معدل الطاقة

📅 آخر تحديث: ٢٢ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٢ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 5 صور
الموسوعة الحرة

في الهندسة الكهربائية والميكانيكية ، يُعرَّف تصنيف القدرة للمعدات بأنه أعلى قدرة كهربائية مسموح بتدفقها عبرها. وبحسب التخصص، قد يشير مصطلح القدرة إلى القدرة الكهربائية أو الميكانيكية. كما قد يشمل تصنيف القدرة متوسط ​​القدرة وأقصى قدرة، والتي قد تختلف باختلاف نوع المعدات واستخدامها.

عادة ما يتم تحديد حدود تصنيف الطاقة كدليل إرشادي من قبل الشركات المصنعة، لحماية المعدات، وتبسيط تصميم الأنظمة الأكبر حجماً، من خلال توفير مستوى تشغيل لا تتعرض فيه المعدات للتلف مع السماح بهامش أمان معين.

أنواع المعدات

معدات تبديد الطاقة

في الأجهزة التي تُبدد الطاقة الكهربائية أو تُحولها إلى طاقة ميكانيكية، مثل المقاومات ومكبرات الصوت ، يُمثل تصنيف الطاقة المُعطى عادةً الحد الأقصى للطاقة التي يُمكن للجهاز تبديدها بأمان. والسبب المعتاد لهذا الحد هو الحرارة ، مع أن الغرض منه في بعض الأجهزة الكهروميكانيكية ، وخاصة مكبرات الصوت، هو منع التلف الميكانيكي. عندما تكون الحرارة هي العامل المُحدد، يُمكن حساب تصنيف الطاقة بسهولة. أولًا، كمية الحرارة التي يُمكن للجهاز تبديدها بأمان،Pد،مأx{\displaystyle P_{D,max}}يجب حساب ذلك. يرتبط هذا بأقصى درجة حرارة تشغيل آمنة ، ودرجة الحرارة المحيطة أو نطاق درجة الحرارة الذي سيتم تشغيل الجهاز فيه، وطريقة التبريد . إذاتيد،مأx{\displaystyle T_{D,max}}هي أقصى درجة حرارة تشغيل آمنة للجهاز،تيأ{\displaystyle T_{A}}هي درجة الحرارة المحيطة، وθدأ{\displaystyle \theta _{DA}}إذا كانت المقاومة الحرارية الكلية بين الجهاز والبيئة المحيطة، فإن أقصى تبديد للحرارة يُعطى بالمعادلة التالية:

Pد،مأx=تيد،مأx-تيأθدأ{\displaystyle P_{D,max}={\frac {T_{D,max}-T_{A}}{\theta _{DA}}}}

إذا تم تبديد كل الطاقة في الجهاز على شكل حرارة، فإن هذا هو أيضًا تصنيف الطاقة.

المعدات الميكانيكية

تُصنّف المعدات عمومًا بناءً على الطاقة التي تُنتجها، على سبيل المثال، عند عمود محرك كهربائي أو هيدروليكي. تكون الطاقة المُدخلة إلى المعدات أكبر نظرًا لأن كفاءتها أقل من 100%. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] تُعرَّف كفاءة الجهاز عادةً بأنها نسبة الطاقة المُخرجة إلى مجموع الطاقة المُخرجة والفاقد. في بعض أنواع المعدات، يُمكن قياس الفاقد أو حسابه مباشرةً. يسمح هذا بحساب الكفاءة بدقة أكبر من حسابها بقسمة الطاقة المُدخلة على الطاقة المُخرجة، حيث يؤثر هامش الخطأ البسيط نسبيًا في القياس بشكل كبير على الكفاءة المحسوبة.

معدات تحويل الطاقة

في الأجهزة التي تُحوّل الطاقة الكهربائية بين أشكالها المختلفة، كالمحولات ، أو تنقلها من مكان لآخر، كخطوط النقل ، يُشير تصنيف الطاقة عادةً إلى أقصى تدفق للطاقة عبر الجهاز، وليس إلى الطاقة المُبددة داخله. والسبب المعتاد لهذا الحد هو الحرارة، ويتم حساب أقصى تبديد للحرارة كما ذُكر سابقًا.

تُقاس القدرة عادةً بالواط للقدرة الحقيقية وبالفولت أمبير للقدرة الظاهرية ، مع العلم أنه بالنسبة للأجهزة المُخصصة للاستخدام في أنظمة الطاقة الكبيرة، قد تُقاس القدرة بوحدة نسبية . تُصنف الكابلات عادةً بتحديد أقصى جهد لها وسعة التيار . [ 4 ] ونظرًا لاعتماد القدرة على طريقة التبريد، فقد تُحدد تصنيفات مختلفة للتبريد الهوائي، والتبريد المائي، وما إلى ذلك. [ 4 ]

المتوسط ​​مقابل الحد الأقصى

بالنسبة للأجهزة التي تعمل بالتيار المتردد (مثل الكابلات المحورية ومكبرات الصوت )، قد يكون هناك تصنيفان للطاقة: تصنيف الطاقة القصوى (الذروة) وتصنيف الطاقة المتوسطة. [ 5 ] [ 6 ] في هذه الأجهزة، يحدد تصنيف الطاقة القصوى عادةً طاقة التردد المنخفض أو طاقة النبضات، بينما يحد تصنيف الطاقة المتوسطة من التشغيل عالي التردد. [ 5 ] يعتمد حساب تصنيف الطاقة المتوسطة على بعض الافتراضات حول كيفية استخدام الجهاز. على سبيل المثال، تستخدم طريقة تصنيف EIA لمكبرات الصوت إشارة ضوضاء مُشكَّلة تحاكي الموسيقى وتسمح بتجاوز ذروة قدرها 6  ديسيبل، لذا فإن تصنيف EIA البالغ 50 واط يُعادل تصنيف ذروة قدره 200 واط. [ 6 ]

أقصى معدل تشغيل مستمر

يُعرَّف الحد الأقصى للقدرة المستمرة ( MCR ) بأنه أقصى إنتاج (ميغاواط) يمكن لمحطة توليد الطاقة الكهربائية إنتاجه بشكل مستمر في ظل الظروف العادية على مدار عام. في الظروف المثالية، قد يكون الإنتاج الفعلي أعلى من الحد الأقصى للقدرة المستمرة. [ 7 ]

في قطاع الشحن البحري ، تعمل السفن عادةً عند معدل التشغيل المستمر الاسمي ( NCR )، والذي يمثل 85% من 90% من معدل التشغيل المستمر الأقصى (MCR). ويمثل معدل التشغيل المستمر الأقصى (MCR) البالغ 90% عادةً القدرة الإنتاجية التعاقدية التي صُممت المروحة من أجلها. وبالتالي، فإن القدرة الإنتاجية المعتادة التي تعمل بها السفن تتراوح بين 75% و77% من معدل التشغيل المستمر الأقصى (MCR). [ 8 ]

تعريفات أخرى

في بعض مجالات الهندسة، تُستخدم مجموعة أكثر تعقيدًا من تصنيفات القدرة. على سبيل المثال، تُصنّف محركات المروحيات وفقًا لقدرتها المستمرة (التي لا تخضع لقيود زمنية)، وقدرة الإقلاع والتحليق (المحددة بفترة تشغيل تتراوح بين نصف ساعة وساعة)، وقدرة الطوارئ القصوى (التي يمكن الحفاظ عليها لمدة دقيقتين إلى ثلاث دقائق)، وقدرة الطوارئ (نصف دقيقة). [ 9 ]

بالنسبة للمحركات الكهربائية، يُقدّم عامل الخدمة معلومات مماثلة ، وهو مُضاعِف يُطبّق على قدرة الخرج المُقنّنة، ليُعطي مستوى القدرة الذي يُمكن للمحرك تحمّله لفترات زمنية أقصر. يتراوح عامل الخدمة عادةً بين 1.15 و1.4، ويكون أقلّ في المحركات ذات القدرة العالية. مقابل كل ساعة تشغيل عند القدرة المُعدّلة بعامل الخدمة، يفقد المحرك من ساعتين إلى ثلاث ساعات من عمره عند القدرة الاسمية، أي أن عمره التشغيلي ينخفض ​​إلى أقل من النصف عند استمرار التشغيل بهذا المستوى. [ 4 ] [ 10 ] يُعرَّف عامل الخدمة في معيار ANSI /NEMA MG 1 ، [ 11 ] ويُستخدم عمومًا في الولايات المتحدة. [ 12 ] لا يوجد معيار IEC لعامل الخدمة. [ 13 ]

عادةً ما يؤدي تجاوز قدرة الجهاز الكهربائية بأكثر من هامش الأمان المحدد من قبل الشركة المصنعة إلى تلفه، وذلك برفع درجة حرارة تشغيله إلى مستويات تتجاوز الحدود الآمنة. وفي أشباه الموصلات ، قد يحدث تلف لا يمكن إصلاحه بسرعة كبيرة. لا يُعد تجاوز قدرة معظم الأجهزة الكهربائية لفترة قصيرة ضارًا، إلا أن تكرار ذلك بانتظام قد يُسبب أحيانًا تلفًا تراكميًا.

تعتمد قدرة الأجهزة الكهربائية وخطوط النقل على مدة الحمل المقترح ودرجة الحرارة المحيطة؛ فعلى سبيل المثال، يمكن لخط النقل أو المحول تحمل حمل أكبر بكثير في الطقس البارد مقارنةً بالطقس الحار. وقد تُعتبر الأحمال الزائدة اللحظية، التي تُسبب ارتفاع درجات الحرارة وتلف العزل، حلاً مقبولاً في حالات الطوارئ. وتختلف قدرة أجهزة التبديل تبعًا لجهد الدائرة وتيارها. في بعض التطبيقات الفضائية أو العسكرية، قد يحمل الجهاز قدرة أعلى بكثير مما هو مقبول في الأجهزة المصممة للعمل لفترات طويلة.

أمثلة

مضخمات الصوت

تُحدد عادةً قدرة مكبرات الصوت عن طريق تشغيل الجهاز قيد الاختبار حتى بداية التشويش ، أي عند مستوى تشويه مُحدد مسبقًا، يختلف باختلاف الشركة المصنعة أو خط الإنتاج. تشغيل مكبر الصوت عند مستوى تشويه 1% يُعطي تصنيفًا أعلى من تشغيله عند مستوى تشويه 0.01%. [ 14 ] وبالمثل، فإن اختبار مكبر الصوت عند تردد متوسط ​​واحد، أو اختبار قناة واحدة فقط من مكبر صوت ثنائي القنوات، يُعطي تصنيفًا أعلى من اختباره عبر نطاق التردد المُخصص له مع تشغيل القناتين. يمكن للشركات المصنعة استخدام هذه الطرق لتسويق مكبرات الصوت التي يتضمن خرج الطاقة الأقصى المُعلن عنه قدرًا من التشويش لإظهار أرقام أعلى. [ 14 ]

على سبيل المثال، وضعت لجنة التجارة الفيدرالية (FTC) نظامًا لتقييم مكبرات الصوت، حيث يتم اختبار الجهاز مع تشغيل كلا القناتين ضمن نطاق التردد المعلن عنه، وبمستوى تشويه لا يتجاوز المستوى المنشور. أما نظام تقييم رابطة الصناعات الإلكترونية (EIA)، فيحدد قدرة مكبر الصوت بقياس قناة واحدة عند تردد 1000  هرتز، بمستوى تشويه 1% (أي قص 1%). وباستخدام طريقة EIA، يُقيّم مكبر الصوت بنسبة أعلى تتراوح بين 10 و20% مقارنةً بطريقة FTC. [ 14 ]

وحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية

تُحدد القدرة الاسمية للوحدة الكهروضوئية بقياس التيار والجهد مع تغيير المقاومة تحت إضاءة محددة. وتُحدد هذه الشروط في معايير مثل IEC 61215 وIEC 61646 وUL 1703؛ وتحديدًا، تبلغ شدة الإضاءة 1000  واط/م² ، مع طيف مشابه لضوء الشمس الساقط على سطح الأرض عند خط عرض 35°  شمالًا في فصل الصيف ( كتلة هوائية  1.5)، ودرجة حرارة الخلايا 25  درجة مئوية. ويتم قياس القدرة بتغيير الحمل المقاوم على الوحدة بين حالتي الدائرة المفتوحة والمغلقة.

القدرة القصوى المقاسة هي القدرة الاسمية للوحدة بوحدة الواط. ويُشار إليها أحيانًا بـ "W p "؛ وهذا الشكل شائع الاستخدام لأنه يختلف عن المعيار بإضافة لواحق إلى الوحدات القياسية . وتُحسب الكفاءة بقسمة القدرة الاسمية على القدرة الضوئية الساقطة على الوحدة (المساحة × 1000  واط/ م² ) .

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ أنتوني ج. أتكينز؛ توني أتكينز؛ مارسيل إسكودير (2013). قاموس الهندسة الميكانيكية . مطبعة جامعة أكسفورد . ص  269. ISBN 978-0-19-958743-8.
  2. ↑ ألبرت ثومان (2010). دليل مهندسي ومديري المصانع لترشيد استهلاك الطاقة . دار فيرمونت للنشر، ص 320. ISBN  978-0-88173-657-1.
  3. ↑ ويليام ج. إيكلز (2008). القوة البراغماتية . دار مورغان وكلايبول للنشر. ص 74. ISBN  978-1-59829-798-0.
  4. 1 2 3 موكوند ر. باتيل (2012). مقدمة في القدرة الكهربائية وإلكترونيات القدرة . مطبعة سي آر سي . الصفحات 54-55 . ISBN  978-1-4665-5660-7.
  5. 1 2 جيري سي. ويتاكر، محرر. (2005). دليل الإلكترونيات، الطبعة الثانية . مطبعة سي آر سي. الصفحات 314-315 . ISBN  978-1-4200-3666-4.
  6. 1 2 غاري ديفيس؛ رالف جونز (1989). دليل تقوية الصوت ( الطبعة الثانية). شركة هال ليونارد . ص 232. ISBN   978-1-61774-545-4.
  7. ↑ "IESO" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2013-09-03.
  8. ↑ اقتراح دنماركي لمؤشر انبعاثات ثاني أكسيد الكربون لتصميم السفن الجديدة، مقدم من الهيئة البحرية الدنماركية إلى المنظمة البحرية الدولية التابعة للأمم المتحدة (IMO).
  9. ↑ جون م. سيدون؛ سيمون نيومان (2011). أساسيات ديناميكا الهواء للمروحيات ( الطبعة الثالثة). جون وايلي وأولاده . ص 231. ISBN   978-1-119-97272-3.
  10. ↑ مايكل ر. ليندبورغ، مهندس محترف (2013). دليل مرجعي في الهندسة الميكانيكية لامتحان المهندس المحترف . www.ppi2pass.com. الصفحات 72 وما بعدها. ISBN  978-1-59126-414-9.
  11. ↑ "نسخة مؤرشفة" (PDF) . مؤرشفة من النسخة الأصلية (PDF) بتاريخ 22-02-2014 . تم الاطلاع عليها بتاريخ 11-02-2014 .{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title ( link )
  12. ↑ حامد أ. توليات؛ جيرالد ب. كليمان (2004). دليل المحركات الكهربائية . مطبعة سي آر سي. ص 181. ISBN  978-0-8247-4105-1.
  13. ↑ ستيف سنتي (2012). أساسيات التحكم الحركي . سينجايج ليرنينج. ص 81. ISBN  978-1-133-70917-6.
  14. 1 2 3 كويلتر، باتريك (2004). "كيفية مقارنة تصنيفات قدرة مكبرات الصوت". مؤرشف في 11 يناير 2010 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine ). تم الاطلاع عليه في 18 مارس 2010.