Elektriauto - Töö ja võimsus

TÖÖ ja VÕIMSUS

Võimsus näitab, kui palju tööd teeb elektrivool elektriseadme töötamisel etteantud ajaühikus.

Võimsust mõõdetakse vattides (W) ja tähistatakse valemites tähega P.

Elektriseadme poolt tarbitav võimsus on võrdne seadmele rakendatud pinge ja tarbitava voolutugevuse korrutisega.

P=U x I

P - võimsus vattides

U - pinge voltides

I - voolutugevus amprites

Elektriseadme poolt tehtav töö on võrdne tarbitava võimsuse ja seadme töötamise aja korrutisega.

Töö ühikuks on džaul (J) ja tähiseks valemites A.

A = P x t A - töö džaulides (J) P - võimsus vattides (W) t - aeg sekundites (s)

Enamlevinud koduseadmete võimsused:

külmkapp 500W
TV 50W
kuumavee boiler 2000W
Põrandasoendus vannitoas 600W
nõudepesumasin 1200W
pesumasin 800W
kellraadio 40W
valgustid 50W (tänapäevane säästulamp)
soojuspump 2000W
arvuti 40W

Ülaltoodust saab kiirelt järeldada, et suured voolutarbijad on alati seotud millegi soojendamisega. Kas siis põrandaküte või veeboiler. Arvuta peas iga ülalmainitud tarbija voolutugevus töötamise ajal. Pinge U = 230V

MÕTLEMISEKS: Levinud peakaitse lihtsas kortermajas on 16A.

Leia mitu W elektri tarbijaid võid sinna järgi ühendada, enne kui kaitse rakendub?

VASTUS:

P=UxI ehk P=230V x 16A P=3680W Järeldus: Kogu võimsus võib olla maksimaalselt 3700W.

Mõtle oma koduse majapidamise peale, kuidas teil tarbjad ühendatud on. Kui suur on peakaitse?

Enamlevinud sõiduautode seadmete võimsused:

tagaklaasi soojendus 1200W
klaasipuhastid 300W
lähituled 110W
pidurituled ca 50W
sise ventilaator 300W
diiselmootori eelsüüteküünlad 800W

ARVUTA:

Kui starter tarbib voolu 250A, kui võimas on starteri mootor?
600W basskõlari paigaldamiseks sõiduautole, oleks vaja kui suurt sulavkaitset?

Ülessanne 1: Kas 0,4A voolutugevus on piisav 2 x 5W numbritulede tööle panekuks?

Vastus:

2x5W= 10W P=UxI 10W=12I I=10/12=0,83A 0,4A on poole väiksem voolutugevus. Numbrituled ei töötaks või vaevalt hõõguks. Järeldus: kuskil on kehva ühendus või peaaegu katki kulunud juhe, mis piirab voolutugevust.

Ülessanne 2: Kas 200W autokülmiku võib ühendada sigareti süütja pessa, kui antud pesa kaitse on 15A.

Vastus:

P=UxI 200W=12I I=200/12=16,6A Kaitse põleks kohe läbi.

AGA... teeme vastava arvutuse töötava mootoriga. Siis aku pinge ca 14.2V 200/14,2= 14A Ehk töötava mootoriga võib külmik olla ühendatud. Kaitse ei purune. Kui auto seisma panna, siis ainult akupingega kaitse puruneks.

Hobujõud

Hobujõu kui võimsusühiku kasutuselevõtt ulatub tagasi James Wattini, kes selle ühikuga soovis kujukalt väljendada aurumasina võimsust – mitme hobuse veojõudu suudab masin asendada. Tehnikas kasutatakse ennekõike W- watt, aga ajalooliselt on ka hobujõu mõiste jäänud alles. Näiteks autode mootoritest räägitakse hobujõududes.

1Kw ehk 1000W = 1,36 hobujõudu. 100Kw auto mootor on 136 hobujõudu.

Inimese võimsus

Inimese võimsus sõltub väga palju tema treenituse astmest. Keskmisena võib öelda, et inimese võimsus on 1Hj ehk 735W. Seda siiski hetkeliselt. Pikema aja jooksul, nagu näiteks kõrval sõitev jalgrattur suudab inimene välja anda võimsust ca 220W.

Sportlased suudavad hetkeliselt isegi 2-3 hj võimsust näidata!

Näiteks Usain Bolt saavutas arvutuslikult 3.5 hp (2.6 kW) 0.89 sekundi jooksul, kui ta jooksis 9.58 sekundiga 100-meetri sprindi maailmarekordi aastal 2009.

Pildi allikas: https://media2.giphy.com/media/l3vR4Nfdli0jnmF8c/giphy.gif

Mõtlemiseks

Võimsust vattides mõõdetakse ka sisepõlemismootoriga autodel. Võtame siinkohal näiteks tavalise keskmise sõiduauto 100Kw ehk 100 000W

Sisepõlemismootori kasutegur on ca 40%. 60% energiast kulub mootori enese töös hoidmiseks (gaasijaotusmehhanism, veepump jne...) ning eraldub soojusena (väljalaskesüsteem, jahutusvedelik)

Kui mootori võimsus on 100Kw, siis 100Kw on 40%. Sellest tulenevalt 150Kw "aurab ära". 150 Kw on 150 000W ehk sama energia, mis kulub 75 veeboileri kütmiseks! Üleliigne energia soojendab suures osas jahutusvedelikku, mille me auto ninaosas ventilaatoriga jälle maha jahutame. Kui lisada veel muud hõõrdekaod käigukastist ja ülekannetest, siis kogu tänapäevase sisepõlemismootoriga sõiduauto kasutegur on ca 25%.

Piltlikult öeldes kui Pärnust Tallinnasse on 100km ja auto kulutab selle aja jooksul 10L bensiini, siis 3L sellest kulub auto edasi liigutamiseks ning 7L me "kütame" õhku.

Allikas: https://i.imgflip.com/1yhob2.jpg

Seinakontaktis on pinge 230V. Kõrgepingeliinides on pinge aga 30KV ehk 30 000V ja suurtemates kuni 300 000V. Miks?

P = U x I U = I x R

Mida suurem on pinge, seda väiksem voolutugevus (I) Mida väiksem on I, seda väiksem on takistus sama võimsuse juures.

30KV juures on vajaliku juhtme läbimõõt ca. 12mm. Sama võimsuse juures peaks olema 230V liini juhtme läbimõõt ca. 130X suurem ehk 1,56 meetrit!!!

Juhtme läbimõõtu mõjutavaid tegureid on veel, aga silmaringi avardamiseks sobivad ka need arvud.

Pildi allikas: https://66.media.tumblr.com/e88acf11f06b52424d3b636e7da85460/tumblr_prvw82yd5Y1x5ra9co1_540.gif

Nissan Leafil on veoakude pinge 400V. Mootori võimsus ca 80Kw. Miks on aku pinge nii kõrge? Miks mitte näiteks 100V?

VASTUS:

Põhjuseid on mitmeid, kuid üks põhilisi tuleneb ohmi seadusest. Maksimaalsel koormusel tarbib mootor voolu

P=UxI 80 000W/400V= 200A Kui akude kogupinge oleks 100V, siis samasuguse võimsuse saavutamiseks oleks vaja 800A voolutugevust. See aga on meeletult suur vool, ning vajab jämedamaid kaableid ning juhtsüsteeme. See aga lisab sõidukile kaalu ja ruumipuudust.

Ülesanne:

Tehnik mõõtis akuga ühendatud hõõglampi läbivaks voolutugevuseks 5 A ja aku pingeks 12 V. Milline on hõõglambipoolt tarbitav võimsus?

Arvutame võimsus kasutades valemit P=U x I = 12 V x 5 A=..... W

Vastus: hõõglambi poolt tarbitavaks võimsuseks on ..... W.

Ülesanne:

Hõõglamp pingega 12 V ja võimsusega 3 W on ühendatud 12 V akuga. Milline on hõõglampi läbiva voolu tugevus milliamprites?

1. Teisendame võimsuse valemit P=U*I nii, et saaksime arvutada voolutugevuse etteantud pinge ja võimsuse korral: I=P/U

2. Arvutame voolutugevuse amprites: I=P/U=3 W / 12 V=0,25 A

3. Teisendame tulemuse milliampritesse: 0,25 A=(0,25*1000) mA=250 mA

Vastus: Kui 3 W 12 V hõõglamp on ühendatud 12 V akuga läbib seda vool tugevusega 250 milliamprit.

Ülesanne:

Kui palju soojust toodab (teeb tööd) 2 kilovatise võimsusega küttekeha 1 tunni jooksul? Vastus anda megadžaulides.

1. Teisendame võimsuse vattidesse P=2 kW=(2*1000) W = 2000 W

2. Teisendame aja sekunditesse t=1 h=(1*3600) s = 3600s

3. Arvutame töö kasutades valemit A=P*t=2000 W * 3600 s=7200000 J

4. Teisendame töö megadžaulidesse A=720000 J=(7200000/1000000) MJ = 7,2 MJ

Vastus: 2 kW võimsusega küttekeha toodab ühe tunni jooksul soojust 7,2 MJ.