности ограничивает высокочастотную работу. ^[5] Расчет среднего номинала мощности зависит от некоторых предположений о том, как будет использоваться устройство. Например, метод оценки EIA для громкоговорителей использует сформированный шумовой сигнал, который имитирует музыку и допускает пиковое отклонение 6 дБ, поэтому рейтинг EIA 50 Вт соответствует пиковому рейтингу 200 Вт. ^[6]

Максимальный непрерывный рейтинг

Максимальная непрерывная мощность ( MCR ) определяется как максимальная мощность (МВт), которую электростанция способна производить непрерывно в нормальных условиях в течение года. В идеальных условиях фактическая мощность может быть выше MCR. ^[7]

В судоходстве суда обычно работают на номинальной непрерывной мощности ( NCR ), которая составляет 85% от 90% MCR. 90% MCR обычно является контрактной мощностью, на которую рассчитан винт. Таким образом, обычная мощность, на которой работают суда, составляет около 75% - 77% от MCR. ^[8]

Другие определения

В некоторых областях техники используется даже более сложный набор номинальных мощностей. Например, двигатели вертолетов оцениваются по постоянной мощности (которая не имеет временных ограничений), взлетной и висящей мощности (определяется как работа от половины до одного часа), максимальной резервной мощности (которая может поддерживаться в течение двух-трех минут) и аварийной (полминуты) мощности. ^[9]

Для электродвигателей подобный тип информации передается с помощью сервис-фактора , который является множителем, 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 этот показатель ниже для двигателей большей мощности. За каждый час работы при номинальной мощности, скорректированной с помощью сервис-фактора, двигатель теряет два-три часа жизни при номинальной мощности, т. е. его срок службы сокращается менее чем наполовину при непрерывной работе на этом уровне. ^[4]^[10] Сервис-фактор определен в стандарте ANSI / NEMA MG 1 ^[11] и обычно используется в Соединенных Штатах. ^{[12] Стандарта}IEC для сервис-фактора не существует . ^[13]

Превышение номинальной мощности устройства более чем на предел безопасности, установленный производителем, обычно приводит к повреждению устройства, заставляя его рабочую температуру превышать безопасные уровни. В полупроводниках непоправимый ущерб может возникнуть очень быстро. Превышение номинальной мощности большинства устройств в течение очень короткого периода времени не является вредным, хотя регулярное его превышение иногда может привести к кумулятивному ущербу.

Номинальная мощность электроприборов 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. Кратковременные перегрузки, вызывающие высокие температуры и ухудшение изоляции, могут считаться приемлемым компромиссом в чрезвычайных ситуациях. Номинальная мощность коммутационных устройств варьируется в зависимости от напряжения цепи, а также тока. В некоторых аэрокосмических или военных приложениях устройство может выдерживать гораздо более высокую номинальную мощность, чем было бы принято в устройствах, предназначенных для работы в течение длительного срока службы.

Примеры

Аудио усилители

Номинальные мощности аудиоусилителей обычно устанавливаются путем приведения тестируемого устройства к началу ограничения , к предопределенному уровню искажений, который варьируется в зависимости от производителя или линейки продуктов. Приведение усилителя к уровню искажений 1% даст более высокий рейтинг, чем приведение его к уровню 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 рабочими каналами. Производители могут использовать эти методы для продвижения усилителей, чья заявленная максимальная выходная мощность включает некоторое количество ограничения, чтобы показать более высокие цифры. ^[14]

Например, Федеральная торговая комиссия (FTC) установила систему оценки усилителей, в которой устройство тестируется с обоими каналами, работающими во всем его заявленном диапазоне частот, при уровне искажений, не превышающем его опубликованный уровень. Однако система оценки Ассоциации электронной промышленности (EIA) определяет мощность усилителя путем измерения одного канала на частоте 1000 Гц с уровнем искажений 1% — 1% отсечения. Использование метода EIA оценивает усилитель на 10–20% выше, чем метод FTC. ^[14]

Фотоэлектрические модули

Номинальная мощность фотоэлектрического модуля определяется путем измерения тока и напряжения при изменении сопротивления при определенном освещении. Условия указаны в таких стандартах, как IEC 61215, IEC 61646 и UL 1703; в частности, интенсивность света составляет 1000 Вт/м ² , со спектром, аналогичным солнечному свету, падающему на поверхность Земли на широте 35° N летом ( воздушная масса 1,5), и температурой ячеек 25 °C. Мощность измеряется при изменении резистивной нагрузки на модуле между разомкнутой и замкнутой цепью.

Максимальная измеренная мощность — это номинальная мощность модуля в Ваттах. В разговорной речи это также записывается как «W _p »; этот формат является разговорным, поскольку он выходит за рамки стандарта из-за добавления суффиксов к стандартизированным единицам . Номинальная мощность, деленная на мощность света, которая падает на модуль (площадь x 1000 Вт/м ² ), — это эффективность .

Смотрите также

Эффективная излучаемая мощность , нормативный аналог для вещания в диапазонах VHF, UHF и FM

Ссылки

^ Энтони Г. Аткинс; Тони Аткинс; Марсель Эскудье (2013). Словарь по машиностроению. Oxford University Press . стр. 269. ISBN 978-0-19-958743-8.
^ Альберт Туманн (2010). Руководство по энергосбережению для инженеров и менеджеров предприятий. Fairmont Press, Inc. стр. 320. ISBN 978-0-88173-657-1.
^ Уильям Дж. Эклс (2008). Прагматическая сила. Morgan & Claypool Publishers. стр. 74. ISBN 978-1-59829-798-0.
^ abc Mukund R. Patel (2012). Введение в электроэнергетику и силовую электронику. CRC Press . С. 54–55. ISBN 978-1-4665-5660-7.
^ ab Jerry C. Whitaker, ed. (2005). Справочник по электронике, второе издание. CRC Press. стр. 314–315. ISBN 978-1-4200-3666-4.
^ ab Gary Davis; Ralph Johnes (1989). Справочник по звукоусилению (2-е изд.). Hal Leonard Corporation . стр. 232. ISBN 978-1-61774-545-4.
^ "IESO". Архивировано из оригинала 2013-09-03.
^ Датское предложение по индексу CO2 для проектирования новых судов в Международную морскую организацию ООН (ИМО) от Датского морского управления ^{[ постоянная неработающая ссылка ‍ ]}
^ Джон М. Седдон; Саймон Ньюман (2011). Основы аэродинамики вертолета (3-е изд.). John Wiley & Sons . стр. 231. ISBN 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) 2014-02-22 . Получено 2014-02-11 .{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)
^ Хамид А. Толият; Джеральд Б. Климан (2004). Справочник по электродвигателям. CRC Press. стр. 181. ISBN 978-0-8247-4105-1.
^ Стив Сенти (2012). Основы управления моторикой. Cengage Learning. стр. 81. ISBN 978-1-133-70917-6.
^ abc Quilter, Patrick (2004). "Как сравнивать номинальные мощности усилителей". Архивировано 2010-01-11 в Wayback Machine Sound and Song . Получено 18 марта 2010 г.