У тока ватт у света

Чтобы провести сравнение ламп накаливания и светодиодных, надо рассмотреть конструкцию и принцип работы каждого источника.

Первым рассматривается вольфрамовая лампочка накаливания.

Устроена она следующим образом:

• Цоколь. Нужен для вкручивания лампочки в патрон. Обычно изготавливается из алюминия.
• Колба. Материал изготовления – стекло. Защищает вольфрамовую нить от воздействия внешней среды. Внутри создается вакуум или заполняется инертным газом. Газ не дает металлическим элементам окисляться.
• Электроды, крючки для их удерживания. Данные элементы удерживают нить накаливания.
• Нить накаливания. Изготавливается из вольфрама, служит для излучения света.
• Штенгель. В нем закреплены электроды с крючками. Сам он находится в нижней части колбы.
• Изолирующий материал, контактная поверхность.

Принцип работы заключается в проведении тока через источник и разогрев вольфрамовой нити до высоких температур. В результате чего она начинает излучать свет. Нить прогревается до 3000 градусов, при этом не расплавляется.

Внешне диодная лампочка напоминает предыдущую конструкцию. Она также содержит цоколь с резьбой таких же размеров (маркировка тоже одинаковая), поэтому переделывать оборудование или светильники под низ не надо. Но отличие в более усложненной внутренней конструкции:

• Контактный цоколь.
• Корпус.
• Плата питания и управления. Нужна, чтобы не допустить перегорание светильников. Они снижают напряжение, выравнивают ток.
• Плата со светодиодами.
• Балластный трансформатор.
• Прозрачный колпак.

Световой поток образуется при соприкосновении двух веществ из разных материалов, через которые был пропущен ток. Главным условием является то, что один из материалов заряжен отрицательными электронами, другой – положительными ионами.

1 ватт определяется как мощность, при которой за 1 секунду времени совершается работа в 1 джоуль [3] . Таким образом, ватт является производной единицей измерения и связан с основными единицами СИ соотношением:

Вт = кг ⋅ м 2 с 3 >cdot >^<2>><>^<3>>>>

Через другие единицы СИ ватт можно выразить следующим образом:

Кроме механической (определение которой приведено выше), различают ещё тепловую и электрическую мощность.

Мощность светодиодной лампы и другие характеристики

Использование светодиодных ламп позволит значительно сократить расходы на электроэнергию. Простой расчёт, исходя из норм освещения и выбора определённых параметров освещённости, например, кухонного помещения позволит доказать это.

Так основными параметрами ламп различного типа являются:

• мощность, измеряемая в Ваттах, то есть количество энергии потребляемое осветительным элементом;
• цветопередача – оттенок света у источника излучения, измеряемая в Кельвинах;
• световой поток – количество света отдаваемое светильником, который показывает эффективность источника,

так как, чем выше данная характеристика, тем результативнее прибор использует энергию.

Так, вольфрамовые лампы мощностью в 40 Вт имеют светоодачу 10, 4лм/Вт,

люминесцентные — 84 лм/Вт,

светодиодная лампа, мощность которой 40Вт — 86 лм/Вт.

Часто при подборе необходимой мощности различных силовых приборов мы сталкиваемся с заявлением, что ВА (вольт-амперы) это совсем не Вт (ватты). Это, естественно, вызывает недоумение, — ведь мощность, — это напряжение, умноженное на ток (P=U*I).

Так почему же все-таки ВА не равен Вт?

Базовые определения:

В сети переменного тока на полезную работу затрачивается не вся, а только часть мощности (это активная мощность в Ваттах):

• Полная — общая комплексная суммарная мощность — ВА.
• Активная (полезная) мощность — Ватт.

Это соотношение определяется коэффициентом мощности, — соотношение между общей комплексной суммарной мощностью (ВА) и активной (полезной) мощностью (Ватт).

Для абсолютного большинства устройств этот коэффициент равен 0.6 или 0.7. Этот коэффициент отношение ватт к вольт-амперам называется «коэффициентом мощности».

Таким образом, умножив значение общей комплексной суммарной мощности (ВА) на 0.6 (или 0,7) мы определим значение активной (полезной) мощностью (Ватт)

Напрмер, если общая комплексная суммарная мощность стабилизатора 500 ВА, то его активная (полезная) мощность 500*0,6 = 300 Вт. Т.е. к этому стабилизатору можно подключить нагрузку до 300 Вт.

Выводы и важые замечания:

При выборе блока питания, стабилизатора и проч. следует помнить, что:

• ВА — это полная потребляемая мощность,
• Вт — это активная (затраченная на совершение полезной работы) мощность.

Полная — общая комплексная суммарная потребляемая мощность (ВА), — это сумма реактивной и активной мощностей. Зачастую разные потребители имеют разное соотношение полной и активной мощности. Поэтому для определения суммарной мощности всех потребителей необходимо сложение полных мощностей оборудования, а не активных мощностей.

1. Общая комплексная суммарная мощность — ВА всегда больше, чем активная (полезная) мощность — Ватт.

2. Величина коэффициента мощности сильно зависит от конструкции и электрической схемы прибора. Например, для импульсных источников питания. Есть два основных типа импульсных источников питания:

• Импульсные источники питания с коррекцией коэффициента мощности (PFC).
• Импульсные источники питания с конденсатором на входе.

У импульсные источников питания с коррекцией коэффициента мощности (PFC) значения общей комплексной суммарной мощности (ВА) и активной (полезной) мощности (Ватт) почти равны, — их коэффициент мощности составляет от 0,99 до 1,0.

А в импульсных источниках питания с конденсатором на входе значение в ваттах (активная, полезная мощность), — составляет от 0,6 до 0,75 вольтамперной характеристики (т.е. коэффициент мощности составляет от 0,6 до 0,75).

Номинальная мощность импульсных блоков питания

Важное замечание: для импульсных блоков питания указваются предельные значения в ваттах и в вольт-амперах. При этом недопустимо превышение ни тех, ни других значений.

Для небольших импульсных блоков питания, как правило, указывается активная (полезная) мощность в ваттах, которая составляющий примерно 60% от общая комплексная суммарная мощность (т.е. вольтамперной характеристики). Но иногда производители указывают только вольтамперную характеристику. В этом случае, при рассчете нагрузки, следует принять допущение, что номинальная мощность в ваттах составляет 60% от указанной мощности в вольт-амперах.

Таким образом, если вольтамперная характеристика нагрузки не будет превышать 60% вольтамперной характеристики блока питания, то это гарантирует отсутствие превышения мощности нагрузки в ваттах.

Т.е. если нет точных данных о мощности нагрузки в ваттах, то следует придерживаться правила: величина реальной активной нагрузки должна быть менее 60% вольтамперной характеристики блока питания.

Очевидно, что такой подход к расчетам обычно приводит к завышению мощности.

Косинус «фи» (cos(Fi))

Чаще всего мощность определяется в Ваттах. Еще эту мощность часто называют активной, — это мощность, выделяющаяся на чисто резистивной нагрузке (нагреватели, лампочки и т.д.). При этом активная мощность целиком растрачивается на полезную работу (нагрев, механическое движение), и обычно именно ее понимают под потребляемой мощностью.

Если это активная нагрузка, — чайник, лампа накаливания, нагреватель. то другой информации об этой нагрузке и не требуется. В этом случае, как правило, указывают только номинальную мощность в Вт и номинальное напряжение. В данном случае не имеет значения косинус «Fi» (угол между током и напряжением данной нагрузки), так как он равен нулю. А косинус нуля равен 1. И вэтом случае, активная мощность («P») равна произведению тока нагрузки и напряжения нагрузки, умноженных на этот cos(Fi).
Т.е. P = I*U*cos(Fi) = I*U*1 = I*U.

Простой пример для ТЭНа с cos(Fi)=1:
Полная — общая комплексная суммарная мощность S=10 кВА cos(Fi)=1.
Активная (полезная) мощность P=10*1=10 кВт.

У нагрузок, имеющих не только активное сопротивление, но и реактивное (индуктивность, емкость), как правило указывают величину мощности «P» в Ваттах, а так же указывать величину косинуса «фи» (cos(Fi)). При этом величина косинуса «фи» определяется соотношением активных и реактивных сопротивлений.

Например, если у электродвигателя указаны значения: P=5кВт, Сos(fi)=0.8, то это значит, что данный двигатель при работе (в номинальном режиме) потребляет полную мощность (сумму активной и реактивной мощностей):

• Активную мощность «S» равную P/Cos(fi) = 5/0,8 = 6,25 кВа
• и Реактивную мощность «Q» величиной U*I/Sin(fi).
• А для определения номинального тока двигателя, нужно его мощность «S» разделить на рабочее напряжение (220)
  (прим.: ток указывается, как правило, на шильдике).

Так почему на генераторах (трансформаторах, стабилизаторах напряжения)
указывается мощность в ВА (вольт-амперах)?

Допустим, что на стабилизаторе напряжения указана мощность 10000 ВА.

Если подключить к нему нагреватели, то мощность, отдаваемая трансформатором в нагреватели (в номинальном режиме работы трансформатора) не может превышать 10000 Вт. Вроде все сходится.

А если нагрузить стабилизатор напряжения катушкой индуктивности или электродвигателем с Сos(fi)=0.8? То данный стабилизатор при Сos(fi)=0.85 уже будет отдавать мощность не более 8500 Вт.

Т.е. мощность генераторов (трансформаторов и стабилизаторов напряжения) может определяться только в полной мощности (в нашем случае 1000 кВА).

Коэффициент мощности, косинус «фи» Сos(fi)

Это отношение средней мощности переменного тока к произведению действующих значений напряжения и тока. Наибольшее значение коэффициента мощности равно 1.

В случае синусоидального переменного тока, коэффициент мощности равен косинусу угла сдвига фаз между синусоидами напряжения и тока и определяется параметрами цепи:

Сos(fi) = r/Z
где:
fi («фи») — угол сдвига фаз,
r — активное сопротивление цепи,
Z — полное сопротивление цепи.

Коэффициент мощности может отличаться от 1 и в цепях с чисто активными сопротивлениями, если в них содержатся нелинейные участки. В этом случае коэффициент мощности уменьшается вследствие искажения формы кривых напряжения и тока.

Коэффициент мощности электрической цепи — это косинус фазового угла между основаниями кривых напряжения и тока.

Согласно другому определению, коэффициент мощности — это соотношение активной и полной энергий. Коэффициент мощности (Сos φ = Активная мощность/Полная мощность = P/S (Вт/ВА), потребляемых нагрузкой.

Коэффициент мощности — комплексный показатель, характеризующий линейные и нелинейные искажения, вносимые нагрузкой в электросеть.

Типовые значения коэффициента мощности:

1.00 — идеальное значение;
0.95 — хороший показатель;
0.90 — удовлетворительный показатель;
0.80 — средний показатель современных электродвигателей;
0.70 — низкий показатель;
0.60 — плохой показатель.

Сила света типовых источников:

Black Diamond – фирма-законодатель мирового профессионального альпинистского и скалолазного снаряжения. Бренд выпускает высококачественные налобные и подвесные фонари, которые можно использовать даже на глубине одного метра под водой в течение получаса. BD предлагает туристические осветительные приборы с показателями светового потока до 200 люмен при сравнительно небольшом весе. Многие фонари наделены несколькими режимами освещения для удобства работы на альпинистском маршруте и в быту. Яркие, легкие, аккуратные и практичные, фонари БлекДиамонд не подведут даже в самой экстремальной ситуации.

Мощность светодиодных ламп

При смене лампочек необходимо учитывать соответствие мощности ламп накаливания и светодиодных силе светового потока. Характеристики измеряются в одинаковых величинах. Чтобы сориентироваться в показателях и корректно перевести значения, можно руководствоваться следующей таблицей соотношений.

Например, лампе накаливания на 60 Вт соответствует светодиодная лампа на 7 Вт – чтобы пересчет был правильный, ориентируются по данным на упаковке. Представленные значения свидетельствуют об одном из главных преимуществ светодиодов – экономической выгоде.

Расчет мощности светодиодных ламп для дома

Перед ремонтом, установкой электропроводки и светильников необходимо рассчитывать номинальные показатели мощности, чтобы избежать перегорания устройств, замыканий и других неполадок. Для определения конечных данных требуется знать:

• уровень естественного освещения – А;
• площадь помещения (комнаты, например) – В;
• общее число осветительных приборов – С;
• силу светового потока – D.

Чтобы посчитать световой поток, использую формулу: D = А * В / С. Уровень освещенности просчитывается следующим образом: А = С * D / В.

На каждый квадратный метр необходимо определить расположение ламп в комнате, чтобы захватить все пространство. При этом эффективность светодиодов максимальна в радиусе угла в 120°.

Производители пишут на упаковке количество часов, на которые рассчитаны диоды, а не вся лампа. Ресурс работы приблизителен, так как могут выйти из строя любые составляющие осветительного прибора. На срок службы влияет качество пайки радиодеталей и сборки корпуса.

Прежде чем купить светодиодную лампу, желательно научиться расшифровывать надписи на упаковке, это позволит сделать правильный выбор и получать максимум пользы и удовольствия от инновационных технологий.