В электротехнике и машиностроении номинальная мощность оборудования — это наибольшая потребляемая мощность , которая может проходить через конкретное оборудование. В зависимости от конкретной дисциплины термин « мощность» может относиться к электрической или механической энергии. Номинальная мощность также может включать среднюю и максимальную мощность, которая может варьироваться в зависимости от типа оборудования и его применения.
Пределы номинальной мощности обычно устанавливаются производителями в качестве ориентира, защищая оборудование и упрощая конструкцию более крупных систем, обеспечивая уровень работы, при котором оборудование не будет повреждено, сохраняя при этом определенный запас безопасности.
В оборудовании, которое в основном рассеивает электрическую мощность или преобразует ее в механическую энергию, например резисторах и динамиках , номинальная мощность обычно представляет собой максимальную мощность, которую может безопасно рассеивать оборудование. Обычной причиной этого ограничения является нагрев , хотя в некоторых электромеханических устройствах, особенно в динамиках, это делается для предотвращения механических повреждений. Когда ограничивающим фактором является тепло, номинальную мощность легко рассчитать. Во-первых, необходимо рассчитать количество тепла, которое может безопасно рассеять устройство . Это связано с максимальной безопасной рабочей температурой , температурой окружающей среды или температурным диапазоном, в котором будет эксплуатироваться устройство, а также методом охлаждения . Если – максимальная безопасная рабочая температура устройства, – температура окружающей среды и – общее тепловое сопротивление между устройством и окружающей средой, то максимальное рассеивание тепла определяется выражением
Если вся мощность устройства рассеивается в виде тепла, то это также номинальная мощность.
Оборудование обычно оценивается по мощности, которую оно выдает, например, на валу электрического или гидравлического двигателя. Потребляемая мощность оборудования будет больше из-за КПД устройства менее 100%. [1] [2] [3] КПД устройства часто определяют как отношение выходной мощности к сумме выходной мощности и потерь. В некоторых типах оборудования потери можно измерить или рассчитать напрямую. Это позволяет рассчитывать эффективность с большей точностью, чем отношение входной мощности к выходной мощности, при этом относительно небольшая неопределенность измерения будет сильно влиять на итоговый расчетный КПД.
В устройствах, которые в основном преобразуют различные формы электроэнергии, например, в трансформаторах , или передают ее из одного места в другое, например, в линиях электропередачи , номинальная мощность почти всегда относится к максимальному потоку мощности через устройство, а не к рассеянию внутри него. Обычной причиной ограничения является нагрев, а максимальное тепловыделение рассчитывается, как указано выше.
Номинальная мощность обычно указывается в ваттах для реальной мощности и в вольт-амперах для полной мощности , хотя для устройств, предназначенных для использования в больших энергосистемах, оба показателя могут быть указаны в поединичной системе . Кабели обычно оцениваются по максимальному напряжению и токовой нагрузке . [4] Поскольку номинальная мощность зависит от метода охлаждения, могут быть указаны разные номиналы для воздушного охлаждения, водяного охлаждения и т. д. [4]
Для устройств, работающих на переменном токе (например, коаксиальный кабель , громкоговорители ), могут быть даже две номинальные мощности: максимальная (пиковая) номинальная мощность и средняя номинальная мощность. [5] [6] Для таких устройств номинальная пиковая мощность обычно определяет низкую частоту или энергию импульса, тогда как средняя номинальная мощность ограничивает работу на высоких частотах. [5] Расчетная средняя мощность зависит от некоторых предположений о том, как устройство будет использоваться. Например, метод оценки EIA для громкоговорителей использует сформированный шумовой сигнал, который имитирует музыку и допускает пиковое отклонение в 6 дБ, поэтому рейтинг EIA 50 Вт соответствует пиковому рейтингу 200 Вт. [6]
Максимальная непрерывная мощность ( MCR ) определяется как максимальная мощность (МВт), которую электростанция способна производить непрерывно при нормальных условиях в течение года. В идеальных условиях фактическая производительность может быть выше MCR. [7]
В сфере судоходства суда обычно работают с номинальным непрерывным рейтингом ( NCR ), который составляет 85% от 90% MCR. 90% MCR обычно соответствует контрактной производительности, на которую рассчитан гребной винт. Таким образом, обычная производительность судов составляет от 75% до 77% MCR. [8]
В некоторых областях техники используется даже более сложный набор номинальных мощностей. Например, двигатели вертолетов рассчитаны на постоянную мощность (которая не имеет ограничений по времени), номинальную мощность на взлете и висении (определяемую как работа от получаса до одного часа), максимальную аварийную мощность (которая может поддерживаться в течение двух-трех минут), и аварийная (полминута) номинальная мощность. [9]
Для электродвигателей аналогичная информация передается с помощью коэффициента эксплуатации , который представляет собой множитель, 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 для двигателей большей мощности этот показатель ниже. На каждый час работы при номинальной мощности, скорректированной с учетом эксплуатационного коэффициента, двигатель теряет два-три часа ресурса при номинальной мощности, т.е. его срок службы сокращается менее чем наполовину при продолжении работы на этом уровне. [4] [10] Коэффициент эксплуатации определен в стандарте ANSI /NEMA MG 1, [11] и обычно используется в США. [12] Стандарта МЭК для коэффициента эксплуатации не существует . [13]
Превышение номинальной мощности устройства более чем на уровень безопасности, установленный производителем, обычно приводит к повреждению устройства, вызывая превышение его рабочей температуры безопасных уровней. В полупроводниках непоправимые повреждения могут произойти очень быстро. Превышение номинальной мощности большинства устройств на очень короткий период времени не является вредным, хотя регулярное выполнение этого требования иногда может привести к кумулятивному повреждению.
Номинальная мощность электрического оборудования 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. Мгновенные перегрузки, вызывающие высокие температуры и ухудшение изоляции, можно считать приемлемым компромиссом в аварийных ситуациях. Номинальная мощность коммутационных устройств варьируется в зависимости от напряжения цепи, а также тока. В некоторых аэрокосмических или военных приложениях устройство может иметь гораздо более высокий рейтинг, чем принято для устройств, рассчитанных на длительный срок службы.
Номинальная мощность аудиоусилителя обычно устанавливается путем доведения тестируемого устройства до начала ограничения , до заранее определенного уровня искажений, который варьируется в зависимости от производителя или линейки продуктов. Доведение усилителя до уровня искажений 1% даст более высокий рейтинг, чем доведение его до уровня искажений 0,01%. [14] Аналогичным образом, 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 работающими каналами. Производители могут использовать эти методы для продажи усилителей, опубликованная максимальная выходная мощность которых включает некоторое ограничение для отображения более высоких показателей. [14]
Например, Федеральная торговая комиссия (FTC) установила систему оценки усилителей, в которой устройство тестируется с обоими каналами, работающими во всем заявленном диапазоне частот, с уровнем искажений, не превышающим опубликованный. Однако рейтинговая система Ассоциации электронной промышленности (EIA) определяет мощность усилителя путем измерения одного канала на частоте 1000 Гц с уровнем искажений 1% — ограничением 1%. Использование метода EIA оценивает усилитель на 10–20% выше, чем метод FTC. [14]
Номинальная мощность фотоэлектрического модуля определяется путем измерения тока и напряжения при изменении сопротивления при определенной освещенности. Условия указаны в таких стандартах, как IEC 61215, IEC 61646 и UL 1703; в частности, интенсивность света составляет 1000 Вт/м 2 , со спектром, подобным солнечному свету, падающему на поверхность Земли на 35° северной широты летом ( масса воздуха 1,5), и температурой ячеек 25°C. Мощность измеряется при изменении резистивной нагрузки модуля между разомкнутой и замкнутой цепью.
Максимальная измеренная мощность — это номинальная мощность модуля в ваттах. В разговорной речи это также пишется как «W p »; этот формат является разговорным, поскольку он выходит за рамки стандарта за счет добавления суффиксов к стандартизированным единицам измерения . Номинальная мощность, разделенная на мощность света, падающую на модуль (площадь х 1000 Вт/м 2 ), и есть КПД .
{{cite web}}
: CS1 maint: archived copy as title (link)