Вопросы подбора мощности усилителя и акустической системы: термины и способы измерения

Увеличение мощности параметрического стабилизатора

Простейший вариант схемы, где установлен только один полупроводниковый прибор, предполагает ограниченную мощность в нагрузке. Если загородный дом или другой объект нужно защитить от перепадов напряжения полностью, придется использовать более сложные решения.

Параллельный стабилизатор

Представленная ниже схема работает следующим образом. Транзистор выполняет функцию усилителя, что обеспечивает компенсационный эффект при увеличении выходного напряжения. Тем самым создают условия для прохождения гораздо большего тока в подключенной нагрузке, по сравнению с применением простейшего варианта, рассмотренного выше.

Схема параллельного включения с формулами для расчетов

Последовательный стабилизатор

Такое подключение нагрузки обеспечивает корректировку рабочих режимов за счет изменения отпирающего напряжение транзистора. Ток через стабилитрон ограничен номиналом резистора R2. Такой параметрический стабилизатор напряжения выполняет свои функции с высокой точностью. Коэффициент стабилизации при правильном расчете компонентов составляет от 14 до 20 ед.

Последовательная схема

Сколько электроэнергии потребляет компьютер?

Пожалуй, каждого интересует вопрос: а сколько электроэнергии потребляет компьютер? Ведь у многих компьютеры работают целыми сутками и за все время работы расходуется электроэнергия. Рассмотрим теорию и результаты моих измерений.

На работе мне часто приходится подключать компьютеры, вернее предусматривать розетки в проекте для подключения компьютеров. Технологи дают мощность одного компьютера для подключения 0,5 кВт. Согласно ТКП 45-4.04-149-2009 коэффициент мощности вычислительных машин 0,65. При этих значениях расчетный ток одного компьютера получается 3,5 А. В одну группу, на автоматический выключатель 16 А, можно подключить 5 компьютеров, так обычно я и подключал.

3,5*5*0,8=14 А < 16А.

0,8 – коэффициент спроса, при количестве компьютеров до 5 включительно.

На самом деле компьютер не такой уж и монстр, как рисуют его технологи

Как я уже упоминал раньше, приобрел я себе мультиметр с измерительными клещами МТ87. Теперь могу измерить ток любого бытового прибора.

Итак, сколько ват потребляет компьютер?

1 Дома у меня ноутбук ASUS K53SM.

После загрузки операционной системы мультиметр показывал 0,1 А. Во время работы в AutoCADe, слушая музыку и работая параллельно в других приложениях, потребляемый ток не превышал 0,15 А. Максимальный кратковременный ток был зафиксирован 0,3 А. К сожалению, мне не удалось проверить ток во время игр, т.к. в игры я практически не играю, а сапер много ресурсов не кушает

Во время написания этой статьи мультиметр показывает значение 0,1-0,11 А. Для расчета возьмем среднее значение 0,14 А.

Р=220*0,14*0,65=20 Вт. Именно эту мощность считает электросчетчик.

2 Как только я перешел на новую работу, мне купили новый и достаточно мощной 4-х ядерный компьютер с ЖК монитором. В общем, сейчас почти у всех такие компьютеры. После загрузки прибор показал 0,3 А. Среднее значение во время работы – 0,4 А. Максимальное значение, которое было зафиксировано – 0,7 А. Даже во время расчета в программе Dialux ток не превышал 0,5 А.

Р=220*0,4*0,65=60 Вт.

Посчитаем, какой расход электроэнергии получим в месяц.

Пусть компьютер работает круглые сутки.

Ноутбук: 20*24*30=14,4 кВт/месяц.

Стационарный компьютер: 60*24*30=43,2 кВт/месяц.

А теперь давайте посчитаем теоретически, сколько компьютеров можно включить в одну группу, чтобы не сработал защитный автомат (16 А). В расчете возьмем 0,7 А/компьютер.

16/0,7=22 компьютера, т.е. в данном случае наши проектные решения оказались в 4 раз завышены.

Во время экспериментов была замечена одна интересная особенность. Выключенный ноутбук потребляет из сети 0,04 А, а это около 6 Вт, даже если отсоединить провод от ноутбука. Поэтому всегда выключайте из розеток ноутбуки, зарядные устройства от телефонов и другие электроприборы. Это позволит вам сэкономить электроэнергию.

А вы знаете, сколько потребляют колонки?

Посмотрите видео, где показано, сколько реально потребляет моноблок:

Советую почитать:

Зачем УЗО на вводе в частный дом?

Расстояние от кабеля до водопровода в земле

В каких случаях не требуется селективная защита?

Уровни проектирования в электроснабжении

Понятие электрической мощности и способы ее расчета

С электротехнической точки зрения она представляет собой количественное выражение взаимодействия энергии с материалом проводников и элементами при протекании тока в электрической цепи. Из-за наличия электрического сопротивления во всех деталях, задействованных в проведения электротока, направленное движение заряженных частиц встречает препятствие на пути следования. Это и обуславливает столкновение носителей заряда, электроэнергия переходит в другие виды и выделяется в виде излучения, тепла или механической энергии в окружающее пространство. Преобразование одного вида в другой и есть потребляемая мощность прибора или участка электрической цепи.

В зависимости от параметров источника тока и напряжения мощность также имеет отличительные характеристики. В электротехнике обозначается S, P и Q, единица измерения согласно международной системы СИ – ватты. Вычислить мощность можно через различные параметры приборов и электрических приборов. Рассмотрим каждый из них более детально.

Через напряжение и ток

Наиболее актуальный способ, чтобы рассчитать мощность в цепях постоянного тока – это использование данных о силе тока и приложенного напряжения. Для этого вам необходимо использовать формулу расчета: P = U*I

• P – активная мощность;
• U – напряжение приложенное к участку цепи;
• I — сила тока, протекающего через соответствующий участок.

Как подобрать для себя нужную мощность

При выборе нового пылесоса в розничной торговле пользователи сталкиваются с определенными трудностями: надо учитывать много нюансов, влияющих на эффективную работу такого сложного бытового изделия. Многие модели потребляют не менее 1600 Вт, а мощность всасывания у них 200-480 аэроВт (это новый термин, позаимствованный из Английской системы мер), что вполне достаточно для уборки стандартной городской квартиры.

Отличные бюджетные варианты разработаны немецкой компанией Thomas — их качество впечатляет, а стоимость весьма демократическая. Еще одна компания из Германии — Zelmer нашла уникальные способы компенсации небольшой мощности всасывания в 300 аэроВт за счет регулировки длины шланга, использования насадок соответственно убираемой поверхности. В результате эффективность уборки не хуже, чем у самых мощных аналогов других производителей.

Если вы заранее определились, для каких нужд в первую очередь вам необходим пылесос, то выбрать модель будет намного легче. Чем обширнее площадь обработки и выше уровень загрязнения, тем мощнее должен быть агрегат. Но здесь действует и такой принцип: техника любой мощности в первое использование встретится с определенными трудностями по очистке помещения, но с каждой новой уборкой она будет справляться легче, т. к. до этого была произведена намного качественнее уборка, чем ранее со старым оборудованием.

Высокая стоимость элитных пылесосов обусловлена тем, что многие производители самые дорогие модели комплектуют аксессуарами высшей категории и только отличного качества как материала, так и изготовления. Специалисты советуют выбирать только проверенных годами производителей, которые имеют высокую популярность, а также известность на рынке сбыта.

Как правило, такая бытовая техника оснащается надежными двигателями с высоким КПД и имеет весьма продолжительный срок эксплуатации. Поэтому пользователи, собирающиеся использовать пылесос для эффективной чистки ковров с высоким ворсом, имеющие в квартире домашних животных, должны выбирать технику с мощностью потребления не ниже 2 кВт, тогда сила всасывания при КПД в 35% будет не менее 700 аэроВт. Такой мощности хватит для эффективной уборки любой поверхности с сильным загрязнением.

Обратите внимание и на различные аксессуары в комплектации: насадки должны быть под различные поверхности, т. к

их применение сокращает время уборки. Фильтрующие элементы имеют весьма большое значение: если в доме проживает аллергик, то не пожалейте финансов и выбирайте циклонный пылесос с фильтром тонкой очистки HEPA 13, который удаляет до 99,95% всевозможных примесей из воздуха.

Современные модели сепараторного пылесоса могут похвастать такими насадками, как щетка, предназначенная для выбивания пыли из ковров и мягкой мебели. Такое приспособление не повреждает структуру вещей, но качественно удаляет все виды загрязнений, а пыль после обработки полностью исчезает.

DIN, RMS, AES, IEC и другие аббревиатуры

Сегодня злосчастное PMPO указывается крайне редко и, как правило, как дополнительный параметр, не несущий маркетинговой нагрузки. ГОСТовский номинал и синусоидальную мощность также достаточно тяжело встретить. Но от этого не становится проще. В многочисленных УМЗЧ и АС современного производства нет единого стандарта мощности. Нередки и откровенные маркетинговые манипуляции.

Начну, пожалуй, со стандарта DIN 45500 (известен тем, что впервые стандартизировал понятие HI-FI), в котором DIN Power измеряется подачей сигнала с частотой 1 кГц на вход устройства в течение 10 минут. Мощность замеряется при достижении 1 % THD. Стандарт практически идентичен EIAJ, принятому японской ассоциацией отраслей электронной промышленности.(Electronic Industries Association of Japan).

Также стандарт предусматривает ещё один вид измерения мощности — DIN Music Power, описывающая мощность близка к определению синусоидальной и паспортной шумовой мощности, т.е. значение длительной нагрузки музыкальным сигналом без риска повреждения. Обычно указываемая величина DIN music power незначительно выше, чем DIN.

Нормы этого стандарта соотносятся с понятием IEC Power по стандарту IEC 268-5 (стандарт международного электротехнического комитета, второе издание 1989-07), в котором определена длительность нагрузки — более 100 часов.

RMS (Rated Maximum Sinusoidal) — предельная синусоидальная мощность, т.е. такая, при которой звуковоспроизводящее устройство может работать один час с реальным музыкальным сигналом без повреждений. Как правило, на 120-250 % выше ГОСТовского номинала и на 20 — 25 % больше DIN Music Power.

К RMS максимально близок стандарт AES2-1984 (Audio Engineering Society). Различие между AES Power и RMS заключается лишь во времени, которое должно проработать устройство — для стандарта AES необходимо 2 часа.

Также может указываться т.н. программная мощность (Program Power или PP), которая в принципе может быть любой, т.к. не стандартизирована. Принято считать, что Program Power в 2 раза больше RMS, но это не является обязательным. Не менее туманные представления о мощности даёт PPP, т.е. пиковая программная мощность (Peak Program Power), которая в 2 раза больше PP.

Характерным примером разницы в указании мощности могут служить такие известные и уважаемые производители АС как Dynaudio и DALI. Первые указывают «Паспортная мощность, IEC», т.е фактически DIN, вторые вообще ограничиваются понятием “рекомендуемая мощность” и указывают диапазон мощностей.

Сила

В мире все тела физической природы начинают движение благодаря силе. При ее воздействии, с попутным или противоположным направлением движения тела, совершается работа. Таким образом, на тело воздействует какая-либо сила.

Так, велосипед трогается с места благодаря силе ног человека, а на поезд действует сила тяги электровоза. Подобное воздействие случается при любом движении. Работа силы — это величина, в которой умножается модуль силы, модуль перемещения точки ее приложения и косинус угла между векторами этих показателей. Формула в этом случае выглядит следующим образом:

A = F · s · cos (F, s)

Если угол между этими векторами не равен нулю, то работа производится всегда. При этом она может иметь как положительное, так и отрицательное значение. На тело не будет действовать сила при угле, равном 90°.

Рассмотрим для примера телегу, которую тянет мускульная сила лошади. Другими словами, работу совершает сила тяги в направлении движения телеги. А вот направленная вниз или перпендикулярно, работы не совершает (кстати, лошадиные силы — это то, в чем измеряется мощность двигателя).

Работа силы является скалярной величиной и измеряется в джоулях. Она может быть:

• равнодействующей (при воздействии нескольких сил);
• непостоянной (тогда вычисление производится с интегралом).

Расчет мощности лампочек

Подбор мощности ламп накаливания зависит от желаемой величины освещённости жилого помещения. Одна лампочка мощностью 100 Вт, работая в тёмное время суток не менее 12 часов, потребляет мощность 1,2 кВт. За месяц это составит 36 кВт, за год – не менее 432 кВт. Если лампочек в квартире 10 шт., то суммарное годовое потребление составит 4320 кВт. При цене за 1 кВт электроэнергии – 5 рублей, сумма получается приличная – 21000 рублей. Поэтому замена ламп накаливания на энергосберегающие источники света: светодиодные лампы, светодиодные ленты и им подобные, позволяет экономить средства. Кроме того, снижение мощности таких лампочек не снижает величины светового потока. Пониженное напряжение питания светодиодных лент также понижает величину потребляемой мощности.

Мощность всасывания

Если рассматривать устройства по мощности всасывания, то этот показатель колеблется в районе 250-480 Вт. И чем интенсивней будет всасываться воздух, тем лучше будет удаляться пыль. Этот параметр всегда ниже потребляемой энергии. Главное, учитывать свои задачи: для маленького помещения достаточно – 250-320 Вт, а для большого с сильной запыленностью – до 480 Вт. Но стоит понимать, что работа на максимальных возможностях быстро снижает эксплуатационный срок аппарата.

Даже самый мощный агрегат находится в прямой зависимости от нескольких факторов, которые влияют на его всасывание:

1. Конструкция устройства. Пылесосы с мешком, емкостью для воды или аквафильтром, будут иметь совершенно разные показатели всасывания, даже при одинаковом потреблении энергии.
2. Виды фильтров и их количество. Качественные фильтры HEPA также будут немного снижать производительность. Причем это закономерно из-за сопротивления среды.
3. Качество сборки устройства. Производительность будет выше, если все детали будут качественно сделаны, подогнаны и закреплены. В этом случае, европейские производители обходят своих азиатских конкурентов.

Мощность всасывания также разделяется на: среднеэффективную и максимальную. Аппарат, показавший лучшие результаты в ходе испытания, доказал, что ориентироваться необходимо на первую величину. Это обусловлено тем, что максимальная производительность допустима исключительно в идеальных условиях, которая исчезает уже после нескольких секунд работы.

Средняя производительность описывает работу агрегата за все время его применения. Этот показатель также уменьшается по ходу заполнения емкости, зачастую он ниже максимальной мощности на треть.

Регуляторы бывают двух типов:

• цифровые;
• механические.

У мощных пылесосов с цифровыми регуляторами стоимость намного выше.

V. Что является необходимым условием надежной работы громкоговорителя в разных ситуациях на практике?

Фирма JBL определяет три категории применения громкоговорителей, каждая из которых требует правильного подбора выходной мощности усилителя.

1. Когда необходимо поддерживать точную передачу пиков программного сигнала, звуковая система должна комплектоваться усилителями вдвое большей мощности, чем мощность IEC. Например, студийная мониторная акустическая система 300 Вт (IEC), предназначенная для контроля сигналов с большим пик-фактором, должна быть нагружена на усилитель выходной мощностью 600 Вт.

Необходимо пояснить, что главным здесь является точность мониторинга, а современная технология производства музыкального продукта позволяет реализовать даже большое значение пик-фактора записанного программного сигнала. Но пиковые составляющие таких программных сигналов являются столь короткими, что вряд ли повредят компоненты системы. Таким образом, дополнительные 3 дБ мощности дадут результат в виде более чистой работы акустической системы.

2. Для стандартных применений, где требуется длительная, но не искаженная работа акустических систем, питание должно осуществляться усилителем, мощность которого равна мощности IEC. Такие системы могут быть случайно перегружены или самовозбуждены. При питании усилителем с выходной мощностью, равной мощности IEC, пользователю гарантирована безопасная работа.

3. Для использования с музыкальными инструментами, когда искаженный (перегруженный) звук может являться свойством данной музыки, система должна питаться усилителем, выходная мощность которого равна половине мощности IEC. Дело в том, что большое количество рок-музыки исполняется (или записывается) на полной мощности усилителей, практически при клиппировании (искаженный звук электрогитары или бас-гитары). Пик-фактор такого программного сигнала может быть меньше 6 дБ. Когда усилитель выдает по паспорту, скажем, 400 Вт (RMS) неискаженного синусоидального сигнала и эксплуатируется в режиме клиппирования, то его среднеквадратичная выходная мощность может подниматься до уровня 800 Вт, что намного больше, чем допустимый уровень среднеквадратичной мощности для большинства громкоговорителей. Таким образом, понижение выходной мощности усилителя до половины IEC (RMS) обезопасит работу акустических систем.

Выбор стабилизатора по мощности

Мощность – это основная характеристика стабилизатора, по которой и происходит его выбор. Совершенно понятно, что мощность стабилизатора должна быть немного больше, чем суммарная мощность всех потребителей. Таким образом, перед тем как выбрать стабилизатор напряжения нужно правильно определить суммарную потребляемую мощность приборов, которые предстоит защищать.

Стоит учитывать, что потребляемая мощность подразделяется на активную и реактивную, из которых состоит полная потребляемая мощность прибора. Обычно на приборах указывается активная потребляемая мощность (в ваттах, Вт), но в зависимости от типа нагрузки следует учитывать и реактивную мощность. Таким образом, при расчете мощности стабилизатора нужно учитывать полную потребляемую мощность, которая измеряется в вольт-амперах (ВА).

• S — полная мощность, ВА;
• P — активная мощность, Вт;
• Q — реактивная мощность, ВАр.

Активная нагрузка непосредственно преобразуется в другие виды энергии – световую или тепловую. Примерами устройств с чисто активной нагрузкой могут служить обогреватели, утюги и лампы накаливания. При этом если устройство имеет потребляемую мощность в 1 кВт, то для его защиты достаточно стабилизатора мощностью 1 кВА.

Реактивная нагрузка имеет место в приборах с электродвигателями, а также в различных электронных устройствах. В приборах с вращающимися элементами говорят об индуктивной нагрузке, а в электронике – о емкостной.

На таких приборах кроме потребляемой активной мощности в ваттах обычно указывается еще один параметр – коэффициент cos(φ). С его помощью можно без труда вычислить полную потребляемую мощность.

Для этого активную мощность нужно разделить на cos(φ). К примеру, электродрель с активной мощностью в 700 Вт и cos(φ) равным 0,75 имеет полную потребляемую мощность в 933 ВА. На некоторых приборах коэффициент cos(φ) не указывают. Для примерного расчета его можно брать равным 0,7.

Немаловажно при выборе стабилизатора учитывать то, что у некоторых приборов пусковой ток в несколько раз превышает номинальный. Примером таких устройств могут быть приборы с асинхронными двигателями — холодильники и насосы

Для их нормального функционирования нужен стабилизатор, чья мощность в 2-3 раза превышает потребляемую

Для их нормального функционирования нужен стабилизатор, чья мощность в 2-3 раза превышает потребляемую.

Таблица 1. Приблизительная мощность электроприборов и их коэффициент мощности cos (φ)

Бытовые электроприборы	Мощность, Вт	cos (φ)
Электроплита	1200 — 6000	1
Обогреватель	500 — 2000	1
Пылесос	500 — 2000	0.9
Утюг	1000 — 2000	1
Фен	600 — 2000	1
Телевизор	100 — 400	1
Холодильник	150 — 600	0.95
СВЧ-печь	700 — 2000	1
Электрочайник	1500 — 2000	1
Лампы накаливания	60 — 250	1
Люминисцентные лампы	20 — 400	0.95
Бойлер	1500 — 2000	1
Компьютер	350 — 700	0.95
Кофеварка	650 — 1500	1
Стиральная машина	1500 — 2500	0.9
Электроинструмент	Мощность, Вт	cos (φ)
Электродрель	400 — 1000	0.85
Болгарка	600 — 3000	0.8
Перфоратор	500 — 1200	0.85
Компрессор	700 — 2500	0.7
Электромоторы	250 — 3000	0.7 — 0.8
Вакуумный насос	1000 — 2500	0.85
Электросварка (дуговая)	1800 — 2500	0.3 — 0.6

Кроме того, сами изготовители настоятельно рекомендуют использовать стабилизаторы с 20-30% запасом мощности.

Точность стабилизации для оптимальной защиты приборов

При выборе стабилизатора следует также учитывать максимально допустимый диапазон перепада напряжения для приборов, которые предстоит защищать.

Если речь идет об защите осветительных приборов, то для них необходимо выбирать стабилизатор с точностью стабилизации напряжения не менее 3%. Именно такая точность обеспечит отсутствие эффекта мерцания освещения даже при достаточно резких скачках напряжения в сети.

Большинство бытовых электроприборов способны нормально работать при колебаниях напряжения в пределах 5-7%.

Как поступить – поставить один стабилизатор на всех потребителей, или на каждый отдельно?

Конечно, в идеале на каждый прибор, который необходимо защитить от скачков напряжения, следует ставит отдельный стабилизатор соответствующей мощности и точности стабилизации.

Однако с точки зрения материальных затрат такой подход не может быть оправданным. Поэтому чаще всего стабилизатор устанавливается на всю совокупность потребителей, и его мощность рассчитывается исходя из суммарной потребляемой мощности. Впрочем, возможен и другой подход.

К примеру, стабилизатором может быть защищен какой-либо один прибор. Кроме того, можно выделить группу электроприборов, защита которых от перепадов напряжения составляет насущную необходимость, и для их питания устанавливается стабилизатор, а остальные, не столь важные и чувствительные к перепадам, остаются без защиты.

Как определить?

Для решения задачи нахождения мощности можно воспользоваться различными способами. Все они доступны для применения даже при знаниях в области физики и электротехники на уровне школьной программы.

Чаще мощность находят через определение тока, иногда можно обойтись без промежуточных процедур и определит ее сразу.

Смотрим в техпаспорт

Обычно потребляемая мощность указывается в паспорте или описании устройства и дублируется на фирменной табличке-шильдике. Последняя находится на задней стенке корпуса или его основании.

В случае отсутствия описания этот параметр можно узнать по интернету, для чего достаточно воспользоваться поиском по названию устройства.

Указываемая производителем техники мощность относится к пиковой и потребляется от сети только при полной нагрузки, что встречается достаточно редко. Образовавшаяся разница рассматривается как запас. На нормативном уровне этот запас определяют через коэффициент мощности.

Закон Ома в помощь

Мощность большинства бытовых электрических устройств можно довольно точно оценить экспериментально-расчетным путем с привлечением известного еще со средней школы закона Ома. Этот эмпирический закон связывает между собой напряжение, ток и сопротивление R нагрузки как:

P = U2/R. U = 230 В, а сопротивление измеряется тестером. Далее следует простой расчет по формуле P = 48 400/R Вт.

Например, при R = 200 Ом получаем мощность Р = 240 Вт.

Метод не учитывает так называемое реактивное сопротивление прибора, которое создается в первую очередь входными трансформаторами и дросселями, и поэтому получаемая оценка дает некоторое завышение.

Используем электросчетчик

При определении мощности по счетчику можно поступить двумя различными способами. В обоих случаях от бытовой сети должен питаться только тестируемый прибор. Все без исключения остальные потребители должны быть отключены.

При первом подходе для замера мощности привлекается оптический индикатор счетчика, интенсивность вспышек которого пропорциональна потребляемой мощности. Коэффициент пропорциональности указан на лицевой панели в единицах imp/kWh или имп/кВтч, рисунок 1, где imp – количество импульсов (вспышек индикатора) на один киловатт час.