Формула полной мощности: Как посчитать полную мощность

НЕОБХОДИМА КОНСУЛЬТАЦИЯ?

Теория расчета реактивной мощности КРМ

Q = P_{a· ( tgφ1-tgφ2)-  реактивная мощность установки КРМ (кВАр)}

Q = P_a · K

P_a -активная мощность (кВт)

K- коэффициент из таблицы

P_{a= S· cosφ}

S -полная мощность(кВА)

cos φ — коэффициент мощности

tg(φ₁+φ₂) согласуются со значениями cos φ в таблице. 

Таблица определения реактивной мощности конденсаторной установки  — КРМ (кВАр), необходимой для достижения заданного cos(φ).

Пример:

Активная мощность двигателя : P=100 кВт

Действующий cos φ = 0.61 

Требуемый cos φ = 0.96

Коэффициент K из таблицы = 1.01

Необходимая реактивная мощности КРМ (кВАр):

Q = 100 · 1.01=101 кВАр

НЕОБХОДИМА КОНСУЛЬТАЦИЯ?

Возврат к списку

Коэффициент мощности (cos φ, косинус фи ), Полная (кажущаяся), активная и реактивная мощность электродвигателя=электромотора и не только его. Коэффициент мощности для трехфазного электродвигателя.

Коэффициент мощности (cos φ, косинус фи ), Полная (кажущаяся), активная и реактивная мощность электродвигателя=электромотора и не только его. Коэффициент мощности для трехфазного электродвигателя.

На шильдиках многих электромоторов (электродвигателей и др. устройств) указывают активную мощность в Вт и cosφ / или λ /или PF. Что тут к чему см. ниже.

Подразумеваем,что переменное напряжение в сети синусоидальное — обычное, хотя все рассуждения ниже верны и для всех гармоник по отдельности других периодических напряжений.

Полная, или кажущаяся мощность S (apparent power) измеряется в вольт-амперах (ВА или VA) и определяется произведением переменных напряжения и тока системы. Удобно считать, что полная мощность в цепи переменного тока выражается комплексным числом таким, что активная мощность является его действительной частью, реактивная мощность — мнимой.

Активная мощность P (active power = real power =true power) измеряется в ваттах (Вт, W) и это та мощность, которая потребляется электрическим сопротивлением системы на тепло и полезную работу. Для сетей переменного тока:

• P=U*I*cosφ, где U и I — действующие=эффективные=среднеквадратичные значения напряжения и тока, а φ- сдвиг фаз между ними

Реактивная мощность Q (reactive power) измеряется в вольт-амперах реактивных (вар, var) и это электромагнитная мощность, которая запасается и отдается обратно в сеть колебательным контуром системы. Реактивная мощность в идеале не выполняет работы, т.е. название вводит в заблуждение. Легко догадаться глядя на рисунок, что:

• P=U*I*sinφ, где U и I — действующие=эффективные=среднеквадратичные значения напряжения и тока, а φ- сдвиг фаз между ними

Сама концепция активной и реактивной мощности актуальна для устройств (приемников) переменного тока. Она малоактуальна=никогда не упоминатеся для приемников постоянного тока в силу малости (мизерности) соответствующих эффектов, связанных только с переходными процессами при включении/выключении.

Любая система, как известно, имеет емкость и индуктивность = является неким колебательным контуром. Переменный ток в одной фазе накачивает электромагнитное поле этого контура энергией а в противоположной фазе эта энергия уходит обратно в генератор ( в сеть). Это вызывает в РФ 3 проблемы (для поставщика энергии!)

• Хотя теоретически, при нулевых сопротивлениях передачи, на выработку реактивной мощности не тратится мощность генератора, но практически для передачи реактивной мощности по сети требуется дополнительная, активная мощность генератора (потери передачи).
• Сеть должна пропускать и активные и реактивные токи, т.е иметь запас по пропускным характеристикам.
• Генератор мог бы, выдавая те же ток и напряжение, поставлять потребителю электроэнергии больше активной мощности.

попробуем догадаться, что делает поставщик электроэнергии? Правильно, пытается навязать Вам различные тарифы для разлиных значений cos φ. Что можно сделать: можно заказать компенсацию реактивной мощности ( т.е. установку неких блоков конденсаторов или катушек), которые заставят реактивную нагрузку колебаться внутри Вашего предприятия/устройства. Стоит ли это делать? Зависит от стоимости установки, наценок за коэффициент мощности и очень даже часто не имеет экономического смысла. В некоторых странах качество питающего напряжения тоже может пострадать от избытка реактивной мощности, но в РФ проблема неактуальна в силу изначально очень низкго качества в питающей сети.

Естественно, хотелось бы ввести величину, которая характеризовала бы степень линейности нагрузки. И такая величина вводится под названием коэффициент мощности («косинус фи», power factor, PF), как отношение активной мощности к полной, естественно сразу в 2-х видах, в РФ это:

• λ=P/S*100% — то есть, если в %, то это лямбда, P в (Вт), S в (ВА)
• cosφ=P/S — более распространенная величина , P в (Вт), S в (ВА)

Коэффициент мощности для трехфазного асинхронного (обычного) электродвигателя.

cosφ = P / (√3*U*I)

где

cosφ = косинус фи

√3 = квадратный корень из трех

P = активная мощность (Вт)

U = Напряжение (В)

I = Ток (А)

Компенсация реактивной мощности

В электрических цепях переменного тока присутствуют два вида мощности – активная и реактивная. Активная мощность является полезной и расходуется непосредственно на совершение полезной работы. Реактивная мощность чаще имеет отрицательное воздействие, в связи с чем, требуется компенсация реактивной мощности. 

Реактивная мощность

Реактивная мощность возникает при наличии реактивных элементов в цепи, таких как катушка или конденсатор. При этом часть энергии полученной от источника возвращается обратно к нему.

При наличии в цепи и катушки и конденсатора, суммарная реактивная мощность оказывается меньше, чем в цепях, в которых эти элементы расположены по отдельности. Это связано с тем, что индуктивная Q_L и емкостная Q_C  мощности имеют разные знаки. При равенстве этих мощностей наблюдается явление резонанса, при котором реактивная мощность равна нулю. В этом случае энергия не поступает к источнику, а циркулирует между катушкой и конденсатором.

Реактивная мощность в промышленных установках

В промышленности большая часть оборудования обладает индуктивностью, а следовательно и реактивной мощностью. Примером таких установок может служить трансформаторы, двигатели, индукционные нагревательные установки и т.д. Чем больше величина реактивной мощности, тем меньше коэффициент мощности cosϕ, который определяется как отношение активной мощности к полной. Чем больше число установок, тем больше их суммарная реактивная мощность, следовательно, потери связанные с реактивной мощностью больше.

Реактивная мощность также влияет на токи в цепи. На примере асинхронного двигателя ток определяется как 

При увеличении реактивной мощности (Q) ток также будет увеличиваться, что приводит к необходимости выбора проводов большего сечения, а следовательно к лишним затратам. Кроме того, увеличение тока приводит к увеличению тепловых потерь, а следовательно к дополнительному нагреву двигателя.

Компенсация реактивной мощности

Как было сказано ранее, большие значения реактивной мощности приводят к значительным экономическим и трудовым затратам. Поэтому, на практике стараются максимально уменьшить её значение.

Уменьшение реактивной мощности может достигаться несколькими способами. Самым эффективным считается правильный подбор мощности двигателей и трансформаторов и нахождение эффективного режима нагрузки, без холостого хода и недогрузки. Такой способ не требует дополнительных материальных затрат, но им не всегда получается достигнуть оптимальных значений и прибегают к искусственным способам компенсации реактивной мощности.

Одним из таких способов является включение батареи конденсаторов параллельно к приемнику.

С помощью использования батареи конденсаторов можно добиться полной компенсации реактивной мощности. Но на практике затраты на дополнительное оборудование могут значительно превысить затраты на реактивную мощность, из-за дороговизны конденсаторов. Поэтому чаще всего, добиваются лишь частичной компенсации реактивной мощности.

Компенсацию реактивной мощности рассмотрим на примере асинхронного двигателя.

До включения батареи конденсаторов параллельно двигателю, значение реактивной мощности было равно Q₁, а ток в питающих проводах двигателя был равен I₁. При включении батареи, это значение снизилось до Q₂, так как часть индуктивной мощности была скомпенсирована емкостной.

Ток значительно уменьшается до величины I₂, благодаря появлению тока I_c, который можно рассчитать по формуле

Емкость батареи 

Мощность батареи 

Таким образом, компенсация реактивной мощности играет важную роль с точки зрения сокращения расходов предприятия. 

Тема 4 Активная, реактивная и полная мощности. Коэффициент мощности

1. Активная мощность при r = X_C = 20 Ом и показаниях амперметра 10 А, вольтметра 200В, равна

1) P = 2000 Вт 2) Р = 200 Вт

3) Р = 100 Вт 4) Р = 20 Вт

2. Формула для определения мгновенной мощности переменного тока

3. Выражение для энергии W_L, накопленной в поле индуктивного элемента, имеет вид

4)

4. Формула полной мощности имеет вид

1) 2)

3) 4)

5. Формула активной мощности цепи имеет вид

1) 2)

3) 4)

6. Полная комплексная мощность для цепи из последовательно соединенныхR,L,Cопределяется по формуле

1) 2)

3)4)

7. Формула реактивной мощности катушки индуктивности имеет вид

1) 2)

3) 4)

8. Формула реактивной мощности Q_Cконденсатора С в цепи имеет вид

1) 2)

3) 4)

9. Выражение активной мощности Р пассивного двухполюсника в цепи переменного тока имеет вид

1)2)

3) 4)

10. Каким свойством обладают индуктивные элементы схем

1) поглощать энергию2) создавать энергию

3) запасать энергию в виде электрического поля

4) запасать энергию в виде магнитного поля

11.Полная мощность цепи переменного тока

1)2)

3) 4)

12. Каким свойством обладают резистивные элементы схем

1) создавать энергию

2) запасать энергию в виде электрического поля

3) запасать в виде энергию магнитного поля

4) преобразовывать электрическую энергию

13. Формула для определения реактивной мощности Q_Lна индуктивностиLв цепи переменного тока

1) 2) 3) 4)

14. Формула, показывающая связь между активной, реактивной и полной мощностью

1) 2)

3) 4)

15. Формула, показывающая связь между реактивной и полной мощностью

1) Q=S tg 2) Q=S/sin 3) Q=S/tg 4) Q=S sin

16. Выражение полной мощности S пассивного двухполюсника в цепи переменного тока имеет вид

17. Реактивная мощность при r = X_C = 20 Ом и показаниях амперметра 10 А, вольтметра 200В, равна

1) Q=20 вар 2) Q= 2000 вар

3) Q= 200 вар 4) Q= 2вар

18. Полная мощность приr = X_C = 20 Ом и показаниях амперметра 10 А, вольтметра 200В, равна

1) S =ВА 2)S=ВА 3) 200 ВА 4) 2000 ВА

19. Активная мощность цепи переменного тока

1) 2)

3) 4)

20. Реактивная мощность цепи переменного тока

1) 2)

3) 4)

5. Частотные свойства электрической цепи. Резонанс

1. Резонансная частота₀колебательного контура

2. Резонансная частота — ₀ колебательного контура

3. В режиме резонанса, приU=90 В,r=5 Ом,Х_L =Х_C= 20 Ом, амперметр покажет

1) I=18A2)I=2A3)I=4,5A4)I=6A

4. В режиме резонанса, приU=90 В,R=5 Ом,Ом, вольтметр покажет:

1) U=90 В 2) U=10 В 3) U=30 В 4) U=22,5 В

5. В режиме резонанса, при U=90 В,R=5 Ом, 20 Ом, вольтметр покажет:

1) U=360 В 2) U=180 В 3) U=40 В 4) U=120 В

6. В режиме резонанса, приU=90 В,R=5 Ом,Ом, вольтметр покажет

1) U=360 В 2) U=180 В 3) U=40 В 4) U=120 В

7. В режиме резонанса, приU=100 В,R=10 Ом,Ом, амперметр покажет:

1) I=10A2)I=20A3)I=5A4)I=50A

8. Резонансная частота контура при уменьшении активного сопротивления в 4 раза

1) уменьшится в 2 раза 2) увеличится в 2 раза 3) не изменится

9. Резонансная частота контура при увеличении активного сопротивления в 4 раза

1) уменьшится в 2 раза 2) увеличится в 2 раза 3) не изменится

10. Резонансная частота контура при увеличении емкости в 4 раза

1) уменьшится в 2 раза 2) увеличится в 2 раза 3) не изменится

11. Резонансная частота контура при уменьшении емкости в 4 раза

1) уменьшится в 2 раза 2) увеличится в 2 раза 3) не изменится

12. Резонансная частота контура при увеличении индуктивности в 4 раза

1) уменьшится в 2 раза 2) увеличится в 2 раза 3) не изменится

13. Резонансная частота контура при уменьшении индуктивности в 4 раза

1) уменьшится в 2 раза 2) увеличится в 2 раза 3) не изменится

14. Условием возникновения резонанса напряжений в линейной электрической цепи является

1) равенство нулю активной составляющей полной мощности

2) равенство нулю активной и мнимой части комплексной проводимости

3) равенство нулю мнимой части комплексного сопротивления

4) равенство нулю активной составляющей комплексного сопротивления

15. Условием возникновения резонанса токов в линейной электрической цепи является

1) равенство нулю мнимой части комплексной проводимости

2)равенство нулю действительной и мнимой части комплексного сопротивления

3) равенство нулю активной мощности

4) равенство нулю разности мнимой и действительной части

16. Резонансом электрической цепи r, L, С называется режим работы, при котором

1) резонансная частота цепи равна частоте напряжения сети

2) активная мощность цепи равна нулю

3) цепь имеет чисто активный характер

4) цепь имеет индуктивный характер

5) цепь имеет емкостной характер

17. Электрическая цепь, в которой возможно возникновение резонанса напряжений, имеет вид

1) 2) 3) 4)

18. Электрическая цепь, в которой возможно возникновение резонанса токов, имеет вид

1) 2) 3) 4)

19. Цепь находится в режиме резонанса, когда

1) I_L =I_C 2) I = I_L + I_C 3) I_C = I + I_L 4) I_L = I + I_C

20. Цепь находится в режиме резонанса, когда

1) U_L =U_C 2) U = U_L + U_C 3) U_C = U_r + U_L 4) U_L = U_r + U_C

21. Резонансные кривые,,имеют вид

параллельных цепей

Ваш браузер не поддерживает Java-апплеты

Схема с более чем одним Путь прохождения тока представляет собой параллельную цепь.

НАПРЯЖЕНИЕ В ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ЦЕПЯХ

Общее напряжение равно напряжение любого параллельного сопротивления.

ТОК В ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ЦЕПЯХ

Полный ток равен сумма тока каждого параллельного компонента.

ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ЦЕПИ

Общее сопротивление может быть рассчитывается по закону Ома, если известны напряжение и полный ток.

Общее сопротивление всегда меньше наименьшего значения сопротивления.

Метод равных значений

Для параллельных сопротивлений в какие все резисторы имеют одинаковое значение, сопротивление можно рассчитать по формуле разделив номинал одного из резисторов на количество резисторов.

Взаимный метод

Для параллельных сопротивлений в какие все резисторы имеют одинаковое значение, сопротивление можно рассчитать по формуле разделив номинал одного из резисторов на количество резисторов.

1 / R _T = 1 / R ₁ + 1 / R ₂ + 1 / R _N

R _EQ = 1 / (1 / R ₁ + 1 / R ₂ + … + 1 / R _N )

Метод произведения на сумму

Для расчета сопротивления двух параллельных резисторов можно использовать эту формулу:

_{рэндов EQ} = ( _{рэндов 1} * р ₂ рэндов) / ( _{рэндов 1} + _{рэндов 2} )

Правило приближения 10 к 1

Если подключены два резистора параллельно, и один резистор в 10 или более раз больше по стоимости, чем другой резистор, резистор большего номинала можно не учитывать.

ПРОВОДИМОСТЬ

Общая проводимость равна сумме проводимости каждого компонента.

ПИТАНИЕ В ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ЦЕПЯХ

Суммарная мощность равна сумма мощности каждого компонента. (Это то же самое, что и с серией схемы).

Правила для параллельных цепей постоянного тока

1. Такое же напряжение существует через каждую ветвь параллельной цепи и равно напряжению источника.
2. Ток через параллельная ветвь обратно пропорциональна величине сопротивления ветка.
3. Полный ток параллельная цепь равна сумме отдельных токов ответвления цепь
4. Эквивалентное сопротивление параллельная цепь находится по общему уравнению Req = 1 / (1 / R1 + 1 / R2 + 1 / р-н)
5. Общая мощность, потребляемая в параллельная схема равна сумме мощности, потребляемой индивидуумом резисторы.

ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЦЕПЕЙ

1. Соблюдайте принципиальную схему внимательно или при необходимости нарисуйте.
2. Обратите внимание на указанные значения и значения, которые необходимо найти.
3. Выберите подходящий уравнения, которые будут использоваться при решении для неизвестных величин на основе известных количества.
4. Подставьте известные значения в уравнении, которое вы выбрали, и решите для неизвестного значения.

ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ УСТРАНЕНИЕ НЕПОЛАДОК ЦЕПИ

Когда в ветви параллельной сети сопротивление ветви увеличивается и общее сопротивление цепи увеличивается. Это вызывает уменьшение общего Текущий.

Короткое замыкание всегда приводит в отсутствие тока, протекающего через другие ветви цепи.

— базовое электричество

Три закона для последовательных цепей

Существует три основных соотношения, касающихся сопротивления, тока и напряжения для всех последовательных цепей.Важно, чтобы вы усвоили три основных закона для последовательных цепей.

Сопротивление

Когда отдельные сопротивления соединяются последовательно, они действуют так же, как одно большое комбинированное сопротивление. Поскольку существует только один путь для протекания тока в последовательной цепи, и поскольку каждый из резисторов находится в линии, чтобы действовать как противодействие этому протеканию тока, общее сопротивление представляет собой комбинированное противодействие всех линейных резисторов.

Общее сопротивление последовательной цепи равно сумме всех отдельных сопротивлений в цепи .

Rt = R1 + R2 + R3…

Используя эту формулу, вы обнаружите, что полное сопротивление цепи равно:

RT = 15 Ом + 5 Ом + 20 Ом = 40 Ом

Текущий

Поскольку существует только один путь для потока электронов в последовательной цепи, ток имеет одинаковую величину в любой точке цепи.

Общий ток в последовательной цепи такой же, как ток через любое сопротивление цепи.

IT = I1 = I2 = I3…

Учитывая 120 В как общее напряжение и определив общее сопротивление цепи как 40 Ом, теперь вы можете применить закон Ома для определения полного тока в этой цепи:

IT = 120 В / 40 Ом = 3 А

Этот общий ток цепи останется неизменным для всех отдельных резисторов цепи.

Напряжение

Прежде чем какой-либо ток пройдет через сопротивление, должна быть доступна разность потенциалов или напряжение. Когда резисторы соединены последовательно, они должны «делить» общее напряжение источника.

Общее напряжение в последовательной цепи равно сумме всех индивидуальных падений напряжения в цепи.

Когда ток проходит через каждый резистор в последовательной цепи, он устанавливает разность потенциалов на каждом отдельном сопротивлении.Это обычно называется падением напряжения, и его величина прямо пропорциональна величине сопротивления. Чем больше значение сопротивления, тем выше падение напряжения на этом резисторе.

ET = E1 + E2 + E3…

Используя закон Ома, вы можете определить напряжение на каждом резисторе.

3 А × 15 Ом = 45 В

3 А × 5 Ом = 15 В

3 А × 20 Ом = 60 В

Общее напряжение источника равно сумме отдельных падений напряжения:

45 В + 15 В + 60 В = 120 В

Обрыв в последовательной цепи

При появлении обрыва ток в цепи прерывается.Если нет тока, падение напряжения на каждом из резистивных элементов равно нулю. Однако разность потенциалов источника очевидна. Если вольтметр подключен через разрыв, показания такие же, как если бы он был подключен непосредственно к клеммам источника питания.

Влияние обрыва линии и потери линии

Медь и алюминий используются в качестве проводников, потому что они мало препятствуют прохождению тока.Хотя сопротивлением часто пренебрегают при простом анализе цепей, в практических приложениях может возникнуть необходимость учитывать сопротивление линий.

Line Drop

Когда ток 10 А протекает через каждую линию с сопротивлением 0,15 Ом, на каждой линии появляется небольшое падение напряжения. Это падение напряжения на линейных проводниках обычно обозначается как линейное падение .

Поскольку есть две линии, общее падение составляет 2 × 1.5 В = 3 В. Напряжение сети на нагрузке (117 В) меньше напряжения источника.

В некоторых ситуациях может потребоваться использование более крупных проводов с меньшим сопротивлением, чтобы падение напряжения в линии не слишком сильно уменьшало напряжение нагрузки.

Потеря линии

Другой термин, связанный с проводниками, — потери в линии. Это потеря мощности, выраженная в ваттах, и связана с рассеянием тепловой энергии при прохождении тока через сопротивление проводов линии.Потери в линии рассчитываются с использованием одного из уравнений мощности.

Используя предыдущий пример:

P = I ² × R

P = (10A) ² × 0,3 Ом

P = 30 Вт

* Помните:

• Падение напряжения в линии выражается в вольтах.
• Потери в линии выражаются в ваттах.

Атрибуция

Объяснение формулы сбалансированной трехфазной мощности — Wira Electrical

Давайте теперь рассмотрим сбалансированную трехфазную систему питания.

Начнем с исследования мгновенной мощности, потребляемой нагрузкой.

О том, что такое трехфазная схема, лучше сначала почитать.

После того, как мы узнаем о трехфазной цепи, мы узнаем:

1. Сбалансированное трехфазное напряжение
2. Сбалансированное трехфазное питание
3. Несбалансированное трехфазное питание
4. Измерение трехфазной мощности

Формула сбалансированной трехфазной мощности

Это требует, чтобы анализ проводился во временной области.Для нагрузки, подключенной по схеме Y, фазные напряжения равны

, где коэффициент √2 необходим, потому что V _p было определено как среднеквадратичное значение фазы. Напряжение.

Если Z _Y = Z∠θ, фазные токи отстают от соответствующих фазных напряжений на θ. Таким образом,

где I _p — действующее значение фазного тока.

Полная мгновенная мощность в нагрузке — это сумма мгновенных мощностей в трех фазах; то есть

Применение тригонометрической идентичности

Таким образом, общая мгновенная мощность в сбалансированной трехфазной системе постоянна — она ​​не изменяется со временем, как мгновенная мощность каждой фазы.

Этот результат верен независимо от того, подключена ли нагрузка по схеме Y или ∆.

Это одна из важных причин использования трехфазной системы для генерации и распределения энергии. Чуть позже мы рассмотрим другую причину.

Поскольку общая мгновенная мощность не зависит от времени, средняя мощность на фазу P _p либо для нагрузки с ∆-соединением, либо для нагрузки с соединением Y составляет p / 3, или

, а реактивная мощность на каждую фазу составляет

Полная мощность на каждую фазу составляет

Комплексная мощность на фазу составляет

, где В _p и I _p — это амплитуда напряжения и фазного тока. V _p и I _p соответственно.

Общая средняя мощность — это сумма средних мощностей в фазах:

Для нагрузки с Y-соединением I _L = I _p но V _L = √3V _p , тогда как для ∆-подключенной нагрузки I _L = √3I _p , но V _L = V _p .

Таким образом, уравнение (10) применимо как к нагрузкам, подключенным по схеме Y, так и к нагрузкам по схеме ∆. Аналогичным образом, общая реактивная мощность составляет

, а общая комплексная мощность составляет

В качестве альтернативы мы можем записать уравнение (12) как

Помните, что V _p , I _p , V _L и I _L — это все среднеквадратичные значения, а θ — это угол импеданса нагрузки или угол между фазным напряжением и фазным током.

Второе важное преимущество трехфазных систем для распределения электроэнергии состоит в том, что в трехфазной системе используется меньшее количество проводов, чем в однофазной системе для того же сетевого напряжения V _L и такой же потребляемой мощности P _L. .

Мы сравним эти случаи и предположим, что в обоих случаях провода сделаны из одного и того же материала (например, медь с удельным сопротивлением ρ), одинаковой длины l и что нагрузки являются резистивными (т. Е. С единичным коэффициентом мощности).

Для двухпроводной однофазной системы, показанной на рисунке (1a), I _L = P _L / V _L , поэтому потери мощности в двух проводах составляют

Для трехпроводной трехфазной системы на рис.(1b), I ’ _L = | I _a | = | I _b | = | I _c | = P _L / √3V _L из уравнения. (10)

Потери мощности в трех проводах составляют

Уравнения.(14) и (15) показывают, что для той же полной мощности P _L и того же сетевого напряжения V _L ,

R = ρ l / πr ² и R ‘= ρ l / πr ² , где r и r’ — радиусы проволок. Таким образом,

Если одинаковая потеря мощности допустима в обеих системах, то r ² = 2r ’ ² .Соотношение требуемого материала определяется количеством проволок и их объемами, поэтому

, поскольку r ² = 2r ’ ² . Уравнение (18) показывает, что однофазная система использует на 33 процента больше материала, чем трехфазная система, или что трехфазная система использует только 75 процентов материала, используемого в эквивалентной однофазной системе.

Другими словами, для обеспечения такой же мощности с трехфазной системой требуется значительно меньше материала, чем требуется для однофазной системы.

Формула мощности для примеров сбалансированной системы

Для лучшего понимания рассмотрим приведенные ниже примеры:
1. См. Схему на рисунке (2). Определите общую среднюю мощность, реактивную мощность и комплексную мощность в источнике и на нагрузке.

Решение:
Достаточно рассмотреть одну фазу, так как система сбалансирована. Для фазы a ,

Таким образом, в источнике комплексная подаваемая мощность составляет

Реальная или средняя подаваемая мощность составляет -2087 Вт, а реактивная мощность составляет -834.6 ВАР.

При нагрузке комплексная потребляемая мощность составляет

, где Z _p = 10 + j8 = 12,81∠38,66 ° и I _p = I _a = 6,81∠ − 21,8 °.

Следовательно,

Фактическая потребляемая мощность составляет 1391,7 Вт, а потребляемая реактивная мощность составляет 1113,3 ВАр.

Разница между двумя комплексными мощностями поглощается импедансом линии (5 — j2) Ом.

Чтобы показать, что это так, мы находим комплексную мощность, потребляемую линией, как

, которая является разницей между S _s и S _L , то есть S _s + S _l + S _L = 0, как и ожидалось.

2. Трехфазный двигатель можно рассматривать как сбалансированную Y-нагрузку. Трехфазный двигатель потребляет 5,6 кВт при напряжении в сети 220 В и токе в сети 18,2 А. Определите коэффициент мощности двигателя.

Решение:
Полная мощность составляет

Поскольку фактическая мощность составляет

, коэффициент мощности составляет

3. Две симметричные нагрузки подключены к линии 240 кВ (среднеквадратичное значение) 60 Гц, как показано на рисунке . (3а).

Нагрузка 1 потребляет 30 кВт при коэффициенте мощности 0.6 отстает, а нагрузка 2 потребляет 45 кВАр при коэффициенте мощности 0,8 с запаздыванием.

Предполагая последовательность abc , определите:

(a) комплексную, действительную и реактивную мощность, потребляемую комбинированной нагрузкой,

(b) линейные токи и

(c) номинальную мощность в кВАр. три конденсатора, подключенные по схеме ∆ параллельно нагрузке, увеличивают коэффициент мощности до 0,9 запаздывания и емкость каждого конденсатора.

Решение:
(a) Для нагрузки 1, учитывая, что P ₁ = 30 кВт и cos θ ₁ = 0.6, то sin θ ₁ = 0,8.

Следовательно,

и Q ₁ = S ₁ sin θ ₁ = 50 (0,8) = 40 кВАр. Таким образом, комплексная мощность нагрузки 1 равна

Для нагрузки 2, если Q ₂ = 45 кВАр и cos θ ₂ = 0,8, то sin θ ₂ = 0,6. Находим

и P ₂ = S ₂ cos θ ₂ = 75 (0,8) = 60 кВт.Следовательно, комплексная мощность нагрузки 2 равна

Из уравнений (3.1) и (3.2) общая комплексная мощность, потребляемая нагрузкой, составляет

с коэффициентом мощности cos 43,36 ◦ = 0,727 с запаздыванием. Реальная мощность тогда составляет 90 кВт, а реактивная мощность — 85 кВАр.

(b) Поскольку S = √3V _L I _L , линейный ток равен

Мы применяем это к каждой нагрузке, учитывая, что для обеих нагрузок V _L = 240 кВ. Для нагрузки 1:

Поскольку коэффициент мощности отстает, линейный ток отстает от сетевого напряжения на θ ₁ = cos ⁻¹ 0,6 = 53,13 ◦. Таким образом,

Для нагрузки 2,

и линейный ток отстает от линейного напряжения на θ ₂ = cos ⁻¹ 0,8 = 36,87 ◦.
Следовательно,

Общий линейный ток равен

В качестве альтернативы, мы могли бы получить ток из общей комплексной мощности, используя уравнение.(3.4) как

и

, то же самое, что и раньше. Другие линейные токи, I _b2 и I _ca , могут быть получены в соответствии с последовательностью abc (т.е. I _b = 297,827 − 163,36 ◦ мА и I _c = 297,82∠76,64 ◦ мА).

(c) Мы можем найти реактивную мощность, необходимую для доведения коэффициента мощности до 0,9 с запаздыванием,

, где P = 90 кВт, θ _старый = 43,36 ° и θ _новый = cos ⁻¹ 0.9 = 25,84 °.

Следовательно,

Это реактивная мощность для трех конденсаторов. Для каждого конденсатора номинал Q ’ _C = 13,8 кВАр. Требуемая емкость составляет

Поскольку конденсаторы подключены по схеме ∆, как показано на рисунке (3b), _{В, действующее значение} в приведенной выше формуле — это межфазное или линейное напряжение, равное 240 кВ.

Таким образом,

Что такое комплексная мощность и как она фигурирует в анализе мощности

Мощность, потребляемая данной нагрузкой

За годы были затрачены значительные усилия, чтобы выразить отношения мощности как можно проще.Энергетики придумали термин комплексная мощность, который они используют, чтобы найти общий эффект от параллельных нагрузок.

Комплексная мощность важна при анализе мощности, поскольку она содержит всю информацию, относящуюся к мощности , потребляемой данным нагрузка .

Рассмотрим нагрузку переменного тока на Рисунке 1 выше.Учитывая форму вектора V = V _м ∠θ _v и I = I _м ∠θ _i напряжения v (t) и тока i (t), комплексная мощность S потребляемая нагрузкой переменного тока является произведением напряжения и комплексно-сопряженного тока, или:

, если принять условное обозначение пассивного знака (см. рисунок 1). В единицах среднеквадратичных значений:

, где

и

Таким образом, мы можем написать уравнение. (1.11) как:

Мы замечаем из уравнения. (1.14) что величина комплексной мощности равна полной мощности . Следовательно, комплексная мощность измеряется в вольт-амперах (ВА). Также мы замечаем, что угол комплексной мощности — это угол коэффициента мощности.

Комплексная мощность может быть выражена через полное сопротивление нагрузки Z . Полное сопротивление нагрузки Z можно записать как:

Таким образом, В _{среднеквадратичное значение} = Z × I _{среднеквадратичное значение} .Подставляя это в уравнение. (1.11) дает

Поскольку Z = R + jX , уравнение. (1.16) становится

, где P и Q — действительная и мнимая части комплексной степени ; то есть

P — средняя или активная мощность , и она зависит от сопротивления нагрузки R. Q зависит от реактивного сопротивления нагрузки X и называется реактивной (или квадратурной) мощностью .

Сравнение ур. (1.14) с формулой. (1.17), мы замечаем, что:

Реальная мощность P — это средняя мощность в ваттах, передаваемая на нагрузку. Это единственная полезная сила. Это фактическая мощность, рассеиваемая нагрузкой. Реактивная мощность Q является мерой обмена энергией между источником и реактивной частью нагрузки.

Единицей измерения Q является реактивная мощность вольт-ампер (ВАР), чтобы отличить ее от реальной мощности, единицей измерения которой является ватт.

Обратите внимание, что:

1. Q = 0 для резистивных нагрузок (единица pf)
2. Q <0 для емкостных нагрузок (опережающая pf)
3. Q> 0 для индуктивных нагрузок (запаздывающая pf)

Таким образом,
Комплексная мощность (в ВА) является произведением вектора среднеквадратичного напряжения и комплексного сопряженного вектора среднеквадратичного значения вектора тока. Как комплексная величина, ее действительная часть — это активная мощность P, а ее мнимая часть — это реактивная мощность Q.

Введение комплексной мощности позволяет нам получить реальную и реактивную мощности непосредственно из векторов напряжения и тока.

Это показывает, как комплексная мощность содержит всю соответствующую информацию о мощности в данной нагрузке.

Стандартной практикой является представление S, P и Q в форме треугольника, известного как треугольник мощности , показанного на рис.2 (а). Это похоже на треугольник импеданса, показывающий взаимосвязь между Z, R и X, показанный на рис. 2 (b).

S содержит всю информацию о мощности нагрузки. Действительная часть S — это активная мощность P. Мнимая часть — это реактивная мощность Q . Его величина составляет кажущаяся мощность S . А косинус его фазового угла равен коэффициенту мощности PF .

Треугольник мощности состоит из четырех элементов:

1. Полная / комплексная мощность,
2. Реальная мощность,
3. Реактивная мощность и
4. Угловой коэффициент мощности.

Учитывая два из этих элементов, два других можно легко получить из треугольника.

Как показано на рисунке 3, когда S лежит в первом квадранте, , мы имеем индуктивную нагрузку и отстающий коэффициент мощности . Когда S находится в четвертом квадранте, нагрузка является емкостной, а коэффициент мощности опережает. Также возможно, что комплексная мощность находится во втором или третьем квадранте.

Для этого требуется, чтобы полное сопротивление нагрузки имело отрицательное сопротивление, что возможно в активных цепях.

Пример с комплексным расчетом мощности

Примеры комплексной мощности, коэффициента мощности, средней мощности и полной мощности

Ссылка // Основы электрических схем Чарльза К. Александер и Мэтью Садику Н.О. (покупка бумажной копии на Amazon)

Солнце | PVEducation

Солнце — это горячая сфера из газа, внутренняя температура которого достигает более 20 миллионов кельвинов из-за реакций ядерного синтеза в ядре Солнца, которые преобразуют водород в гелий.Излучение от внутреннего ядра не видно, поскольку оно сильно поглощается слоем атомов водорода, расположенным ближе к поверхности Солнца. Тепло передается через этот слой за счет конвекции.

Поверхность Солнца, называемая фотосферой, имеет температуру около 6000 К и очень похожа на черное тело (см. График).Для простоты спектр 6000 К обычно используется в подробных расчетах баланса, но температуры 5762 ± 50 К и 5730 ± 90 К также были предложены как более точное соответствие спектру Солнца. Астрономы используют 5778 K, когда классифицируют Солнце как звезду. Для единообразия на этом сайте мы используем приближение 5800 К.

Используя приведенное выше уравнение и температуру 5800 K, получаем светимость поверхности H _sun = 64 x 10 ⁶ Вт / м ² . Полная мощность, излучаемая солнцем, рассчитывается путем умножения плотности излучаемой мощности на площадь поверхности солнца.Солнце имеет радиус 695 x 10 ⁶ м, что дает площадь поверхности 6,07 x 10 ¹⁸ м ² . Таким образом, общая выходная мощность солнца составляет 64 x 10 раз 6,09 x 10 ¹⁸ м ² , что равно 3,9 x 10 ²⁶ Вт. Совершенно очевидно, что это огромное количество энергии, если учесть, что потребление энергии во всем мире составляет всего 16 ТВт.

Текущее изображение солнца (обновляется каждые несколько часов) с SOHO.

Полная мощность, излучаемая солнцем, состоит не из одной длины волны, а из множества длин волн, и поэтому человеческому глазу кажется белой или желтой.Эти разные длины волн можно увидеть, пропуская свет через призму или капли воды в случае радуги. Разные длины волн отображаются разными цветами, но не все длины волн можно увидеть, поскольку некоторые из них «невидимы» для человеческого глаза.

Поставщики и ресурсы беспроводной связи RF

О мире беспроводной связи RF

Веб-сайт RF Wireless World является домом для поставщиков и ресурсов радиочастотной и беспроводной связи. На сайте представлены статьи, руководства, поставщики, терминология, исходный код (VHDL, Verilog, MATLAB, Labview), тестирование и измерения, калькуляторы, новости, книги, загрузки и многое другое.

Сайт RF Wireless World охватывает ресурсы по различным темам, таким как RF, беспроводная связь, vsat, спутник, радар, волоконная оптика, микроволновая печь, wimax, wlan, zigbee, LTE, 5G NR, GSM, GPRS, GPS, WCDMA, UMTS, TDSCDMA, Bluetooth, Lightwave RF, z-wave, Интернет вещей (IoT), M2M, Ethernet и т. Д. Эти ресурсы основаны на стандартах IEEE и 3GPP. В нем также есть академический раздел, который охватывает колледжи и университеты по инженерным дисциплинам и MBA.

Статьи о системах на основе Интернета вещей

Система обнаружения падений для пожилых людей на основе Интернета вещей : В статье рассматривается архитектура системы обнаружения падений, используемой для пожилых людей.В нем упоминаются преимущества или преимущества системы обнаружения падений Интернета вещей. Читать дальше➤
Также обратитесь к другим статьям о системах на основе Интернета вещей следующим образом:
• Система очистки туалетов самолета. • Система измерения столкновений • Система отслеживания скоропортящихся продуктов и овощей • Система помощи водителю • Система умной торговли • Система мониторинга качества воды. • Система Smart Grid • Система умного освещения на базе Zigbee • Интеллектуальная система парковки на базе Zigbee. • Система умной парковки на основе LoRaWAN

RF Статьи о беспроводной связи

В этом разделе статей представлены статьи о физическом уровне (PHY), уровне MAC, стеке протоколов и сетевой архитектуре на основе WLAN, WiMAX, zigbee, GSM, GPRS, TD-SCDMA, LTE, 5G NR, VSAT, Gigabit Ethernet на основе IEEE / 3GPP и т. Д. .стандарты. Он также охватывает статьи, относящиеся к испытаниям и измерениям, по тестированию на соответствие, используемым для испытаний устройств на соответствие RF / PHY. СПРАВОЧНЫЕ СТАТЬИ УКАЗАТЕЛЬ >>.

Физический уровень 5G NR : Обработка физического уровня для канала 5G NR PDSCH и канала 5G NR PUSCH рассмотрена поэтапно. Это описание физического уровня 5G соответствует спецификациям физического уровня 3GPP. Читать дальше➤

Основы повторителей и типы повторителей : В нем объясняются функции различных типов ретрансляторов, используемых в беспроводных технологиях.Читать дальше➤

Основы и типы замирания : В этой статье рассматриваются мелкомасштабные замирания, крупномасштабные замирания, медленные, быстрые замирания и т. Д., Которые используются в беспроводной связи. Читать дальше➤

Архитектура сотового телефона 5G : В этой статье рассматривается блок-схема сотового телефона 5G с внутренними модулями 5G. Архитектура сотового телефона. Читать дальше➤

Основы помех и типы помех: В этой статье рассматриваются помехи в соседнем канале, помехи в совмещенном канале, Электромагнитные помехи, ICI, ISI, световые помехи, звуковые помехи и т. Д.Читать дальше➤

5G NR Раздел

В этом разделе рассматриваются функции 5G NR (New Radio), нумерология, диапазоны, архитектура, развертывание, стек протоколов (PHY, MAC, RLC, PDCP, RRC) и т. Д. 5G NR Краткий указатель ссылок >>
• Мини-слот 5G NR • Часть полосы пропускания 5G NR • 5G NR CORESET • Форматы DCI 5G NR • 5G NR UCI • Форматы слотов 5G NR • IE 5G NR RRC • 5G NR SSB, SS, PBCH • 5G NR PRACH • 5G NR PDCCH • 5G NR PUCCH • Эталонные сигналы 5G NR • 5G NR m-последовательность • Золотая последовательность 5G NR • 5G NR Zadoff Chu Sequence • Физический уровень 5G NR • Уровень MAC 5G NR • Уровень 5G NR RLC • Уровень 5G NR PDCP

Учебные пособия по беспроводным технологиям

В этом разделе рассматриваются обучающие материалы по радиочастотам и беспроводной связи.Он охватывает учебные пособия по таким темам, как сотовая связь, WLAN (11ac, 11ad), wimax, bluetooth, zigbee, zwave, LTE, DSP, GSM, GPRS, GPS, UMTS, CDMA, UWB, RFID, радар, VSAT, спутник, WLAN, волновод, антенна, фемтосота, тестирование и измерения, IoT и т. Д. См. УКАЗАТЕЛЬ Учебников >>

Учебное пособие по 5G — В этом учебном пособии по 5G также рассматриваются следующие подтемы по технологии 5G:
Учебное пособие по основам 5G Частотные диапазоны Учебник по миллиметровым волнам Волновая рама 5G мм Зондирование волнового канала 5G мм 4G против 5G Испытательное оборудование 5G Сетевая архитектура 5G Сетевые интерфейсы 5G NR канальное зондирование Типы каналов 5G FDD против TDD Разделение сети 5G NR Что такое 5G NR Режимы развертывания 5G NR Что такое 5G TF

В этом учебном пособии GSM рассматриваются основы GSM, сетевая архитектура, сетевые элементы, системные спецификации, приложения, Типы пакетов GSM, структура или иерархия кадров GSM, логические каналы, физические каналы, Физический уровень GSM или обработка речи, вход в сеть мобильного телефона GSM, установка вызова или процедура включения питания, MO-вызов, MT-вызов, VAMOS, AMR, MSK, модуляция GMSK, физический уровень, стек протоколов, основы работы с мобильным телефоном, Планирование RF, нисходящая линия связи PS-вызовов и восходящая линия связи PS-вызовов.
➤Подробнее.

LTE Tutorial , охватывающий архитектуру системы LTE, охватывающий основы LTE EUTRAN и LTE Evolved Packet Core (EPC). Он обеспечивает связь с обзором системы LTE, радиоинтерфейсом LTE, терминологией LTE, категориями LTE UE, структурой кадра LTE, физическим уровнем LTE, Стек протоколов LTE, каналы LTE (логические, транспортные, физические), пропускная способность LTE, агрегация несущих LTE, передача голоса по LTE, расширенный LTE, Поставщики LTE и LTE vs LTE продвинутые.➤Подробнее.

RF Technology Stuff

Эта страница мира беспроводной радиосвязи описывает пошаговое проектирование преобразователя частоты RF на примере преобразователя RF UP от 70 МГц до диапазона C. для микрополосковой платы с использованием дискретных радиочастотных компонентов, а именно. Смесители, гетеродин, MMIC, синтезатор, опорный генератор OCXO, колодки аттенюатора. ➤Подробнее.
➤Проектирование и разработка радиочастотного трансивера ➤Конструкция RF-фильтра ➤Система VSAT ➤Типы и основы микрополосковой печати ➤ОсновыWaveguide

Секция испытаний и измерений

В этом разделе рассматриваются контрольно-измерительные ресурсы, испытательное и измерительное оборудование для тестирования DUT на основе Стандарты WLAN, WiMAX, Zigbee, Bluetooth, GSM, UMTS, LTE.ИНДЕКС испытаний и измерений >>
➤Система PXI для T&M. ➤ Генерация и анализ сигналов ➤Измерения слоя PHY ➤Тест на соответствие устройства WiMAX ➤ Тест на соответствие Zigbee ➤ Тест на соответствие LTE UE ➤Тест на соответствие TD-SCDMA

Волоконно-оптическая технология

Оптоволоконный компонент , основы, включая детектор, оптический соединитель, изолятор, циркулятор, переключатели, усилитель, фильтр, эквалайзер, мультиплексор, разъемы, демультиплексор и т. д.Эти компоненты используются в оптоволоконной связи. Оптические компоненты INDEX >>
➤Учебное пособие по оптоволоконной связи ➤APS в SDH ➤SONET основы ➤SDH Каркасная конструкция ➤SONET против SDH

Поставщики и производители беспроводных радиочастотных устройств

Сайт RF Wireless World охватывает производителей и поставщиков различных радиочастотных компонентов, систем и подсистем для ярких приложений, см. ИНДЕКС поставщиков >>.

Поставщики радиочастотных компонентов, включая радиочастотный изолятор, радиочастотный циркулятор, радиочастотный смеситель, радиочастотный усилитель, радиочастотный адаптер, радиочастотный разъем, радиочастотный модулятор, радиочастотный трансивер, PLL, VCO, синтезатор, антенну, генератор, делитель мощности, сумматор мощности, фильтр, аттенюатор, диплексор, дуплексер, микросхема резистора, микросхема конденсатора, микросхема индуктивности, ответвитель, оборудование ЭМС, программное обеспечение для проектирования радиочастот, диэлектрический материал, диод и т. д.Производители RF компонентов >>
➤Базовая станция LTE ➤RF Циркулятор ➤RF Изолятор ➤Кристаллический осциллятор

MATLAB, Labview, встроенные исходные коды

Раздел исходного кода RF Wireless World охватывает коды, связанные с языками программирования MATLAB, VHDL, VERILOG и LABVIEW. Эти коды полезны для новичков в этих языках. ИНДЕКС ИСХОДНОГО КОДА >>
➤3-8 декодер кода VHDL ➤Код MATLAB для дескремблера ➤32-битный код ALU Verilog ➤T, D, JK, SR триггеры labview коды

* Общая информация о здравоохранении *

Выполните эти пять простых действий, чтобы остановить коронавирус (COVID-19).
СДЕЛАЙТЕ ПЯТЬ
1. РУКИ: часто мойте их
2. КОЛЕНО: Откашляйтесь
3. ЛИЦО: Не трогай его
4. НОГИ: держитесь на расстоянии более 3 футов (1 м) друг от друга
5. ЧУВСТВОВАТЬ: Болен? Оставайся дома

Используйте технологию отслеживания контактов >>, соблюдайте >> рекомендации по социальному дистанцированию и установить систему видеонаблюдения >> чтобы спасти сотни жизней. Использование концепции телемедицины стало очень популярным в таким странам, как США и Китай, чтобы остановить распространение COVID-19, поскольку это заразное заболевание.

RF Беспроводные калькуляторы и преобразователи

Раздел «Калькуляторы и преобразователи» охватывает ВЧ-калькуляторы, беспроводные калькуляторы, а также преобразователи единиц измерения. Сюда входят такие беспроводные технологии, как GSM, UMTS, LTE, 5G NR и т. Д. СПРАВОЧНЫЕ КАЛЬКУЛЯТОРЫ Указатель >>.
➤ Калькулятор пропускной способности 5G NR ➤5G NR ARFCN против преобразования частоты ➤Калькулятор скорости передачи данных LoRa ➤LTE EARFCN для преобразования частоты ➤ Калькулятор антенн Яги ➤ Калькулятор времени выборки 5G NR

IoT-Интернет вещей Беспроводные технологии

Раздел IoT охватывает беспроводные технологии Интернета вещей, такие как WLAN, WiMAX, Zigbee, Z-wave, UMTS, LTE, GSM, GPRS, THREAD, EnOcean, LoRa, SIGFOX, WHDI, Ethernet, 6LoWPAN, RF4CE, Bluetooth, Bluetooth Low Power (BLE), NFC, RFID, INSTEON, X10, KNX, ANT +, Wavenis, Dash7, HomePlug и другие.Он также охватывает датчики Интернета вещей, компоненты Интернета вещей и компании Интернета вещей.
См. Главную страницу IoT >> и следующие ссылки.
➤ НИТЬ ➤EnOcean ➤Учебник по LoRa ➤Учебник по SIGFOX ➤WHDI ➤6LoWPAN ➤Zigbee RF4CE ➤NFC ➤Lonworks ➤CEBus ➤UPB

СВЯЗАННЫЕ ЗАПИСИ

RF Wireless Tutorials

Датчики различных типов

Поделиться страницей

Перевести страницу

Chia Power — Оценка общего энергопотребления в сети Chia

23486 кВт — это среднее энергопотребление по состоянию на 01.06.2021, исходя из текущего сетевого пространства 15.2 EiB, сообщает Chiastatus.com.

Chia power — это рабочая модель для оценки энергопотребления в сети Chia, написанная Джонмайклом Хэндсом, главой отдела хранения в Chia и бывшим специалистом по стратегическому планированию в корпорации Intel. Вы можете найти его на Keybase как @Storage_jm

Chia Network

Chia — это решение энергетической проблемы «Proof of Work».

Это ссылка на рабочую модель, которая оценивает рост сетевого пространства на основе текущей начальной оценки, скорости роста и общего размера рынка хранения данных для верхнего предела роста.Команда Chia рассмотрела очень раннюю версию в сообществе Zoom call Farming and Electricity Usage in Chia

Общее энергопотребление в сети Chia можно оценить, взяв общее сетевое пространство (аналогично мощности хеширования в биткойнах) и смоделировав энергопотребление. устройств хранения (сельское хозяйство) и энергии, созданной для создания данных (построение графиков). Это методология, аналогичная Кембриджскому индексу потребления электроэнергии в биткойнах, где, скорее всего, известно оборудование для майнинга и оценивается стоимость электроэнергии, а общее энергопотребление сети биткойнов оценивается с использованием низкой и высокой оценки эталонного оборудования для майнинга.Оценка сочетания обычных производителей эталонного оборудования, использующих жесткие диски (HDD) и твердотельные накопители (SSD), с точки зрения рентабельности для выращивания Chia, будет зависеть от капитальных затрат на оборудование (CapEx) и эксплуатационных расходов на питание, охлаждение, сетевое оборудование. и эффективность центра обработки данных. Эффективность энергопотребления системы хранения измеряется в ТБ / Вт и включает накладные расходы на поддерживающую аппаратную инфраструктуру для размещения устройств хранения, но наибольшие первоначальные затраты в сельском хозяйстве Chia — это стоимость самих устройств хранения.Сеть Chia также потребляет энергию во время процесса построения графиков, из которых криптографические данные генерируются до того, как их можно будет обработать для подтверждения пространства и времени.

Энергопотребление в кВтч можно рассчитать, приняв предполагаемый процент сети, в которой используется потребительское оборудование с резервной емкостью (недостаточно использованные ресурсы, которые уже принадлежат), что оказывается очень эффективным из-за перехода основных вычислительных устройств на твердотельные накопители в последнее время. десятилетие, а также процент специализированных фермеров, которые используют конфигурации хранилищ высокой плотности с оборудованием уровня центра обработки данных.

Где TB / W для среднего, низкого и высокого оценивается с репрезентативной эффективностью сельскохозяйственного оборудования. Суммарная мощность сети Chia Годовое потребление энергии

Общий объем рынка хранения в эксабайтах.Энергопотребление сети Chia составляет небольшую часть от общего размера рынка хранилищ, а повышение эффективности сельскохозяйственных устройств еще больше снизит общее потребление энергии для хранилищ большой емкости и приведет к чистому положительному воздействию на окружающую среду.

Источник: Отчет IDC Worldwide Hard Disk Drive Forecast, 2020–2024, декабрь 2020 года, IDC Worldwide Solid State Drive Forecast Update, 2020–2024. Декабрь 2020 г.

Энергопотребление устройства моделирования — Вт / ТБ

Допущение 0 Энергопотребление, используемое для оценки мощности одного диска, очень близко к спецификации жесткого диска для мощности в режиме ожидания.Процесс выращивания Chia очень легкий, требует очень небольшого дискового io и дополнительно сокращается в новом консенсусе с помощью механизма, называемого фильтром сюжета. Хотя объем передаваемых данных очень мал, частота доступа к данным зависит от размера построенных графиков и количества графиков на диск (емкость на диск), измеренного с помощью значения K, при минимальном значении K = 32, состоящем из ~ 108 ГБ (~ 101 ГБ. Большинство фермеров используют минимально необходимое значение K для работы сети из-за простоты построения графиков, поэтому вероятность того, что один участок на диске проходит фильтр, очень высока, что требует частого обращения к диску.Хотя технически возможно, чтобы жесткий диск снижал мощность до нуля в режиме ожидания между слотами, задержка возобновления после выключения или замедления вращения жесткого диска составляет 10 секунд, а жесткие диски потребляют больше энергии для раскрутки (в бросках тока), достигая 25 Вт в течение несколько секунд. Энергия, потребляемая для включения, и механический износ устройства делают непрактичным откручивание приводов при обычном использовании. Экономия энергии на других механических аспектах жестких дисков, например, управление головками и исполнительными механизмами, зависит от устройства, в то время как состояние питания канала зависит от интерфейса хост-хранилища (и SAS, и SATA имеют детализированные машины состояния питания, которые работают по-разному)

Источник: Feeding the Pelican: Использование архивных жестких дисков для стеллажей холодного хранения

Энергопотребление для большинства крупных фермерских хозяйств Чиа

Большинство жестких дисков ближней связи и большой емкости используются гипермасштабируемыми центрами обработки данных и крупными поставщиками облачных услуг, где конечной целью является проектирование с минимально возможной совокупной стоимостью владения центра обработки данных. TCO измеряется в TCO $ / TBe / стойка / месяц, где TCO — это сумма общих капитальных и эксплуатационных затрат с учетом эффективной или полезной емкости системы хранения. Модель мощности Chia использует аналогичную модель, предполагая, что наиболее эффективный способ хранения данных уже широко используется.Оптимизация дискового хранилища. Совокупная стоимость владения включает в себя получение жестких дисков максимальной емкости, которые обеспечивают наивысшую энергоэффективность с точки зрения ТБ / Вт, а также плотно упакованных JBOD (просто набор дисков), измеряемых в ТБ / стойку. Различные архитектуры для теплого хранилища (к которому чаще обращаются) и холодного хранилища (архивного, реже используемого) различаются в основном в зависимости от соотношения объема вычислений к хранилищу. Фермерство Chia очень похоже на гипермасштабируемое архивное хранилище на жестких дисках, требующее минимальных вычислительных ресурсов и сетевых ресурсов для фактического харвестера и протоколов ведения сельского хозяйства.Гипермасштабирующие компании, такие как Facebook и Microsoft, много писали о своих системах хранения, потому что аппаратное обеспечение JBOD имеет открытый исходный код в Open Compute Project.

Модель, используемая для оценки энергопотребления для дисков и поддерживающей инфраструктуры, взята из модели совокупной стоимости владения хранилища с открытым исходным кодом SNIA. Модель совокупной стоимости владения хранилища с открытым исходным кодом. Репликация, кодирование стирания и RAID для защиты данных не предполагается для использования в модели сельского хозяйства Chia, поскольку данные графика могут быть легко воссозданы при отказе диска.Модель также предполагает, что большая часть времени диска тратится на активный холостой ход, когда двигатель вращается, и диск может реагировать на команды за миллисекунды. Общие накладные расходы на энергопотребление для плотного хранилища включают в себя сервер хранения (или иногда называемый головным узлом), который обслуживает операционную систему, на которой размещается харвестер Chia и / или фермер. Общее энергопотребление должно включать JBOD (которые потребляют в основном диски, но некоторые — вентиляторы, расширители SAS и объединительную плату), а также серверы и вспомогательную инфраструктуру, такую ​​как сетевые маршрутизаторы и коммутаторы.Все, что находится в стойке, предназначенной для выращивания чиа, необходимо учитывать для точного моделирования эффективности энергопотребления в ТБ / Вт. При сравнении крупных ферм большая часть ТБ / Вт фактически потребляется самими дисками, а не поддерживающей инфраструктурой, поэтому жесткие диски средней емкости являются одним из основных факторов, определяющих среднее значение ТБ / Вт. Мы предполагаем, что большинство крупных фермеров пришли к такому же выводу, что гипермасштабируемые центры обработки данных увеличивают количество ТБ на стойку и снижают ТБ / Вт за счет использования жестких дисков максимальной емкости, даже при незначительном увеличении в долларах / ТБ по сравнению с меньшей емкостью HDD.

Энергоэффективность — центр обработки данных PUE

Гипермасштабирующие компании, такие как Facebook, достигли PUE мирового класса, равного 1,08, и прилагают большие усилия в области устойчивого развития и возобновляемых источников энергии. Мы предполагаем, что большинство крупных фермеров в первые несколько лет не оптимизируются для достижения максимальной энергоэффективности, но, как и в случае с Биткойн, со временем энергоэффективность будет стремиться к наиболее эффективным решениям для энергопотребления, недорогой электроэнергии и энергоэффективности. Уравнение Pave предполагает гипермасштабируемую эффективность хранилищ, поскольку они фактически хранят большую часть мировых данных и крупнейших ежегодных потребителей жестких дисков и твердотельных накопителей.

Нижняя граница энергопотребления

Твердотельные накопители чрезвычайно энергоэффективны. Контроллеры NAND и SSD, предназначенные для использования в ноутбуках и мобильных устройствах с длительным сроком службы батареи, рассчитаны на практически нулевое энергопотребление в режиме ожидания. Спецификация NVM Express (NVMe) для твердотельных накопителей содержит различные функции для энергосбережения, с обычными потребительскими твердотельными накопителями в диапазоне от 2-4 мВт в режиме ожидания с задержкой возобновления 5-8 мс. Только в 2020 году было поставлено более 100 миллионов потребительских твердотельных накопителей NVMe, а в потребительских ноутбуках и настольных компьютерах есть десятки миллионов твердотельных накопителей емкостью 1-2 ТБ, что, согласно исследованиям, проведенным Intel и другими компаниями, превышает средний объем данных, используемых при массовом использовании. , производительность, игры и рабочие станции.Оценка нижней границы — это энергопотребление для твердотельных накопителей с низким энергопотреблением.

Предположение Текущие цены на твердотельные накопители в 5-7 раз превышают стоимость жестких дисков с оптимизированной емкостью в 5-7 долларов за ТБ. Энергопотребление нижней границы оценивает только текущие оценочные недоиспользованные ресурсы емкости от потребителей, которые уже приобрели вычислительное устройство с установленным твердотельным накопителем.

Потребляемая мощность в кВт — нижняя граница

Верхний предел энергопотребления

Более высокий предел энергопотребления обусловлен типом носителя, который требует наименьшей стоимости приобретения.Жесткие диски также демонстрируют кривую ванны для отказов устройств, когда время работы превышает 5-летнюю гарантию, или чрезмерное количество операций записи на диск (производители жестких дисков называют номинальную рабочую нагрузку). Годовая частота отказов для этих моделей, которые находятся в серийном производстве, хорошо задокументирована такими отчетами, как Backblaze HDD Disk Stats. Наиболее вероятным кандидатом на дешевые жесткие диски на 2021 год являются устройства емкостью 3 или 4 ТБ, которые в среднем используются и в конце срока службы на 20–30% дешевле, чем использованные или восстановленные устройства средней емкости 3.5-дюймовые жесткие диски.

Мощность для построения графика

Процесс построения графика включает создание криптографических данных, которые хранятся на сельскохозяйственных устройствах, и для их создания требуются вычислительные ресурсы и временные ресурсы хранения. Построение графиков — это одноразовое потребление энергии на все пространство Netspace, так как данные, которые будут храниться для ведения сельского хозяйства, необходимо создать только один раз. Более подробную информацию о процессе построения можно найти в документе Chia Proof of Space Construction. Сообщество Chia опубликовало эталонное оборудование с объемом данных, которые различные машины могут отображать за день, а среднее энергопотребление систем можно измерить или оценить очень точно (поскольку это обычные потребительские или серверные платформы).Пользователи также записывают объем данных, которые они могут построить в день для каждой машины, что позволяет оценить потребление энергии для создания графиков Chia, рассчитанных в кВтч / ТиБ.

Возможности для дальнейшего исследования

Увеличение емкости жесткого диска по сравнению с QLC SSD В настоящее время ведется много споров о том, что ждет устройства хранения в следующем десятилетии. Ожидается, что рынок NAND достигнет 558 ЭБ в 2021 году (Источник: TrendForce, 9 февраля 2021 года), при этом примерно 300 ЭБ твердотельных накопителей между центром обработки данных и потребительскими приложениями.При текущем снижении средней цены продажи твердотельных накопителей за последние 10 лет, несколько поколений усовершенствований технологии 3D NAND и новых медиа-технологий для флэш-памяти NAND (QLC и PLC, 4 и 5 бит на ячейку соответственно) могут привести к полному пересечению ASP для SSD и HDD. Даже если SSD в 2-3 раза превысят ASP, прогнозируемая совокупная стоимость владения почти для каждого приложения хранения будет в пользу SSD. С тех пор Seagate отреагировал на это конкурентоспособной дорожной картой, которая превышает текущий рост плотности размещения жестких дисков и требует инвестиций в новые технологии.

«Компания Seagate недавно опубликовала свой долгосрочный план развития технологий, в котором раскрываются планы по производству жестких дисков емкостью 50 ТБ к 2026 году и жестких дисков объемом 120+ ТБ после 2030 года. В ближайшие годы Seagate намерена использовать использование магнитной записи с нагревом HAMR), в долгосрочной перспективе внедрить носители с битовой структурой (BPM) и расширить использование технологии с несколькими исполнительными механизмами (MAT) для накопителей большой емкости. И все это в форм-факторе 3,5 дюйма ».

Независимо от того, кто выиграет в этой войне хранилищ, в ближайшие годы общая энергоэффективность в расчете на данную емкость хранилища будет снижена из-за конкуренции на рынке хранилищ и большого роста создаваемых данных.И то, и другое принесет пользу Chia, поскольку твердотельные накопители в будущем будут еще более энергоэффективными, чем нынешние. Intel прогнозирует, что переход на твердотельные накопители в будущем может сократить выбросы углерода на 41 миллион тонн, при этом только к 2022 году прогнозируемая совокупная стоимость владения составит 15–30% от TAM жесткого диска.

Уменьшите мощность жестких дисков за счет оптимизации прошивки для Chia Текущие 3,5-дюймовые жесткие диски со скоростью вращения 5400 об / мин потребляют меньше энергии в режиме ожидания, чем диски со скоростью 7200 об / мин. Жесткий диск Seagate 5400 об / мин емкостью 8 ТБ потребляет 2,5 Вт (4 ТБ) и 3 ГБ.4 Вт (8 ТБ) в режиме ожидания, в то время как конкурирующие диски 7200 об / мин потребляют 5-6 Вт в режиме ожидания. Вероятно, есть оптимизации для небольшого снижения W / TB за счет использования моделей большой емкости и запуска их на более низкой скорости двигателя, что повлияет на производительность в ущерб энергоэффективности.

Большие значения K и замедление вращения привода.