Công thức tính công suất và Cách tính công suất tiêu thụ điện | Vật lý 11

Công thức tính công suất và Cách tính công suất tiêu thụ điện
1. Công suất điện là gì?
Công suất điện của một đoạn mạch là điện năng mà đoạn mạch đó tiêu thụ được trong một đơn vị thời gian.
Công suất điện tiêu thụ có trị số bằng điện năng mà đoạn mạch tiêu thụ trên một đơn vị thời gian. Ngoài ra,
công suất tiêu thụ điện còn được tính bằng tích của hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch và cường độ
dòng điện chạy qua đoạn mạch đó.
Công suất điện được ký hiệu là P, và có đơn vị đo là W.
Ngoài đơn vị đo W, công suất điện còn được đo bằng đơn vị kW và kVA. Cả hai đều là đơn vị để chỉ công
suất, tuy nhiên trong nhiều trường hợp chúng sẽ không giống nhau.
kW (ki lô oắt): Là đơn vị tính công suất tác dụng của máy. Công suất này cho biết sự thay đổi của
năng lượng trong một thời gian nhất định và được biểu diễn dưới công thức : P = U.I
kVA (ki lô vôn ampe): Trong mạch điện một chiều hay mạch điện lý tưởng, kVA tương đương với kW.
Nhưng đối với một mạch điện xoay chiều sẽ xuất hiện công suất phản kháng, hiểu đơn giản lúc này: kVA =
kW + công suất phản kháng.
2. Quy định về dòng điện định mức như thế nào?
Dòng điện định mức hay còn gọi là cường độ dòng điện định mức là đại lượng cường độ giúp cho hoạt
động và công suất của đồ vật hoạt động với tần suất cao nhất. Đây cũng là đại lượng giới hạn cho phép của
dòng điện. Nếu như cường độ dòng điện định mức của vật dụng vượt quá giá trị cho phép thì sẽ gây ra hiện
tượng cháy nổ và hỏng hóc.
Đồng thời, đây cũng chính là đại lượng biểu thị giới hạn cho phép của dòng điện. Trong trường hợp cường
độ dòng điện vượt quá giá trị định mức được nhà sản xuất ghi tại các nhãn, mác dán trên thiết bị điện sẽ
làm cho các thiết bị hư hỏng, thậm chí gây ra cháy nổ.
Dòng điện định mức có vai trò cực kỳ quan trọng trong đời sống. Bởi nó xác định được công suất của động
cơ hoặc máy phát để điều khiển tải, hạn chế tối thiểu các tình trạng tải tiêu thụ bị quá so với dòng điện đã
được định mức từ đó giúp máy hoạt động ổn định hơn, không gây tổn thất về hệ số công suất.
Ưu điểm của dòng điện 3 pha:
Dòng điện 3 pha phù hợp cho các lưới điện, hệ thống điện công nghiệp, hoặc các trang thiết bị có công suất
lớn. Dòng điện 3 pha sử dụng dây dẫn có tiết diện nhỏ hơn dòng điện 1 pha nên truyền được đi xa hơn.
Cấu tạo của các thiết bị sử dụng điện 3 pha thường đơn giản hơn các thiết bị sử dụng điện 1 pha. Nguồn
điện 3 pha có khả năng truyền đi xa hơn là do:
+ Hiệu suất dẫn điện lớn.
+ Chạy tải điện với công suất lớn.
+ Ít gây hao phí khi truyền tải điện năng, giúp tiết kiệm điện.
+ Hệ thống dây dẫn có tiết diện nhỏ, ít tốn kém. Lưu ý
+ Khi hiệu điện thế giữa hai đầu bóng đèn bằng 0 thì không có dòng điện chạy qua nó.
+ Giữa hai đầu các cực của nguồn điện dù khi mạch hở hay mạch kín đều có hiệu điện thế.
+ Mỗi dụng cụ điện sẽ hoạt động bình thường khi hiệu điện thế sử dụng đúng bằng hiệu điện thế định mức của nó.
+ Nếu hiệu điện thế sử dụng lớn hơn hiệu điện thế định mức thì dụng cụ điện sẽ hỏng.
+ Nếu hiệu điện thế sử dụng nhỏ hơn hiệu điện thế định mức, đối với các dụng cụ hoạt động dựa trên tác
dụng nhiệt của dòng điện như bóng đèn có dây tóc, bàn là, bếp điện… vẫn có thể hoạt động nhưng yếu hơn
bình thường; còn đối với các dụng cụ điện như: quạt điện, máy bơm nước, tủ lạnh, tivi, máy vi tính… có thể
bị hư hỏng. Vì vậy người ta thường dùng một dụng cụ gọi là ổn áp có tác dụng điều chỉnh để luôn có hiệu
điện đế bằng hiệu điện thế định mức.
Nếu không tính toán đúng tiết diện dây dẫn theo dòng điện sẽ ảnh hưởng đến việc sử dụng hiệu quả điện
năng. Trường hợp dùng dây dẫn có tiết diện nhỏ hơn công suất của dòng điện sẽ dẫn đến hiện tượng quá
tải, gây nóng dây. Nếu cố dùng trong thời gian dài sẽ nhanh làm dây dẫn bị giòn, nóng chảy, gây đứt dây
dẫn từ đó làm chập cháy, gây cháy lan, hỏa hoạn rất nguy hiểm. Nếu dùng dây có tiết diện quá lớn so với
dòng điện sẽ gây lãng phí chi phí đầu tư . Không chỉ lãng phí chi phí đầu tư cho dây dẫn mà cả chi phí đầu
tư cho các thiết bị hỗ trợ bảo vệ như ống bọc dây điện nói chung, ống đi dây điện âm tường nói riêng cũng
bị đội lên nhiều để phù hợp với tiết diện dây.
– Khi lựa chọn tiết diện dây dẫn phù hợp với dòng điện, khả năng giảm tổn hao điện năng trong quá trình
truyền dẫn sẽ tốt hơn, giúp tiết kiệm điện năng trong quá trình sử dụng. Căn cứ vào việc xác định thiết bị sử
dụng dùng điện 1 pha hay 3 pha và nguồn cấp điện cho công trình. Tại nước ta, nguồn điện dùng cho hộ gia
đình thường là nguồn điện 1 pha 2 dây.
3. Công thức tính công suất và Cách tính công suất tiêu thụ điện
3.1 Tính công suất dòng điện
Công thức là P = UIcosφ = U.Icos(φu– φi). Trong đó:
U: Kí hiệu điện áp hiệu dụng hai đầu mạch của điện xoay chiều (V).
P: Công suất mạch điện xoay chiều (W).
cos φ: Kí hiệu hệ số công suất đoạn mạch xoay chiều.
I: cường độ của hiệu dụng trong mạch xoay chiều (A).
Qua đây, người dùng biết điện năng tiêu thụ mạch điện xoay chiều tương tự mạch điện của dòng không đổi.
Công thức để thực hiện cách tính này đó là W = P.t. Theo đó:
P (W): công suất mạch điện.
W (J): công của mạch điện (điện năng tiêu thụ).
t (s): thời gian dùng điện.
Để đo lượng điện năng tất cả thiết bị tiêu thụ thường dùng công tơ điện. Điện năng tiêu thụ lúc này được
tính với đơn vị kWh. Cụ thể một số điện tương đương 1kWh = 3 600 000 (J) = (1000W x 3600 s).
3.2 Công thức tính công suất điện tiêu thụ
Công thức tính công suất cụ thể là: P = U.I = A/t. Theo đó:
A (J): Điện năng tiêu thụ, công thực hiện (N.m hoặc J).
P (W): Công suất tiêu thụ, (Jun/giây (J/s) hoặc Watt (W)).
U (V): Hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch.
T (s): Thời gian thực hiện công (s).
Theo các thông số về công suất tiêu thụ được ghi trên đồ dùng, bạn có thể tính công suất điện tiêu thụ của
thiết bị đó. Qua đây, người dùng chọn được thiết bị hợp nhu cầu dùng điện của đơn vị sản xuất, gia đình để
phân bổ kế hoạch phù hợp.
Tính công suất dòng điện ba pha
Với dòng điện ba pha, công thức tính điện tiêu thụ khác. Đối với các dòng máy công nghiệp lớn như máy
rửa bát, máy giặt công nghiệp, máy nén khí, máy hút bụi… thường sử dụng dòng điện ba pha. Nguyên nhân
là vì lượng tiêu thụ điện của máy này vô cùng lớn. Có hai cách với hai công thức bạn cần biết chính là:
Cách 1: P = U.I.cosφ. Trong đó:
cosφ: Hệ số công suất trên từng tải.
I: Cường độ của dòng điện hiệu dụng trên mỗi tải.
Cách 2: Thực hiện theo công thức: P = H x (U1xI1 + U2xI2 + U3I3). Trong đó: U: Điện áp.
H: Thời gian tính theo giờ.
I: Dòng điện. Công thứ bóng đèn tiêu thụ là P=U x H x I.
4. Cách tính công suất của một vài thiết bị điện tiêu thụ
Sau đây là một vài cách tính công suất cho một số thiết bị tiêu thụ thông dụng nhất của doanh nghiệp, gia
đình. Người dùng có thể tham khảo thông tin sau để nắm rõ về cách tính điện năng gia đình mình.
Máy rửa xe ô tô
Công suất thông thường của máy rửa cho xe ô tô sẽ ở mức 1200W – 1800W. Riêng dòng áp lực cao dao
động 2200W – 7500W. Với một tiếng liên tục dùng máy, thiết bị tiêu thụ hết 1,2 – 7,5 số điện.
Máy hút bụi loại công nghiệp
Trên thị trường hiện có các công suất là 1000W – 3000W. Như vậy, trong khoảng một tiếng thiết bị liên tục
làm việc tiêu thụ hết khoảng 1 – 3 số điện (tương đương 1kWh – 3kWh). Điều hòa
Có hai loại khác nhau đó là: 12000 BTU công suất 1500W. 9000 BTU công suất khoảng 800W – 850W. Mỗi
giờ điều hòa hoạt động tiêu thụ số điện khoảng 0,8 – 1,5.