افتح القائمة الرئيسية

في الهندسة الكهربائية , الهندسة الميكانيكية و الأنظمة الأخرى , معدل الطاقة لمعدة ما يعرف على أنه أعلى طاقة دخل مسموح بها للتدفق خلال معدة معينة . وبالنسبة إلى نظام خاص , فإن كلمة "الطاقة" يمكن أن تشير إلى الطاقة الكهربائية أو الميكانيكية . ومعدل الطاقة يمكن أن يشمل أيضا الطاقة المتوسطة والقصوى , والتى من الممكن أن تتغير بناء على نوع المعدة أو تطبيقاتها .

يتم وضع حدود معدل الطاقة عادة بواسطة الشركات المصنعة , لحماية المعدة وتبسيط التصميم للأنظمة الكبيرة , عن طريق توفير مستوى تشغيل يمكن للمعدة العمل تحته بدون أن تتضرر حيث يقدم مقدار كبير من الأمان .

محتويات

أنواع المعداتعدل

معدة تبديديةعدل

فى المعدة التى تقوم بتبديد الطاقة الكهربائية أو تحويلها إلى طاقة ميكانيكية , مثل المقاوم الكهربائي و مكبر الصوت , يكون معدل الطاقة عادة هو أقصى طاقة يمكن أن تبدد بأمان بواسطة المعدة . والسبب الأساسي لهذا الحد هو الحرارة , على الرغم من أنه في الأجهزة الكهروميكانيكية , وخصوصا مكبرات الصوت , فإنه يستخدم لمنع الأضرار الميكانيكية .عندما تكون الحرارة معامل محدد , فإنه يمكن حساب معدل الطاقة بسهولة . أولا , كمية الحرارة التى يمكن فقدها بأمان بواسطة الجهاز ( ) يجب أن يتم حسابها . وهذا يتعلق بأقصى درجة حرارة تشغيل أمنة , درجة الحرارة المحيطة أو درجة الحرارة التى يعمل عندها الجهاز و طريقة التبريد . إذا كانت ( )هي أقصى درجة حرارة تشغيل أمنة للجهاز , (  ) هي درجة الحرارة المحيطة و ( ) هي المقاومة الحرارية الكلية بين الجهاز و المحيط الخارجي , فإن أقصى تبديد (فقد) طاقة يتم حسابه كالتالي :

 

إذا تم تبديد كل الطاقة بالجهاز كحرارة , فإن ذلك يطلق عليه معدل الطاقة .

معدة ميكانيكيةعدل

بالنسبة للمحركات (الكهربية , الهيدروليكية أو أنواع أخرى ) , يعرف معدل الطاقة لهم على أنه طاقة خرجهم وليس طاقة دخلهم خلال المعدة .[1][2][3]

هذا التعريف يميل إلى التعريف العام المشار إليه أعلاه، وأفضل من حيث ارتفاع كفاءة المعدات .

بإتباع الحسابات السابقة , إذا تم تحويل معظم الطاقة إلى طاقة ميكانيكية، فإننا بحاجة إلى معرفة الكفاءة الميكانيكية ( ) . وبالتالي فإن معدل الطاقة يعطى بالعلاقة :

 

ملاحظة : هذه هي الطاقة الحقيقية أو الفعالة التى تم تبديدها بواسطة الجهاز .

أجهزة تحويل الطاقةعدل

فى الأجهزة التى تقوم بتحويل أنواع مختلفة من الطاقة الكهربائية , مثل المحولات أو التى تقوم بنقل الطاقة من مكان لأخر , مثل خطوط النقل , فإن معدل الطاقة غالبا يشير إلى أقصى طاقة متدفقة خلال الجهاز , وليس الطاقة المبددة خلاله . السبب الأساسي لهذا الحد هو الحرارة , ويتم حساب تبديد الحرارة القصوى كما هو مذكور أعلاه .

يتم إعطاء معدل الطاقة غالبا بالوات للطاقة الحقيقية و بالفولت أمبير للطاقة الظاهرية , على الرغم من أن هذه الأجهزة تستخدم في أنظمة الطاقة , فإنه يمكن إعطاء كلاهما بنظام لكل وحدة . يتم تقدير الكبل غالبا بإعطاء أقصى جهد و سعة التيار لهم .[4] وبسبب إعتماد معدل الطاقة على طريقة التبريد , فإنه يمكن تصنيف المعدلات المختلفة للتبريد بالهواء , والتبريد بالماء و الخ .[4]

المتوسط مقابل الأقصىعدل

بالنسبة لأجهزة التشغيل المترددة ( مثل الكابل المحوري , مكبرات الصوت ) , فإنه يوجد تقديرين لمعدل الطاقة , معدل الطاقة الأقصى و معدل الطاقة المتوسطة .[5][6] بالنسبة لبعض الأجهزة , فإن أقصى معدل طاقة يحدد التردد المنخفض أو طاقة النبضة , حيث أن معدل الطاقة المتوسط يحدد تشغيل التردد العالي .[5] وتعتمد حسابات الطاقة المتوسطة على بعض الفروض مثل كيفية استخدام الجهاز . على سبيل المثال , طريقة تقدير تحالف الصناعات الإلكترونية لمكبرات الصوت تستخدم إشارة ضوضاء التى تحاكي الموسيقى وتسمح بأقصى جولة وتساوي 6 ديسيبل , لذلك فإن تقدير تحالف الصناعات الإلكترونية ل 50 وات توافق التقدير الأقصى ل 200 وات .[6]

أقصى تقدير مستمرعدل

أقصى تقدير مستمر (MCR) يعرف على أنه أقصى طاقة خرج (MW) يمكن لمحطة توليد طاقة كهربائية إنتاجها باستمرار تحت الظروف العادية لمدة عام . وتحت الظروف المثالية , فإن الخرج الحقيقي يمكن أن يكون أعلى من أقصى تقدير مستمر .[7]

أثناء الشحن البحري , تعمل السفن عادة عند التقدير المستمر الرمزي (NCR) والذى يساوي 85 % من 90 % من أقصى تقدير مستمر . ال 90 % من أقصى تقدير مستمر هو عادة الخرج التعاقدي حيث يتم تصميم المروحة عليه . ولذلك فإن الخرج التى تعمل عليه السفن يساوي تقريبا من 75 % إلى 77 % من أقصى تقدير مستمر .[8]

تعريفات أخرىعدل

فى بعض مجالات الهندسة , فإنه يتم استخدام مجموعة معقدة من معدلات الطاقة . على سبيل المثال , يتم تقدير محركات الهليكوبتر بالقدرة المستمرة ( التى لا تحتوي على قيد زمني ) , معدلات طاقة الإقلاع والتحليق (تعرف على أنها النصف لكل ساعة تشغيل واحدة ) . الطاقة القصوى للطوارئ ( والتي يمكن أن تستمر لمدة دقيقتين أو ثلاثة دقائق ), ومعدل طاقة الطوارئ ( نصف دقيقة ) .[9]

 
أنواع وأحجام مختلفة من المحركات الكهربائية

بالنسبة للمحركات الكهربائية , يتم نقل نوع مشابه من المعلومات بواسطة معامل الخدمة , والذى يكون مضاعف عندما يتم تطبيقه على طاقة الخرج المقدرة , ويعطي مستوى قوة للمحرك بحيث يمكن الحفاظ عليها لفترات زمنية أقصر . معامل الخدمة عادة يكون في المعدل من 1.15 إلى 1.4 , كما أن الشكل التوضيحي يكون أقل لمحركات الطاقة العالية . لكل ساعة تشغيل لمعامل الخدمة , فإن المحرك يخسر ساعتين أو ثلاثة من عمره الإفتراضي عند القدرة المقننة , على سبيل المثال , عمره الإفتراضي ينخفض إلى أقل من النصف للتشغيل المستمر عند هذا المستوى .[4][10] ويتم تعريف معامل الخدمة في نظام المعهد القومي الأمريكي للقياس و الرابطة الوطنية لمصنعي الأجهزة الكهربائية [11] , ويستخدم بشكل عام في الولايات المتحدة الأمريكية .[12] كما لا يتم تعريف معامل الخدمة في نظام الجنة الكهروتقنية الدولية .[13]

تجاوز معدل الطاقة لجهاز ما بأكثر من هامش السلامة الوضوع بواسطة الشركة المصنعة يؤدي إلى الإضرار بالجهاز بجعل درجة حرارة التشغيل تتجاوز المعدلات الأمنة . في أشباه الموصلات , يمكن أن يحدث الضرر بسرعة جدا . تجاوز معدل الطاقة لمعظم الأجهزة لفترة زمنية قصيرة جدا قد لا يكون ضار , ولكن حدوثه بإنتظام يؤدى إجمالا إلى الضرر بالجهاز .

معدل الطاقة للأجهزة الكهربائية و خطوط النقل يكون دالة في زمن الحمل و درجة الحرارة المحيطة , فعلى سبيل المثال , يمكن لخط النقل أو المحول حمل أحمال أكثر في الطقس البارد عنها في الطقس الحار . زيادة الأحمال اللحظية تتسبب في ارتفاع درجات الحرارة و تدمير العزل , ويمكن اعتبارها معدلات مقبولة في حالات الطوارئ . يتغير معدل الطاقة لأجهزة التشغيل بناء على جهد الدائرة و أيضا التيار . في تطبيقات الفضاء و التطبيقات العسكرية , يمكن للجهاز جمل قدرة عالية أكثر من المسموح بها للعمل لعمر افتراضي كبير .

أمثلةعدل

مضخمات الصوتعدل

 
مضخم صوت فى جهاز HiFi .

يتم وضع معدل الطاقة لمضخم الصوت عادة بتوجيه الجهاز تحت الاختبار إلى بدأ إزالة قيمة محددة سلفا من التشوه , وتختلف على حسب الشركة المصنعة أو خط الإنتاج . توجيه المضخم إلى قيمة تساوي 1 % من مستوى التشوه تؤدي إلى رفع معدل الطاقة أكثر من توجيهه إلى 0.01 % من مستوى التشوه [14]. وبالمثل , فإن اختبار المضخم عند تردد متوسط المدى , أو اختبار قناة واحدة فقط من مكبر للصوت ثنائي القناة , سوف يساهم في قدرة أعلى من إذا تم إختباره تحت تردد معين لكلا القناتين . وتستخدم الشركات المصنعة هذه الطرق لتسويق المضخمات التى تنتج طاقة خرج عالية مع مقدار من التشوه .[14]

على سبيل المثال , لجنة التجارة الإتحادية (FTC) أنشأت نظام تقدير للمضخم حيث يتم اختبار الجهاز على كلا القناتين تحت تردد معلن عنه , ولا يزيد مستوى التشوه عن المستوى المعلن عنه . نظام تقدير جمعية الصناعات الإلكترونية (EIA) يحدد طاقة المضخم بقياس قناة واحدة عند 1.000 هرتز , وبمستوى إزالة تشوه يساوي 1 % . استخدام طريقة جمعية الصناعات الإلكترونية تزيد من تقدير المضخم بنسبة 10 إلى 20 % من طريقة لجنة التجارة الإتحادية .[14]

الوحدات الضوئيةعدل

 
وحدة ضوئية

يتم تحديد الطاقة المقننة لوحدة ضوئية بقياس التيار والجهد عند تغيير المقاومة تحت إضاءة محددة . يتم تحديد الشروط في مستويات مثل IEC 61215 , IEC 61646 و UL 1703 , وتحديدا شدة الضوء تساوي 1000 وات / متر مربع . وبطيف مشابه لسقوط ضوء الشمس على سطح الأرض عند مجال 35 درجة في الصيف ودرجة حرارة الخلايا تساوي 25 درجة سيلزيوس . وتقاس الطاقة عند تغيير الأحمال المقاومة بالوحدة الضوئية بين دائرة مفتوحة ودائرة مغلقة .

تقاس أقصى طاقة عند الطاقة المقننة للوحدة بالوات . وبالعامية يتم كتابته بالرمز " Wp" , وهذه الصيغة عامية لأنها خارج المعيار ويتم إضافة ملحقات إلى نظام الوحدات الدولي . ولحساب الكفاءة فإنها تساوي حاصل قسمة الطاقة المقننة على الطاقة الضوئية الساقطة على الوحدة ( مساحة 1000 وات/ متر مربع ) .

انظر أيضاعدل

المصادرعدل

  1. ^ Anthony G. Atkins؛ Tony Atkins؛ Marcel Escudier (2013). A Dictionary of Mechanical Engineering. Oxford University Press. صفحة 269. ISBN 0-19-958743-4. 
  2. ^ Albert Thumann (2010). Plant Engineers and Managers Guide to Energy Conservation. The Fairmont Press, Inc. صفحة 320. ISBN 978-0-88173-657-1. 
  3. ^ William J. Eccles (2008). Pragmatic Power. Morgan & Claypool Publishers. صفحة 74. ISBN 978-1-59829-798-0. 
  4. أ ب ت Mukund R. Patel (2012). Introduction to Electrical Power and Power Electronics. CRC Press. صفحات 54–55. ISBN 978-1-4665-5660-7. 
  5. أ ب Jerry C. Whitaker, المحرر (2005). The Electronics Handbook, Second Edition. CRC Press. صفحات 314–315. ISBN 978-1-4200-3666-4. 
  6. أ ب Gary Davis؛ Ralph Johnes (1989). The Sound Reinforcement Handbook (الطبعة 2nd). Hal Leonard Corporation. صفحة 232. ISBN 978-1-61774-545-4. 
  7. ^ IESO[وصلة مكسورة] نسخة محفوظة 03 سبتمبر 2013 على موقع واي باك مشين.
  8. ^ Danish proposal to a design CO2 index for new ships to the UN’s International Maritime Organization (IMO) from the Danish Maritime Authority
  9. ^ John M. Seddon؛ Simon Newman (2011). Basic Helicopter Aerodynamics (الطبعة 3rd). John Wiley & Sons. صفحة 231. ISBN 978-1-119-97272-3. 
  10. ^ Michael R. Lindeburg, PE (2013). Mechanical Engineering Reference Manual for the PE Exam. www.ppi2pass.com. صفحات 72–. ISBN 978-1-59126-414-9. 
  11. ^ http://www.nema.org/Standards/ComplimentaryDocuments/Contents%20and%20Forward%20MG%201.pdf
  12. ^ Hamid A. Toliyat؛ Gerald B. Kliman (2004). Handbook of Electric Motors. CRC Press. صفحة 181. ISBN 978-0-8247-4105-1. 
  13. ^ Steve Senty (2012). Motor Control Fundamentals. Cengage Learning. صفحة 81. ISBN 1-133-70917-6. 
  14. أ ب ت Quilter, Patrick (2004). "How to Compare Amplifier Power Ratings." Sound and Song. Retrieveded on March 18, 2010. نسخة محفوظة 22 ديسمبر 2017 على موقع واي باك مشين.