Жабдықтың қуат рейтингі және оның маңызы

Кіріспе

Электрлік немесе механикалық жабдық арқылы өтуге рұқсат етілген ең жоғары қуаттылық – электр және механикалық инженерияда жабдықтың қуаттылық рейтингісі белгілі бір жабдық арқылы өтуге рұқсат етілген ең жоғары қуаттылық болып табылады. Пәннің ерекшелігіне қарай, қуат термині электрлік немесе механикалық қуатты білдіруі мүмкін. Күш рейтингісі орташа және максималды қуатты да қамтуы мүмкін, олар жабдықтың түріне және қолданылуына байланысты өзгеріп отыруы мүмкін. Өндірушілер әдетте жабдықты қорғау және ірі жүйелерді жобалауды жеңілдету үшін, жабдыққа белгілі бір қауіпсіздік маржасын қамтамасыз ете отырып, зақымдалмайтын жұмыс деңгейін анықтап, қуат шектерін нұсқаулық ретінде белгілейді.

Диссипациялық жабдық

Электр қуатын негізінен таратып немесе оны механикалық қуатқа айналдыратын жабдықтарда, мысалы, резисторлар мен динамиктерде, көрсетілген қуат мөлшері әдетте жабдықтың қауіпсіз таратуға болатын ең жоғары қуаты болып табылады. Мұндай шектеудің негізгі себебі жылу, бірақ кейбір электромеханикалық құрылғыларда, әсіресе динамиктерде, механикалық зақымдардың алдын алу үшін қойылады. Жылу шектеуші фактор болған жағдайда, қуат мөлшерін есептеу оңай. Біріншіден, құрылғымен қауіпсіз таратылатын жылу мөлшері есептелуі керек. Бұл ең жоғары қауіпсіз жұмыс температурасына, құрылғы жұмыс істейтін айналадағы температураға немесе температура диапазонына, сондай-ақ салқындату әдісіне байланысты. Егер құрылғының ең жоғары қауіпсіз жұмыс температурасы , айналадағы температура , ал құрылғы мен айналадағы орта арасындағы жалпы жылулық кедергі болса, онда ең жоғары жылу таратуы мына формуламен анықталады:

Егер құрылғыдағы барлық қуат жылу түрінде таратылса, онда бұл қуат мөлшері де қуат рейтингі болып саналады.

Механикалық жабдықтар

Жабдықтардың қуаты, әдетте, олардың жеткізе алатын қуатына қарай бағаланады, мысалы, электрлік немесе гидравликалық мотордың білігінде. Құрылғының тиімділігі 100%-дан кем болғандықтан, жабдыққа түсетін қуат жоғары болады. Құрылғының тиімділігі көбінесе шығыс қуатының, шығыс қуаты мен жоғалтулардың қосындысына қатынасы ретінде анықталады. Кейбір жабдық түрлерінде жоғалтуларды тікелей өлшеу немесе есептеу мүмкін. Бұл тиімділікті кіріс қуатын шығыс қуатына бөлгендегіден гөрі дәлірек есептеуге мүмкіндік береді, себебі кішкентай өлшеу қатесі есептелген тиімділікке елеулі әсер етеді.

Қуатты айналдыратын жабдық

Электр қуатының әртүрлі түрлерін, мысалы трансформаторларды түрлендіруге немесе оны бір жерден екінші жерге, мысалы, беру желілері сияқты тасымалдауға арналған құрылғыларда, қуаттың номиналды мәні құрылғы арқылы өтетін ең жоғары қуат ағынына сілтеме жасайды, оның ішіндегі шығынға емес. Шешімнің негізгі себебі жылу болып табылады, ал ең жоғары жылу шығыны жоғарыда көрсетілгендей есептеледі. Қуат номиналдары әдетте нақты қуат үшін ватттармен, ал көрінетін қуат үшін вольт-ампермен беріледі, бірақ ірі қуат жүйелерінде пайдалануға арналған құрылғылар үшін екеуі де бірлік жүйесінде көрсетілуі мүмкін. Кабельдерге, әдетте, олардың ең жоғары кернеуі және тоқ өткізу қабілеті көрсетіледі. Қуат номиналы салқындату әдісіне байланысты, әртүрлі номиналдар ауамен, сумен және т.б. салқындату үшін белгіленуі мүмкін. Мұндай құрылғылар үшін ең жоғары қуат номиналы әдетте төмен жиілікті немесе импульстік энергияны көрсетеді, ал орташа қуат номиналы жоғары жиілікті жұмысты шектейді. Кеме жүзу саласында кемелер әдетте номиналды үздіксіз қуатпен (NCR) жұмыс істейді, ол MCR-дың 90% - ның 85% құрайды. MCR-дың 90% - ын пропеллер жобаланған келісімшарттық қуат деп есептеуге болады. Осылайша, кемелерді пайдаланудың әдеттегі қуаты MCR-дың шамамен 75% - 77% құрайды.

Басқа анықтамалар

Кейбір инженерлік салаларда қуаттың күрделі жиынтығы қолданылады. Мысалы, тікұшақ қозғалтқыштары үздіксіз қуатқа (уақыт шектеуі жоқ), ұшып тұру және қозғалу қуатына (жарты сағаттан бір сағатқа дейін жұмыс істеу ретінде анықталады), максималды төтенше қуатқа (екі-үш минутқа дейін сақталуы мүмкін) және авариялық (жарты минут) қуатына бағаланады. Электр моторлары үшін ұқсас ақпаратты қызмет коэффициенті көрсетеді, ол номиналды шығыс қуатына қолданғанда мотордың қысқа мерзімде сақтай алатын қуат деңгейін анықтайтын көбейтуші болып табылады. Қызмет коэффициенті әдетте 1,15–1,4 диапазонында болады, бірақ қуаты жоғары моторлар үшін бұл көрсеткіш төмендеуі мүмкін. Қызмет коэффициентімен түзетілген қуатпен әрбір жұмыс сағатында мотордың қызмет ету мерзімі номиналды қуатпен жұмыс істегенде 2-3 сағатқа азаяды, яғни осы деңгейде үздік жұмыс істеу оның қызмет ету мерзімін жартысынан кемітуге әкеледі. Қызмет коэффициенті ANSI/NEMA MG 1 стандартында анықталған және көбінесе АҚШ-та қолданылады. Қызмет коэффициенті үшін IEC стандарты жоқ. Өндіруші белгілеген қауіпсіздік шегінен артық қуатты қолдану құрылғының жұмыс температурасын қауіпсіз деңгейден асырып, оған зақым келтіруі мүмкін. Жартылай өткізгіштерде бұл зақым өте жылдам қайта орнатылмайтын болуы мүмкін. Көптеген құрылғылардың қуатын қысқа мерзімге асыру зиянды емес, бірақ мұндай әрекетті үнемі қайталау жинақталған зақымға әкелуі мүмкін. Электр аппаратурасы мен беру желілерінің қуат мөлшері жоспарланған жүктеменің ұзақтығына және қоршаған ортаның температурасына байланысты; мысалы, беру желісі немесе трансформатор ыстық ауа райына қарағанда суық ауа райында әлдеқайда көп жүктемеге төтеп бере алады. Төтенше жағдайларда жоғары температура мен оқшаулаудың нашарлауына себеп болатын уақытша жүктемелерді қабылданатын құрбандық деп санауға болады. Ауыстыру құрылғыларының қуат мөлшері тізбектегі кернеуге де, токқа да байланысты өзгереді. Кейбір әуе-ғарыш немесе әскери қолданыстарда құрылғы ұзақ қызмет ету мерзіміне арналған құрылғыларда қабылданатыннан әлдеқайда жоғары қуатқа ие болуы мүмкін.

In some fields of engineering, even a more complex set of power ratings is used. For example, helicopter engines are rated for continuous power (which does not have a time constraint), takeoff and hover power rating (defined as half to one hour operation), maximum contingency power (which can be sustained for two three minutes), and emergency (half a minute) power rating. For electrical motors, a similar kind of information is conveyed by the service factor, which is a multiplier that, when applied to the rated output power, gives the power level a motor can sustain for shorter periods of time. The service factor is typically in the 1.15 1.4 range, with the figure being lower for higher power motors. For every hour of operation at the service factor adjusted power rating, a motor loses two to three hours of life at nominal power, i. e. its service life is reduced to less than half for continued operation at this level. The service factor is defined in the ANSI/NEMA MG 1 standard, and is generally used in the United States. There is no IEC standard for the service factor. Exceeding the power rating of a device by more than the margin of safety set by the manufacturer usually does damage to the device by causing its operating temperature to exceed safe levels. In semiconductors, irreparable damage can occur very quickly. Exceeding the power rating of most devices for a very short period of time is not harmful, although doing so regularly can sometimes cause cumulative damage. Power ratings for electrical apparatus and transmission lines are a function of the duration of the proposed load and the ambient temperature; a transmission line or transformer, for example, can carry significantly more load in cold weather than in hot weather. Momentary overloads, causing high temperatures and deterioration of insulation, may be considered an acceptable trade off in emergency situations. The power rating of switching devices varies depending on the circuit voltage as well as the current. In certain aerospace or military applications, a device may carry a much higher rating than would be accepted in devices intended to operate for long service life.

Аудио күшейткіштер

Аудио күшейткіштің қуат мөлшері әдетте, сыналып жатқан құрылғыда кесу (клиппинг) басталар кезде немесе өндірушіге немесе өнім желісіне қарай өзгеріп отыратын, алдын ала белгіленген бұрмалау деңгейіне дейін жүргізіледі. Күшейткішті 1% бұрмалау деңгейіне дейін жүргізу, оны 0,01% бұрмалау деңгейіне дейін жүргізуден жоғары қуат мөлшерін береді. Сол сияқты, күшейткішті бір ғана орта жиілікте немесе екі арналы күшейткіштің бір арнасын ғана сынау, егер ол екі арнасы да жұмыс істейтін толық жиілік диапазонында сыналып жатса, жоғары қуат мөлшерін береді. Өндірушілер осы әдістерді жоғары көрсеткіштерді көрсету үшін, шығарылатын қуатында белгілі бір мөлшерде кесуді (клиппингті) қамтитын күшейткіштерді насияттау үшін пайдалана алады. Мысалы, Федералды сауда комиссиясы (FTC) күшейткіштерді бағалау жүйесін құрды, онда құрылғы екі арнасы да жарнамаланған жиілік диапазонында, жарияланған бұрмалау деңгейінен аспайтын деңгейде сыналады. Электрондық өнеркәсіп қауымдастығының (EIA) бағалау жүйесі күшейткіш қуатын 1000 Гц жиілігінде бір арнаны өлшеу арқылы анықтайды, бұрмалау деңгейі 1% - кесу (клиппинг) 1%. EIA әдісін қолдану арқылы күшейткіштің бағасы FTC әдісіне қарағанда 10-20% жоғары болады.

Фотоэлектрлік модульдер

Фотоэлектрлік модульдің номиналды қуаты, анықталған жарықтандыру жағдайында кедергіні өзгерте отырып, ток пен кернеуді өлшеу арқылы айқындалады. Бұл шарттар IEC 61215, IEC 61646 және UL 1703 сияқты стандарттарда белгіленген; атап айтқанда, жарық интенсивтілігі 1000 Вт/м², жазда 35° солтүстік ендікте Жер бетіне түсетін күн сәулесі спектріне ұқсас (ауа массасы 1,5) және жасушалардың температурасы 25 °C құрайды. Модульдегі кедергілік жүктемені ашық және жабық тізбек арасында өзгерте отырып қуат өлшенеді. Өлшенген ең жоғары қуат – модульдің номиналды қуаты, Ватт есебінде. Көбінесе бұл "Wp" деп жазылады; бұл формат стандартқа сәйкес келмейді, себебі стандартталған бірліктерге қосымша жұрнақтар қосылған. Номиналды қуатты модульге түскен жарық қуатына бөлу (аудан x 1000 Вт/м²) тиімділікті көрсетеді.