Формула расчета активной мощности: Расчет полной мощности — Help for engineer

Расчет полной мощности — Help for engineer

Расчет полной мощности

Полная мощность (S) образуется из двух составляющих:

— активная мощность (P) – выполняет полезную работу (полезная мощность), превращается в другие виды энергии (тепловая энергия: водонагреватель, утюг и т.д. являются активной нагрузкой)

— реактивная мощность (Q) – бывает индуктивная и емкостная, в зависимости от нагрузки в сети. Чаще всего дома мы используем индуктивную мощность, любой электрический прибор, где есть катушка, обмотки, является реактивной нагрузкой (электродрель, миксер, холодильник). Энергия не рассеивается на реактивных элементах, она на них за один полупериод накапливается и отдается обратно в сеть. Хотя без реактивной составляющей была бы невозможна работа многих электрических приборов, ее присутствие вызывает появление ряда негативных факторов:

		— нагрев проводников;
		— влияние на сеть – добавление в нее реактивной составляющей, которая плохо сказывается в дальнейшем на потребителях.

Конечно же между выше упомянутыми параметрами существуют зависимости. Расчет полной мощности осуществляется по следующей формуле:

где U и I – действующие значения напряжения и тока соответственно.

Активная и реактивная мощности находятся в прямой зависимости с коэффициентом мощности (cosφ):

Полная мощность дает потребителям все необходимые составляющие и рассчитывается:

На рисунке ниже (

треугольник мощностей) изображена зависимость полной мощности и ее составляющих от угла cosφ, который является углом сдвига между напряжением и током.

Единицы измерений приняты немного разные, хотя смысл их остается один и тот же, полная мощность измеряется в ВА (Вольт Ампер), активная мощность в Вт (Ватт), а реактивная в ВАр (Вольт Ампер реактивный).

Недостаточно прав для комментирования

Активная мощность трансформатора формула — Морской флот

Простое объяснение с формулами

Активная мощность (P)

Другими словами активную мощность можно назвать: фактическая, настоящая, полезная, реальная мощность. В цепи постоянного тока мощность, питающая нагрузку постоянного тока, определяется как простое произведение напряжения на нагрузке и протекающего тока, то есть

потому что в цепи постоянного тока нет понятия фазового угла между током и напряжением. Другими словами, в цепи постоянного тока нет никакого коэффициента мощности.

Но при синусоидальных сигналах, то есть в цепях переменного тока, ситуация сложнее из-за наличия разности фаз между током и напряжением. Поэтому среднее значение мощности (активная мощность), которая в действительности питает нагрузку, определяется как:

В цепи переменного тока, если она чисто активная (резистивная), формула для мощности та же самая, что и для постоянного тока: P = U I.

Формулы для активной мощности

P = U I – в цепях постоянного тока

P = U I cosθ – в однофазных цепях переменного тока

P = √3 U_L I_L cosθ – в трёхфазных цепях переменного тока

P = √ (S 2 – Q 2 ) или

P =√ (ВА 2 – вар 2 ) или

Активная мощность = √ (Полная мощность 2 – Реактивная мощность 2 ) или

кВт = √ (кВА 2 – квар 2 )

Реактивная мощность (Q)

Также её мощно было бы назвать бесполезной или безваттной мощностью.

Мощность, которая постоянно перетекает туда и обратно между источником и нагрузкой, известна как реактивная (Q).

Реактивной называется мощность, которая потребляется и затем возвращается нагрузкой из-за её реактивных свойств. Единицей измерения активной мощности является ватт, 1 Вт = 1 В х 1 А. Энергия реактивной мощности сначала накапливается, а затем высвобождается в виде магнитного поля или электрического поля в случае, соответственно, индуктивности или конденсатора.

Реактивная мощность определяется, как

и может быть положительной (+Ue) для индуктивной нагрузки и отрицательной (-Ue) для емкостной нагрузки.

Единицей измерения реактивной мощности является вольт-ампер реактивный (вар): 1 вар = 1 В х 1 А. Проще говоря, единица реактивной мощности определяет величину магнитного или электрического поля, произведённого 1 В х 1 А.

Формулы для реактивной мощности

Реактивная мощность = √ (Полная мощность 2 – Активная мощность 2 )

квар = √ (кВА 2 – кВт 2 )

Полная мощность (S)

Полная мощность – это произведение напряжения и тока при игнорировании фазового угла между ними. Вся мощность в сети переменного тока (рассеиваемая и поглощаемая/возвращаемая) является полной.

Комбинация реактивной и активной мощностей называется полной мощностью. Произведение действующего значения напряжения на действующее значение тока в цепи переменного тока называется полной мощностью.

Она является произведением значений напряжения и тока без учёта фазового угла. Единицей измерения полной мощности (S) является ВА, 1 ВА = 1 В х 1 А. Если цепь чисто активная, полная мощность равна активной мощности, а в индуктивной или ёмкостной схеме (при наличии реактивного сопротивления) полная мощность больше активной мощности.

Формула для полной мощности

Полная мощность = √ (Активная мощность 2 + Реактивная мощность 2 )

kUA = √(kW 2 + kUAR 2 )

Следует заметить, что:

• резистор потребляет активную мощность и отдаёт её в форме тепла и света.
• индуктивность потребляет реактивную мощность и отдаёт её в форме магнитного поля.
• конденсатор потребляет реактивную мощность и отдаёт её в форме электрического поля.

Все эти величины тригонометрически соотносятся друг с другом, как показано на рисунке:

Трансформатор является прибором, который призван преобразовывать электроэнергию сети. Эта установка имеет две или больше обмоток. В процессе своей работы трансформаторы могут преобразовать частоту и напряжение тока, а также количество фаз сети.

В ходе выполнения заданных функций наблюдаются потери мощности в трансформаторе. Они влияют на исходную величину электричества, которую выдает на выходе прибор. Что собой представляют потери и КПД трансформатора, будет рассмотрено далее.

Устройство

Трансформатор представляет собой статический прибор. Он работает от электричества. В конструкции при этом отсутствуют подвижные детали. Поэтому рост затрат электроэнергии вследствие механических причин исключены.

При функционировании силовой аппаратуры затраты электроэнергии увеличиваются в нерабочее время. Это связано с ростом активных потерь холостого хода в стали. При этом наблюдается снижение нагрузки номинальной при увеличении энергии реактивного типа. Потери энергии, которые определяются в трансформаторе, относятся к активной мощности. Они появляются в магнитоприводе, на обмотках и прочих составляющих агрегата.

Понятие потерь

При работе установки часть мощности поступает на первичный контур. Она рассеивается в системе. Поэтому поступающая мощность в нагрузку определяется на меньшем уровне. Разница составляет суммарное снижение мощности в трансформаторе.

Существует два вида причин, из-за которых происходит рост потребление энергии оборудованием. На них влияют различные факторы. Их делят на такие виды:

Их следует понимать, дабы иметь возможность снизить электрические потери в силовом трансформаторе.

Магнитные потери

В первом случае потери в стали магнитопривода состоят из вихревых токов и гистериза. Они прямо пропорциональны массе сердечника и его магнитной индукции. Само железо, из которого выполнен магнитопривод, влияет на эту характеристику. Поэтому сердечник изготавливают из электротехнической стали. Пластины делают тонкими. Между ними пролегает слой изоляции.

Также на снижение мощности трансформаторного устройства влияет частота тока. С ее повышением растут и магнитные потери. На этот показатель не влияет изменение нагрузки устройства.

Электрические потери

Снижение мощности может определяться в обмотках при их нагреве током. В сетях на такие затраты приходится 4-7% от общего количества потребляемой энергии. Они зависят от нескольких факторов. К ним относятся:

• Электрическая нагрузка системы.
• Конфигурация внутренних сетей, их длина и размер сечения.
• Режим работы.
• Средневзвешенный коэффициент мощности системы.
• Расположение компенсационных устройств.

Потери мощности в трансформаторах являются величиной переменной. На нее влияет показатель квадрата тока в контурах.

Методика расчета

Потери в трансформаторах можно рассчитать по определенной методике. Для этого потребуется получить ряд исходных характеристик работы трансформатора. Представленная далее методика применяется для двухобмоточных разновидностей. Для измерений потребуется получить следующие данные:

• Номинальный показатель мощности системы (НМ).
• Потери, определяемые при холостом ходе (ХХ) и номинальной нагрузке.
• Потери короткого замыкания (ПКЗ).
• Количество потребленной энергии за определенное количество времени (ПЭ).
• Полное количество отработанных часов за месяц (квартал) (ОЧ).
• Число отработанных часов при номинальном уровне нагрузки (НЧ).

Получив эти данные, измеряют коэффициент мощности (угол cos φ). Если же в системе отсутствует счетчик реактивной мощности, в расчет берется ее компенсация tg φ. Для этого происходит измерение тангенса угла диэлектрических потерь. Это значение переводят в коэффициент мощности.

Формула расчета

Коэффициент нагрузки в представленной методике будет определяться по следующей формуле:

К = Эа/НМ*ОЧ*cos φ, где Эа – количество активной электроэнергии.

Какие потери происходят в трансформаторе в период загрузки, можно просчитать по установленной методике. Для этого применяется формула:

П = ХХ * ОЧ * ПКЗ * К² * НЧ.

Расчет для трехобмоточных трансформаторов

Представленная выше методика применяется для оценки работы двухобмоточных трансформаторов. Для аппаратуры с тремя контурами необходимо учесть еще ряд данных. Они указываются производителем в паспорте.

В расчет включают номинальную мощность каждого контура, а также их потери короткого замыкания. При этом расчет будет производиться по следующей формуле:

Э = ЭСН + ЭНН, где Э – фактическое количество электричества, которое прошло через все контуры; ЭСН – электроэнергия контура среднего напряжения; ЭНН – электроэнергия низкого напряжения.

Пример расчета

Чтобы было проще понять представленную методику, следует рассмотреть расчет на конкретном примере. Например, необходимо определить увеличение потребления энергии в силовом трансформаторе 630 кВА. Исходные данные проще представить в виде таблицы.

Обозначение	Расшифровка	Значение
НН	Номинальное напряжение, кВ	6
Эа	Активная электроэнергия, потребляемая за месяц, кВи*ч	37106
НМ	Номинальная мощность, кВА	630
ПКЗ	Потери короткого замыкания трансформатора, кВт	7,6
ХХ	Потери холостого хода, кВт	1,31
ОЧ	Число отработанных часов под нагрузкой, ч	720
cos φ	Коэффициент мощности	0,9

На основе полученных данных можно произвести расчет. Результат измерения будет следующий:

% потерь составляет 0,001. Их общее число равняется 0,492%.

Измерение полезного действия

При расчете потерь определяется также показатель полезного действия. Он показывает соотношение мощности активного типа на входе и выходе. Этот показатель рассчитывают для замкнутой системы по следующей формуле:

КПД = М1/М2, где М1 и М2 – активная мощность трансформатора, определяемая измерением на входном и исходящем контуре.

Выходной показатель рассчитывается путем умножения номинальной мощности установки на коэффициент мощности (косинус угла j в квадрате). Его учитывают в приведенной выше формуле.

В трансформаторах 630 кВА, 1000 кВА и прочих мощных устройствах показатель КПД может составлять 0,98 или даже 0,99. Он показывает, насколько эффективно работает агрегат. Чем выше КПД, тем экономичнее расходуется электроэнергия. В этом случае затраты электроэнергии при работе оборудования будут минимальными.

Рассмотрев методику расчета потерь мощности трансформатора, короткого замыкания и холостого хода, можно определить экономичность работы аппаратуры, а также ее КПД. Методика расчета предполагает применять особый калькулятор или производить расчет в специальной компьютерной программе.

Многим из нас известна основная единица мощности – Ватт (Вт) или чаще используется его производная киловатт (кВт) и вы привыкли, что эта характеристика у электрооборудования указывается именно в них.

Но если взять трансформатор или приборы, в которых он является основным компонентом, например, стабилизаторы напряжения, вы увидите, что мощность там указана в кВА – киловольт-амперах.

Давайте разберемся, что такое кВА, почему именно в этих единицах измерения указывается мощность трансформатора и как она связана с обычными киловаттами.

Я не буду выкладывать здесь определения из учебников и сыпать физическими терминами, объясню коротко, простыми словами, чтобы было понятно любому.

В первую очередь, вы должны знать, что у некоторых электроприборов, работающих от переменного тока, не вся потребляемая мощность тратится на совершение полезной работы – нагрева, освещения, звучания, вращения и т.д.

Всего существует четыре основных типа нагрузок, которые могут подключаться в частности к трансформатору:

Резистивная

Ярким примером резистивной нагрузки является ТЭН, который нагревается при протекании через него электрического тока.

ТЭН – это обычное сопротивление, ему не важно в какую сторону протекает по нему ток, правило одно, чем сила тока больше, тем больше тепла вырабатывается – соответственно вся мощность тратится на это.

Мощность, которая тратится на резистивной нагрузке называется – активной , как раз она то и измеряется в кВт – киловаттах.

Индуктивная

Знакомым всем примером индуктивной нагрузки является электродвигатель, в нём не весь проходящий электрический ток тратится на вращения. Часть расходуется на создание электромагнитного поля в обмотке или теряется в медном проводнике, эта составляющая мощности называется реактивной .

Реактивная мощность не тратится на совершение работы напрямую, но она необходима для функционирования оборудования.

Кстати, индуктивные электрические плиты, которые так хотят заполучить многие домохозяйки, также используют реактивную мощность, в отличии от обычных электроплит, в которых нагреваются ТЭНы, те чисто резистивные.

Ёмкостная

Еще один пример реактивной составляющей мощности содержит ёмкостная нагрузка, это, например, конденсатор. Принцип работы конденсатора – накапливание и передача энергии, соответственно часть мощности тратится именно на это и напрямую не расходуется на работу оборудования.

Практическаи вся окружающая вас электроника и бытовая техника содержит конденсаторы.

Смешанная

Здесь всё просто, смешенная нагрузка сочетает в себе все представленные выше, активную и реактивные составляющие, большинство бытовых приборов именно такие.

Полная мощность электрооборудования, состоит как из активной мощности, так и из реактивной, и измеряется в кВА – киловольт-амперах . Именно она чаще всего указана в характеристиках трансформатора.

Производители трансформаторов не могут знать, какого типа нагрузка к ним будет подключена и где они будут задействованы, поэтому и указывают полную мощность, для смешенной нагрузки.

Так, если нагрузка трансформатора — это ТЭН, то полная мощность будет равна активной, соответственно значение в кВт = кВА, если же нагрузка будет смешенная, включающая реактивную составляющую, то мощность нагрузки должна учитываться полная.

Будьте внимательны, нередко, на электрооборудовании, например, на электроинструменте, мощность прописана в киловаттах, но кроме того указан коэффициент мощности k. В этом случае, вы должны знать простую формулу:

S (полная мощность)= P (активная мощность)/ k (коэффициент мощности)

Так, например, если мощность перфоратора P = 2,5кВт, а его коэффициент мощности k = 0,9, то полная мощность перфоратора будет равна S=2,5кВт/0,9=2,8 кВА, именно на столько он будет нагружать сеть.

Теперь, я думаю, вам понятно, почему мощность трансформатора измеряют в кВА, а не в кВт – это позволяет учитывать все виды нагрузок, которые могут подключаться к его вторичной обмотке.

Поэтому, обязательно учитывайте полную мощность указываемую в кВА или коэффициент мощности обордования, перед подключением к трансформатору.

Если же у вас еще остались какие-то вопросы – обязательно оставляйте их в комментариях к статье, кроме того, если есть что добавить, нашли неточности или есть, что возразить – также пишите!

Активная реактивная и полная мощность

Активная, реактивная и полная мощность напрямую связаны с током и напряжением в замкнутой электрической цепи, когда включены какие-либо потребители. Для проведения вычислений применяются различные формулы, среди которых основной является произведение напряжения и силы тока. Прежде всего это касается постоянного напряжения. Однако в цепях переменного тока мощность разделяется на несколько составляющих, отмеченных выше. Вычисление каждой из них осуществляется с помощью формул.

Формулы активной, реактивной и полной мощности

Основной составляющей считается активная мощность. Она представляет собой величину, характеризующую процесс преобразования электрической энергии в другие виды энергии. То есть по-другому является скоростью, с какой потребляется электроэнергия. Именно это значение отображается на электросчетчике и оплачивается потребителями. Вычисление активной мощности выполняется по формуле: P = U x I x cosф.

В отличие от активной, которая относится к той энергии, которая непосредственно потребляется электроприборами и преобразуется в другие виды энергии – тепловую, световую, механическую и т.д., реактивная мощность является своеобразным невидимым помощником. С ее участием создаются электромагнитные поля, потребляемые электродвигателями. Прежде всего она определяет характер нагрузки, и может не только генерироваться, но и потребляться. Расчеты реактивной мощности производятся по формуле: Q = U x I x sinф.

Полной мощностью является величина, состоящая из активной и реактивной составляющих. Именно она обеспечивает потребителям необходимое количество электроэнергии и поддерживает их в рабочем состоянии. Для ее расчетов применяется формула: S =

.

Как найти активную, реактивную и полную мощность

Активная мощность относится к энергии, которая необратимо расходуется источником за единицу времени для выполнения потребителем какой-либо полезной работы. В процессе потребления, как уже было отмечено, она преобразуется в другие виды энергии.

В цепи переменного тока значение активной мощности определяется, как средний показатель мгновенной мощности за установленный период времени. Следовательно, среднее значение за этот период будет зависеть от угла сдвига фаз между током и напряжением и не будет равной нулю, при условии присутствия на данном участке цепи активного сопротивления. Последний фактор и определяет название активной мощности. Именно через активное сопротивление электроэнергия необратимо преобразуется в другие виды энергии.

При выполнении расчетов электрических цепей широко используется понятие реактивной мощности. С ее участием происходят такие процессы, как обмен энергией между источниками и реактивными элементами цепи. Данный параметр численно будет равен амплитуде, которой обладает переменная составляющая мгновенной мощности цепи.

Существует определенная зависимость реактивной мощности от знака угла ф, отображенного на рисунке. В связи с этим, она будет иметь положительное или отрицательное значение. В отличие от активной мощности, измеряемой в ваттах, реактивная мощность измеряется в вар – вольт-амперах реактивных. Итоговое значение реактивной мощности в разветвленных электрических цепях представляет собой алгебраическую сумму таких же мощностей у каждого элемента цепи с учетом их индивидуальных характеристик.

Основной составляющей полной мощности является максимально возможная активная мощность при заранее известных токе и напряжении. При этом, cosф равен 1, когда отсутствует сдвиг фаз между током и напряжением. В состав полной мощности входит и реактивная составляющая, что хорошо видно из формулы, представленной выше. Единицей измерения данного параметра служит вольт-ампер (ВА).

Мгновенная мощность

В отличие от цепей постоянного тока, где мощность в течение определенного промежутка времени остается неизменной, в цепях переменного тока дело обстоит иначе. Так как ток и напряжение постоянно меняют своё значение, то и мощность соответственно будет меняться в каждый момент времени. Такая мощность называется мгновенной.

Мгновенной мощностью p(t) называют произведение приложенного к цепи мгновенного напряжения u(t) на мгновенное значение тока i(t) в этой цепи. 

График мгновенной мощности представлен на рисунке ниже

 

Мощность обозначена заштрихованной областью. Знак мощности зависит от сдвига фаз между током и напряжением. В данном случае в цепи присутствуют только активные сопротивления, которые не создают сдвига фаз, поэтому мощность имеет только положительные значения.

Рассмотрим другой график

На данном графике имеются области отрицательных значений мгновенной мощности. Такой график может соответствовать цепи, в которой присутствуют конденсатор или катушка, причем положительные участки — это мощность, которая пошла в цепь и рассеялась на сопротивлении, либо запаслась в качестве энергии полей конденсаторов или катушек, а отрицательные участки это мощность, которая была возвращена обратно источнику.

Активная мощность

Чтобы понять какое количество энергии потребляет источник, целесообразнее взять среднюю мощность за период. Для этого вернемся к первому графику.

На графике мгновенной мощности выделяют прямоугольник со сторонами T и Pm/2. Часть графика, которая находится выше линии Pm/2 точно укладывается в незаштрихованную часть прямоугольника. Таким образом, с помощью линии Pm/2 мы можем определить среднюю мощность за период, которая называется активной мощностью. Активная мощность – это полезная мощность, которая идет на преобразование в другие виды энергии. 

В нашем случае сдвиг фаз равен нулю, поэтому коэффициент мощности равен единице, но в случаях с реактивными элементами нужно этот момент учитывать.

Активная мощность измеряется в ваттах – Вт.

cosφ – коэффициент мощности, который показывает отношение активной мощности к полной мощности. 

 

Реактивная мощность

Реактивная мощность – это энергия, которая периодически циркулирует между источником и приемником. Реактивная мощность возникает потому, что конденсатор и катушка способны накапливать энергию, а затем снова отдавать её в сеть. На практике от реактивной мощности зачастую стараются избавиться.

Реактивная мощность измеряется в вольт амперах реактивных – ВАр.

Полная мощность

Полная мощность — это максимальное значение активной мощности.

 

Полная мощность измеряется в вольт-амперах — ВА.

Для наглядного представления существует 

треугольник мощностей, в котором гипотенузой является полная мощность, а катетами – активная и реактивная составляющие.

 

Читайте также — Последовательная RL-цепь 

Просмотров: 23400

Описание параметра «Полная мощность» — Профсектор

Полная выходная мощность стабилизатора (VA) определяет максимальную величину мощности подключаемой к нему нагрузки.

Выбор стабилизатора напряжения по мощности.

При выборе стабилизатора необходимо учитывать:

1. суммарную мощность подключенной нагрузки — выходная мощность стабилизатора должна быть больше мощности, потребляемой нагрузкой.

Немного теории.

Полная мощность (S) состоит из активной мощности (P) и реактивной мощности (Q).

Связь между мощностями следующая:

• S — измеряется в вольт-амперах (ВА, VA)
• P — измеряется в ваттах (Вт, W)
• Q — измеряется в варах (Вар, var)

Существуют электроприборы, которые потребляют только активную мощность. Это любые нагревательные приборы (тэны, утюги, чайники и т.д.), лампы накаливания и т.д. Они не потребляют реактивную мощность, поэтому при выборе стабилизаторов для таких приборов можно учитывать в расчетах, что полная мощность равна активной мощности, S(VA)=P(W).

Также существуют электроприборы, которые потребляют не только активную мощность, но и реактивную мощность. Это электродвигатели, дроссели, трансформаторы и т. д.
Для расчета полной мощности для таких устройств используют специальный коэффициент мощности, cos (φ).
Формула расчет будет выглядеть следующим образом:

Cos (φ) определен для большинства типов оборудования и обычно он пишется на шильдике соответствующего прибора.  В тех случаях, когда нет возможности узнать значение cos (φ), примерный расчет производится с коэффициентом 0,75.

Примерные мощности электроприборов и их коэффициенты cos (φ) приведены в таблице.

Электроприборы	Мощность, Вт	cos (φ)		Электроприборы	Мощность, Вт	cos (φ)
Электроплита	1200 — 6000	1		Бойлер	1500 — 2000	1
Обогреватель	500 — 2000	1		Компьютер	350 — 700	0. 95
Пылесос	500 — 2000	0.9		Кофеварка	650 — 1500	1
Утюг	1000 — 2000	1		Стиральная машина	1500 — 2500	0.9
Фен	600 — 2000	1		Электродрель	400 — 1000	0.85
Телевизор	100 — 400	1		Болгарка	600 — 3000	0.8
Холодильник	150 — 600	0.95		Перфоратор	500 — 1200	0.85
СВЧ-печь	700 — 2000	1		Компрессор	700 — 2500	0.7
Электрочайник	1500 — 2000	1		Электромоторы	250 — 3000	0.7 — 0.8
Лампы накаливания	60 — 250	1		Вакуумный насос	1000 — 2500	0. 85
Люминисцентные лампы	20 — 400	0.95		Электросварка (дуговая)	1800 — 2500	0.3 — 0.6

2. пусковые токи — все электроприборы, в состав которых входит двигатели или дроссели в момент запуска потребляют в несколько раз больше мощности чем в рабочем режиме. В таких случаях полную мощность данного оборудования рассчитывают путем умножения потребляемой мощности (указана в паспорте прибора) на кратность пусковых токов (обычно 3-7).

3. запас мощности — чтобы увеличить срок службы стабилизатора, рекомендуется предусмотреть 20%-ный запас мощности. Таким образом, режим работы стабилизатора будет более «щадящим», а при необходимости можно будет подключить дополнительные электроприборы.

4. влияние входного напряжения на мощность — при уменьшении входного напряжения, уменьшается мощность стабилизатора. Данная зависимость приведена на графике.

Примечание. В соответствии с международными, а также отечественными отраслевыми стандартами производителей автотрансформаторных стабилизаторов максимальная мощность устройства нормируется для входного напряжения 190В или для разности входного и выходного напряжений 30В.

ВНИМАНИЕ! Большинство аварий стабилизаторов, возникает от перегрузки по мощности при снижении выходного напряжения до величины менее минимально допустимой, обычно это 150…160 В

Как считать электрическую мощность?

Чтобы обеспечить нормальное функционирование электрической проводки, необходимо ещё на этапе проектирования правильно рассчитать мощность, подобрать кабель подходящего сечения. От этого зависит не только срок эксплуатации системы, но и пожаробезопасность сооружения. Если выбрать сечение ошибочно или неправильно рассчитать мощность, можно столкнуться с такими опасными последствиями, как возгорание электропроводки, короткие замыкания, пожар и пр. При выборе оборудования  и кабельно-проводниковой продукции важно учитывать разные критерии, среди которых напряжение, сила тока, особенности эксплуатации сети.

Формула расчёта

В уже функционирующей сети измерить мощность электрического тока можно при помощи специального оборудования. Что же делать на этапе проектирования? Ведь самой цепи ещё нет. В этом случае применяется расчётный метод.

Существует два вида мощности: активная и реактивная. Активная превращается в полезную энергию безвозвратно, считается полезной. Реактивная предусматривает затрату определенного (расчетного согласно установленного оборудования и типа оборудования) количества энергии.

В нашем случае реактивная мощность нам не интересна, и мы не будем ее рассчитывать!

В цепях переменного тока, ток и напряжения сдвигаются относительно друг друга.

Этот сдвиг на угол cos обозначается буквой φ (фи).

При расчёте мощности электрической мощности следует учитывать тип сети:

P=U*I*cosφ — для однофазной;

P=√3*U*I*cosφ — для трехфазной.

U – это напряжение сети,

 I – сила тока,

cosφ – коэффициент мощности.

cosφ – коэффициент мощности, это паспортная величина оборудования, если не известно о типе оборудования (например, квартиры), то cosφ – расчетный и берется из инструкции по проектированию (СП 256.1325800.2016)

Зависимость коэффициента мощности

Чтобы рассчитать полную (Обращаем внимание, что имеется ввиду установленная, т.е. полная мощность) мощность, необходимо определить суммарную мощность всей техники и оборудования, которые будут эксплуатироваться, и подключаться к данной электрической сети. Это можно узнать путём суммирования мощностей приборов (этот показатель указан в паспорте товара).

При определении коэффициента мощности учитывается характер нагрузки. К примеру, для нагревательного оборудования он близится к 1. Важно учитывать, что любая активная нагрузка предполагает незначительную реактивную составляющую, поэтому коэффициент мощности будет равен не 1, а 0,95.

Для более мощных приборов – 0,8. Напряжение для однофазных цепей принимается 220 В, для трехфазных – 380 В.

Что такое реактивная мощность? Компенсация реактивной мощности. Расчет реактивной мощности. Активная и реактивная энергия

Мощностные характеристики установки или сети являются основными для большинства известных электрических приборов. Активная мощность (проходящая, потребляема) характеризует часть полной мощности, которая передается за определенный период частоты переменного тока.

Определение

Активная и реактивная мощность может быть только у переменного тока, т. к. характеристики сети (силы тока и напряжения) у постоянного всегда равны. Единица измерений активной мощности Ватт, в то время, как реактивной – реактивный вольтампер и килоВАР (кВАР). Стоит отметить, что как полная, так и активная характеристики могут измеряться в кВт и кВА, это зависит от параметров конкретного устройства и сети.

В промышленных цепях чаще всего измеряется в килоВаттах.

Электротехника используется активную составляющую в качестве измерения передачи энергии отдельными электрическими приборами. Рассмотрим, сколько мощности потребляют некоторые из них:

Исходя из всего, сказанного выше, активная мощность – это положительная характеристика конкретной электрической цепи, которая является одним из основных параметров для выбора электрических приборов и контроля расхода электричества.

Обозначение реактивной составляющей:

Это номинальная величина, которая характеризует нагрузки в электрических устройствах при помощи колебаний ЭМП и потери при работе прибора. Иными словами, передаваемая энергия переходит на определенный реактивный преобразователь (это конденсатор, диодный мост и т. д.) и проявляется только в том случае, если система включает в себя эту составляющую.

Расчет

Для выяснения показателя активной мощности, необходимо знать полную мощность, для её вычисления используется следующая формула:

S = U \ I, где U – это напряжение сети, а I – это сила тока сети.

Этот же расчет выполняется при вычислении уровня передачи энергии катушки при симметричном подключении. Схема имеет следующий вид:

Расчет активной мощности учитывает угол сдвига фаз или коэффициент (cos φ), тогда:

S = U * I * cos φ.

Очень важным фактором является то, что эта электрическая величина может быть как положительной, так и отрицательной. Это зависит от того, какие характеристики имеет cos φ. Если у синусоидального тока угол сдвига фаз находится в пределах от 0 до 90 градусов, то активная мощность положительная, если от 0 до -90 – то отрицательная. Правило действительно только для синхронного (синусоидального) тока (применяемого для работы асинхронного двигателя, станочного оборудования).

Также одной из характерных особенностей этой характеристики является то, что в трехфазной цепи (к примеру, трансформатора или генератора), на выходе активный показатель полностью вырабатывается.

Максимальная и активная обозначается P, реактивная мощность – Q.

Из-за того, что реактивная обуславливается движением и энергией магнитного поля, её формула (с учетом угла сдвига фаз) имеет следующий вид:

Q L = U L I = I 2 x L

Для несинусоидального тока очень сложно подобрать стандартные параметры сети. Для определения нужных характеристик с целью вычисления активной и реактивной мощности используются различные измерительные устройства. Это вольтметр, амперметр и прочие. Исходя от уровня нагрузки, подбирается нужная формула.

Из-за того, что реактивная и активная характеристики связаны с полной мощностью, их соотношение (баланс) имеет следующий вид:

S = √P 2 + Q 2 , и все это равняется U*I .

Но если ток проходит непосредственно по реактивному сопротивлению. То потерь в сети не возникает. Это обуславливает индуктивная индуктивная составляющая – С и сопротивление – L. Эти показатели рассчитываются по формулам:

Сопротивление индуктивности: x L = ωL = 2πfL,

Сопротивление емкости: хc = 1/(ωC) = 1/(2πfC).

Для определения соотношения активной и реактивной мощности используется специальный коэффициент. Это очень важный параметр, по которому можно определить, какая часть энергии используется не по назначению или «теряется» при работе устройства.

При наличии в сети активной реактивной составляющей обязательно должен рассчитываться коэффициент мощности. Эта величина не имеет единиц измерения, она характеризует конкретного потребителя тока, если электрическая система содержит реактивные элементы. С помощью этого показателя становится понятным, в каком направлении и как сдвигается энергия относительно напряжения сети. Для этого понадобится диаграмма треугольников напряжений:

К примеру, при наличии конденсатора формула коэффициента имеет следующий вид:

cos φ = r/z = P/S

Для получения максимально точных результатов рекомендуется не округлять полученные данные.

Компенсация

Учитывая, что при резонансе токов реактивная мощность равняется 0:

Q = QL – QC = ULI – UCI

Для того чтобы улучшить качество работы определенного устройства применяются специальные приборы, минимизирующие воздействие потерь на сеть. В частности, это ИБП. В данном приборе не нуждаются электрические потребители со встроенным аккумулятором (к примеру, ноутбуки или портативные устройства), но для большинства остальных источник бесперебойного питания является необходимым.

При установке такого источника можно не только установить негативные последствия потерь, но и уменьшить траты на оплату электричества. Специалисты доказали, что в среднем, ИБП поможет экономить от 20 % до 50 %. Почему это происходит :

Провода меньше нагреваются, это не только положительно влияет на их работу, но и повышает безопасность;

У сигнальных и радиоустройств уменьшаются помехи;

На порядок уменьшаются гармоники в электрической сети.

В некоторых случаях специалисты используют не полноценные ИБП, а специальные компенсирующие конденсаторы. Они подходят для бытового использования, доступны и продаются в каждом электротехническом магазине. Для расчета планируемой и полученной экономии можно использовать все вышеперечисленные формулы.

Активная мощность (P)

Другими словами активную мощность можно назвать: фактическая, настоящая, полезная, реальная мощность. В цепи постоянного тока мощность, питающая нагрузку постоянного тока, определяется как простое произведение напряжения на нагрузке и протекающего тока, то есть

потому что в цепи постоянного тока нет понятия фазового угла между током и напряжением. Другими словами, в цепи постоянного тока нет никакого коэффициента мощности.

Но при синусоидальных сигналах, то есть в цепях переменного тока, ситуация сложнее из-за наличия разности фаз между током и напряжением. Поэтому среднее значение мощности (активная мощность), которая в действительности питает нагрузку, определяется как:

В цепи переменного тока, если она чисто активная (резистивная), формула для мощности та же самая, что и для постоянного тока: P = U I.

Формулы для активной мощности

P = U I — в цепях постоянного тока

P = U I cosθ — в однофазных цепях переменного тока

P = √3 U L I L cosθ — в трёхфазных цепях переменного тока

P = 3 U Ph I Ph cosθ

P = √ (S 2 – Q 2) или

P =√ (ВА 2 – вар 2) или

Активная мощность = √ (Полная мощность 2 – Реактивная мощность 2) или

кВт = √ (кВА 2 – квар 2)

Реактивная мощность (Q)

Также её мощно было бы назвать бесполезной или безваттной мощностью.

Мощность, которая постоянно перетекает туда и обратно между источником и нагрузкой, известна как реактивная (Q).

Реактивной называется мощность, которая потребляется и затем возвращается нагрузкой из-за её реактивных свойств. Единицей измерения активной мощности является ватт, 1 Вт = 1 В х 1 А. Энергия реактивной мощности сначала накапливается, а затем высвобождается в виде магнитного поля или электрического поля в случае, соответственно, индуктивности или конденсатора.

Реактивная мощность определяется, как

и может быть положительной (+Ue) для индуктивной нагрузки и отрицательной (-Ue) для емкостной нагрузки.

Единицей измерения реактивной мощности является вольт-ампер реактивный (вар): 1 вар = 1 В х 1 А. Проще говоря, единица реактивной мощности определяет величину магнитного или электрического поля, произведённого 1 В х 1 А.

Формулы для реактивной мощности

Реактивная мощность = √ (Полная мощность 2 – Активная мощность 2)

вар =√ (ВА 2 – P 2)

квар = √ (кВА 2 – кВт 2)

Полная мощность (S)

Полная мощность – это произведение напряжения и тока при игнорировании фазового угла между ними. Вся мощность в сети переменного тока (рассеиваемая и поглощаемая/возвращаемая) является полной.

Комбинация реактивной и активной мощностей называется полной мощностью. Произведение действующего значения напряжения на действующее значение тока в цепи переменного тока называется полной мощностью.

Она является произведением значений напряжения и тока без учёта фазового угла. Единицей измерения полной мощности (S) является ВА, 1 ВА = 1 В х 1 А. Если цепь чисто активная, полная мощность равна активной мощности, а в индуктивной или ёмкостной схеме (при наличии реактивного сопротивления) полная мощность больше активной мощности.

Формула для полной мощности

Полная мощность = √ (Активная мощность 2 + Реактивная мощность 2)

kUA = √(kW 2 + kUAR 2)

Следует заметить, что:

• резистор потребляет активную мощность и отдаёт её в форме тепла и света.
• индуктивность потребляет реактивную мощность и отдаёт её в форме магнитного поля.
• конденсатор потребляет реактивную мощность и отдаёт её в форме электрического поля.

Мгновенная мощность p произвольного участка цепи, напряжение и ток которого изменяются по законуu =U m sin(t ), i = I m sin(t– ), имеет вид

p = ui= U m sin(t )I m sin(t–  ) = U m I m /2 =

= U i cos — UI cos(2t — ) = (UI cos – UI cos cos2t ) – UI sin sin2t . (1)

Активная мощность цепи переменного тока P определяется как среднее значение мгновенной мощностиp (t ) за период:

так как среднее за период значение гармонической функции равно 0.

Из этого следует, что средняя за период мощность зависит от угла сдвига фаз между напряжением и током и не равна нулю, если участок цепи имеет активное сопротивление. Последнее объясняет ее название активная мощность . Подчеркнем еще раз, что в активном сопротивлении происходит необратимое преобразование электрической энергии в другие виды энергии, например в тепловую. Активная мощность может быть определена как средняя за период скорость поступления энергии в участок цепи. Активная мощность измеряется в ваттах (Вт).

Реактивная мощность

При расчетах электрических цепей находит широкое применение так называемая реактивная мощность. Она характеризует процессы обмена энергией между реактивными элементами цепи и источниками энергии и численно равна амплитуде переменной составляющей мгновенной мощности цепи. В соответствии с этим реактивная мощность может быть определена из (1) как

Q = UI sin.

В зависимости от знака угла реактивная мощность может быть положительной или отрицательной. Единицу реактивной мощности, чтобы отличить ее от единицы активной, называют не ватт, а вольт-ампер реактивныйвар. Реактивные мощности индуктивного и емкостного элементов равны амплитудам их мгновенных мощностейp L иp C . С учетом сопротивленийэтих элементов реактивные мощности катушки индуктивности и конденсатора равныQ L =UI =x L I 2 иQ C =UI = x C I 2 , соответственно.

Результирующая реактивная мощность разветвленной электрической цепи находится как алгебраическая сумма реактивных мощностей элементов цепи с учетом их характера (индуктивный или емкостный): Q =Q L –Q С. ЗдесьQ L есть суммарная реактивная мощность всех индуктивных элементов цепи, аQ С представляет собой суммарную реактивную мощность всех емкостных элементов цепи.

Полная мощность

Кроме активной и реактивной мощностей цепь синусоидального тока характеризуется полной мощностью, обозначаемой буквой S . Под полной мощностью участка понимают максимально возможную активную мощность при заданных напряженииU и токеI . Очевидно, что максимальная активная мощность получается при cos= 1, т. е. при отсутствии сдвига фаз между напряжением и током:

S = UI.

Необходимость во введении этой мощности объясняется тем, что при конструировании электрических устройств, аппаратов, сетей и т. п. их рассчитывают на определенное номинальное напряжение U ном и определенный номинальный токI ном и их произведениеU ном I ном = S ном дает максимально возможную мощность данного устройства (полная мощность S ном указывается в паспорте большинства электрических устройств переменного тока. ). Для отличия полной мощности от других мощностей ее единицу измерения называют вольт-ампер и сокращенно обозначают ВА. Полная мощность численно равна амплитуде переменной составляющей мгновенной мощности.

Из приведенных соотношений можно найти связь между различными мощностями:

P = S cos, Q = S sin, S = UI =

и выразить угол сдвига фаз через активную и реактивную мощности:

.

Рассмотрим простой прием, который позволяет найти активную и реактивную мощности участка цепи по комплексным напряжению и току. Он заключается в том, что нужно взять произведение комплексного напряжения и тока, комплексно сопряженного току рассматриваемого участка цепи. Операция комплексного сопряжения состоит в смене знака на противоположный перед мнимой частью комплексного числа либо в смене знака фазы комплексного числа, если число представлено в экспоненциальной форме записи. В результате получим величину, которая называетсяполной комплексной мощностью и обозначается. Если
, то для полной комплексной мощности получаем:

Отсюда видно, что активная и реактивная мощности представляют собой вещественную и мнимую части полной комплексной мощности, соответственно. Для облегчения запоминания всех формул, связанных с мощностями, на рис. 7, б (с. 38) построен треугольник мощностей.

«Справочник» — информация по различным электронным компонентам : транзисторам , микросхемам , трансформаторам , конденсаторам , светодиодам и т.д. Информация содержит все, необходимые для подбора компонентов и проведения инженерных расчетов, параметры, а также цоколевку корпусов, типовые схемы включения и рекомендации по использованию радиоэлементов .

С одной стороны, работу тока можно легко посчитать, зная силу тока, напряжение и сопротивление нагрузки. До боли знакомые формулы из курса школьной физики выглядят так.

Рис. 1. Формулы

И здесь нет ни слова про реактивную составляющую.

С другой стороны, ряд физических процессов на самом деле накладывают свои особенности на эти расчёты. Речь идёт о реактивной энергии. Проблемы с пониманием реактивных процессов приходят вместе со счетами за электроэнергию в крупных предприятиях, ведь в бытовых сетях мы платим только за активную энергию (размеры потребления реактивной энергии настолько малы, что ими просто пренебрегают).

Определения

Чтобы понять суть физических процессов начнём с определений.

Активная электроэнергия – это полностью преобразуемая энергия, поступающая в цепь от источника питания. Преобразование может происходить в тепло или в другой вид энергии, но суть остаётся одна – принятая энергия не возвращается обратно в источник.

Пример работы активной энергии: ток, проходя через элемент сопротивления, часть энергии преобразует в нагрев. Эта совершённая работа тока и является активной.

Реактивная электроэнергия – это энергия, возвращаемая обратно источнику тока. То есть ранее полученный и учтённый счётчиком ток, не совершив работы, возвращается. Помимо прочего ток совершает скачок (на короткое время нагрузка сильно возрастает).

Тут без примеров сложно понять процесс.

Самый наглядный – работа конденсатора. Сам по себе конденсатор не преобразует электроэнергию в полезную работу, он её накапливает и отдаёт. Конечно, если часть энергии всё-таки уходит на нагрев элемента, то её можно считать активной. Реактивная же выглядит так:

1.При питании ёмкости переменным напряжением, вместе с увеличением U растёт и заряд конденсатора.

2.В момент начала падения напряжения (второй четвертьпериод на синусоиде) напряжение на конденсаторе оказывается выше, чем у источника. И поэтому конденсатор начинает разряжаться, отдавая энергию обратно в цепь питания (ток течёт в обратном направлении).

3.В следующих двух четвертьпериодах ситуация полностью повторяется, то только напряжение меняется на противоположное.

Ввиду того, что сам конденсатор работы не совершает, принимаемое напряжение достигает своего максимального амплитудного значения (то есть в √2=1,414 раза больше действующего 220В, или 220·1,414=311В).

При работе с индуктивными элементами (катушки, трансформаторы, электродвигатели и т.п.) ситуация аналогична. График показателей можно увидеть на изображении ниже.

Рис. 2. Графики показателей

Ввиду того, что современные бытовые приборы состоят из множества разных элементов с «реактивным» эффектом питания и без него, то реактивный ток, протекая в обратном направлении, совершает вполне реальную работу по нагреву активных элементов. Таким образом, реактивная мощность цепи – по сути выражается в побочных потерях и скачках напряжения.

Очень сложно отделить один показатель мощности от другого при расчётах. А система качественного и эффективного учёта стоит дорого, что, собственно, и привело к отказу от измерения объёма потребления реактивных токов в быту.

В крупных коммерческих объектах наоборот, объем потребления реактивной энергии намного больше (из-за обилия силовой техники, снабжаемой мощными электродвигателями, трансформаторами и другими элементами, порождающими реактивный ток), поэтому для них вводится раздельный учёт.

Как считается активная и реактивная электроэнергия

Большинство производителей счётчиков электроэнергии для предприятий реализуют простой алгоритм.

Q=(S 2 — P 2) 1/2

Здесь из полной мощности S отнимается активная мощность P (в облегчённом для понимания виде).

Таким образом, производителю не обязательно организовывать полностью раздельный учёт.

Что такое cosϕ (косинус фи)

Для числового выражения соотношения активной и реактивной мощностей применяется специальный коэффициент – косинус фи.

Вычисляется он по формуле.

cosϕ = P акт /P полн

Где полная мощность – это сумма активной и реактивной.

Такой же коэффициент указывается на шильдиках электроинструмента, оснащённого двигателями. В этом случае cosϕ используется для оценки пиковой потребляемой мощности. Например, номинальная мощность прибора составляет 600 Вт, а cosϕ = 0,7 (средний показатель для подавляющего большинства электроинструмента), тогда пиковая мощность, необходимая для старта электродвигателя будет считаться как Pномин / cosϕ, = 600 Вт / 0,7 = 857 ВА (реактивная мощность выражается в вольт-амперах).

Применение компенсаторов реактивной мощности

Чтобы стимулировать потребителей эксплуатировать электросеть без реактивной нагрузки, поставщики электроэнергии вводят дополнительный оплачиваемый тариф на реактивную мощность, но оплату взимают только если среднемесячное потребление превысит определённый коэффициент, например, при соотношении полной и активной мощностей составит свыше 0,9, счёт на оплату реактивной мощности не выставляется.

Для того, чтобы снизить расходы, предприятия ставят специальное оборудование – компенсаторы. Они могут быть двух видов (в соответствии с принципом работы):

• Ёмкостные;
• Индуктивные.

Реактивная мощность – часть электрической энергии, возращенная нагрузкой источнику. Явление возникновения ситуации считается вредным.

Возникновение реактивная мощность

Допустим, цепь содержит источник питания постоянного тока и идеальную индуктивность. Включение цепи порождает переходный процесс. Напряжение стремится достичь номинального значения, росту активно мешает собственное потокосцепление индуктивности. Каждый виток провода согнут круговой траекторией. Образуемое магнитное поле будет пересекать соседствующий сегмент. Если витки расположены один за другим, характер взаимодействия усилится. Рассмотренное называется собственным потокосцеплением.

Характер процесса таков: наводимая ЭДС препятствует изменениям поля. Ток пытается стремительно вырасти, потокосцепление тянет обратно. Вместо ступеньки видим сглаженный выступ. Энергия магнитного поля потрачена, чтобы воспрепятствовать процессу создавшему. Случай возникновения реактивной мощности. Фазой отличается от полезной, вредит. Идеально: направление вектора перпендикулярно активной составляющей. Подразумевается, сопротивление провода нулевое (фантастический расклад).

При выключении цепи процесс повторится обратным порядком. Ток стремится мгновенно упасть до нуля, в магнитном поле запасена энергия. Пропади индуктивность, переход пройдет внезапно, потокосцепление придает процессу иную окраску:

1. Уменьшение тока вызывает снижение напряженности магнитного поля.
2. Произведенный эффект наводит противо-ЭДС витков.
3. В результате после отключения источника питания ток продолжает существовать, понемногу затухая.

Графики напряжения, тока, мощности

Реактивная мощность некое звено инерции, постоянно запаздывающее, мешающее. Первый вопрос: зачем тогда нужны индуктивности? О, у них хватает полезных качеств. Польза заставляет мириться с реактивной мощностью. Распространенным положительным эффектом назовем работу электрических двигателей. Передача энергии идет через магнитный поток. Меж витками одной катушки, как было показано выше. Взаимодействию подвержены постоянный магнит, дроссель, все, способное захватить вектором индукции.

Случаи нельзя назвать в смысле описательном всеобъемлющими. Иногда применяется поток сцепления в виде, показанном для примера. Принцип используют пускорегулирующие аппараты газоразрядных ламп. Дроссель снабжен несметным количеством витков: отключение напряжения вызывает не плавное снижение тока, но выброс большой амплитуды противоположной полярности. Индуктивность велика: отклик поистине потрясающий. Превышает исходные 230 вольт на порядок. Достаточно, чтобы возникла искра, лампочка зажглась.

Реактивная мощность и конденсаторы

Реактивная мощность запасается энергией магнитного поля индуктивностями. А конденсатор? Выступает источником возникновения реактивной составляющей. Дополним обзор теорией сложения векторов. Поймет рядовой читатель. В физике электрических сетей часто используются колебательные процессы. Всем известные 220 вольт (теперь принятые 230) в розетке частотой 50 Гц. Синусоида, амплитуда которой равна 315 вольт. Анализируя цепи, удобно представить вращающимся по часовой стрелке вектором.

Анализ цепей графическим методом

Упрощается расчет, можно пояснить инженерное представление реактивной мощности. Угол фазы тока считают равным нулю, откладывается вправо по оси абсцисс (см. рис.). Реактивная энергия индуктивности совпадает фазой с напряжением UL, опережает на 90 градусов ток. Идеальный случай. Практикам приходится учитывать сопротивление обмотки. Реактивной на индуктивности будет часть мощности (см. рис.). Угол меж проекциями важен. Величина называется коэффициентом мощности. Что означает на практике? Перед ответом на вопрос рассмотрим понятие треугольника сопротивлений.

Треугольник сопротивлений и коэффициент мощности

Чтобы проще вести анализ электрических цепей, физики предлагают использовать треугольник сопротивлений. Активная часть откладывается, как ток, – вправо оси абсцисс. Договорились, индуктивность направлять вверх, емкость – вниз. Вычисляя полное сопротивление цепи, значения вычитаем. Исключено комбинированный случай. Доступно два варианта: реактивное сопротивление положительное, либо отрицательное.

Получая емкостное/индуктивное сопротивление, параметры элементов цепи домножают коэффициентом, обозначаемым греческой буквой «омега». Круговая частота – произведение частоты сети на удвоенное число Пи (3.14). Еще одно замечание по поводу нахождения реактивных сопротивлений укажем. Если индуктивность просто домножается указанным коэффициентом, для емкостей берутся величины обратные произведению. Понятно из рисунка, где приведены указанные соотношения, помогающие вычислять напряжения. После домножения берем алгебраическую сумму индуктивного, емкостного сопротивлений. Первые рассматриваются положительными величинами, вторые – отрицательными.

Формулы реактивных составляющих

Две составляющие сопротивления – активная и мнимая – являются проекциями вектора полного сопротивления на оси абсцисс и ординат. Углы сохраняются при переносе абстракций на мощности. Активная откладывается по оси абсцисс, реактивная — вдоль сои ординат. Емкости и индуктивности являются основополагающей причиной возникновения в сети негативных эффектов. Было показано выше: без реактивных элементов становится невозможным построение электротехнических устройств.

Коэффициентом мощности принято называть косинус угла меж полным вектором сопротивления и горизонтальной осью. Столь важное значение параметру приписывают, поскольку полезная часть энергии источника является долей полных трат. Доля высчитывается умножением полной мощности на коэффициент. Если векторы напряжения и тока совпадают, косинус угла равен единице. Мощность теряется нагрузкой, улетучиваясь теплом.

Сказанному верить! Средняя мощность периода при подключении к источнику чисто реактивного сопротивления равна нулю. Половину времени индуктивность принимает энергию, вторую отдает. Обмотка двигателя обозначается на схемах прибавлением источника ЭДС, описывающего передачу энергии валу.

Практическое истолкование коэффициента мощности

Многие замечают неувязку в случае практического рассмотрения реактивной мощности. Для снижения коэффициента рекомендуют параллельно обмоткам двигателя включать конденсаторы большого размера. Индуктивное сопротивление уравновешивает емкостное, ток вновь совпадает с напряжением фазой. Сложно понять вот по какой причине:

1. Допустим, к источнику переменного напряжения подключили первичную обмотку трансформатора.
2. В идеале активное сопротивление равно нулю. Мощность должна быть реактивной. Но это плохо: угол между напряжением и током стремятся сделать нулевым!

Но! Колебательный процесс безучастен работе двигателей, трансформаторов. Теория реактивной мощности предполагает: колебания совершает вся энергия. До последней капли. В трансформаторе, двигателе из поля происходит активная «утечка» энергии на совершение работы, наведение тока вторичной обмотки. Энергия циркулировать между источником и потребителем не может.

Реальная цепь процесс согласования отдельных участков затрудняет. Для перестраховки поставщики требуют установить параллельно обмотке двигателя конденсаторы, чтобы энергия циркулировала в локальном сегменте, не выходила наружу, нагревая соединительные провода. Важно избежать перекомпенсации. Если емкость конденсаторов будет слишком велика, батарея станет причиной увеличения коэффициента мощности.

Что касается сдвига фаз, возникает на вторичной обмотке трансформатора подстанции. Роль играет не это. Двигатель работает, часть энергии не преобразована в полезную работу, отражается назад. В результате возникает коэффициент мощности. Участвующая составляющая индуктивности – технологический, конструкционный дефект. Часть, не приносящая пользы. Скомпенсируем, добавляя конденсаторные блоки.

Проверка правильности согласования ведется по факту отсутствия сдвига фаз между напряжением и током работающего электродвигателя. Лишняя энергия циркулирует меж избыточной индуктивностью обмоток, установленным конденсаторным блоком. Достигнута цель мероприятия – избежать нагрева проводников питающей устройство сети.

Что предлагают под видом экономии электроэнергии

В сети предлагают купить устройства экономии электроэнергии. Компенсаторы реактивной мощности. Важно не перегнуть палку. Допустим, компенсатор будет уместно смотреться рядом с включенным компрессором холодильника, коллекторным двигателем пылесоса, обременять квартиру мерами при работающих лампочках накала – предприятие сомнительное. До установки потрудитесь узнать сдвиг фаз меж напряжением и током, согласно информации, правильно рассчитайте объем блока конденсаторов. Иначе попытки сэкономить таким образом потерпят неудачу, разве случайно удастся навести палец в небо, попасть в точку.

Вторым аспектом компенсации реактивной мощности является учет. Делается для крупных предприятий, где стоят мощные двигатели, создающие большие углы сдвига фаз. Внедряют специальные счетчики учета реактивной мощности, оплачиваемой согласно тарифу. Для расчетов коэффициента оплаты применяется оценка тепловых потерь проводов, ухудшение режима эксплуатации кабельной сети, некоторые другие факторы.

Перспективы дальнейшего изучения реактивной энергии, как явления

Реактивная мощность выступает явлением отражения энергии. Идеальные цепи явления лишены. Реактивная мощность проявляется выделенным теплом на активном сопротивлении кабельных линий, искажает синусоидальную форму сигнала. Отдельная тема разговора. При отклонениях от нормы двигатели работают не столь гладко, трансформаторам – помеха.

Калькулятор коэффициента мощности

Этот калькулятор коэффициента мощности представляет собой удобный инструмент для анализа переменного тока, протекающего в электрических цепях. Вы, наверное, уже знаете, что вы можете смоделировать постоянный ток (DC) с помощью закона Ома. В случае с переменным током эта задача не так проста, поскольку такие цепи содержат как активную, так и реактивную мощность.

Этот калькулятор поможет вам не только узнать, каковы значения различных типов мощности в цепи, но также предоставит вам формулу коэффициента мощности, которая выражает соотношение между реальной и полной мощностью.

Активная, реактивная и полная мощность

Если вы хотите понять, что такое коэффициент мощности, вам сначала необходимо более глубокое понимание его компонентов: реальной, реактивной и полной мощности.

• Реальная мощность (также называемая истинной или активной мощностью), обозначаемая как P , выполняет реальную работу в электрической цепи и рассеивается на резисторах. Это единственная форма мощности, которая появляется в цепи постоянного тока. В цепи переменного тока значения тока и напряжения не фиксированы — они изменяются синусоидально.Если между этими двумя значениями нет сдвига фазы , то вся переданная мощность активна. Эта мощность измеряется в Вт .

• Реактивная мощность , обозначенная как Q , передается, когда ток и напряжение сдвинуты по фазе на 90 градусов. В таком случае чистая энергия, передаваемая в цепи переменного тока, равна нулю, и реальная мощность не рассеивается. Реактивная мощность никогда не появляется в цепях постоянного тока; в цепях переменного тока он связан с реактивным сопротивлением, создаваемым катушками индуктивности и конденсаторами.Оно измеряется в Вольт-Ампер-реактивное значение (ВАр).

• Полная мощность , обозначенная как S , представляет собой комбинацию активной и реактивной мощностей. Это произведение среднеквадратичных значений напряжения и тока в цепи без учета влияния фазового угла. Это также векторная сумма P и Q. Полная мощность измеряется в Вольт-Ампер (ВА).

Треугольник силы

Поскольку полную мощность можно найти путем векторного сложения реальной и реактивной мощности, вы можете использовать графический метод для представления этих трех значений в форме треугольника, который называется треугольником мощности .

Каждая сторона треугольника представляет собой одну из трех форм мощности, передаваемых в цепи переменного тока. Катеты прямоугольного треугольника представляют собой активную и реактивную мощность, а гипотенуза — полную мощность.

Одним из следствий использования треугольника степеней является то, что вы можете легко установить математическую связь между тремя значениями с помощью теоремы Пифагора:

S² = P² + Q²

Кроме того, угол между реальной мощностью и полной мощностью, обозначенный как φ , представляет собой полное сопротивление угла фазы схемы.

Формула коэффициента мощности

Коэффициент мощности — это соотношение между реальной и полной мощностью в цепи. Если реактивной мощности нет, то коэффициент мощности равен 1. Если, наоборот, активная мощность равна нулю, то полная мощность также равна 0.

Формула коэффициента мощности:

Коэффициент мощности = P / S

Например, коэффициент мощности 0,87 означает, что 87% тока, подаваемого в цепь, выполняет реальную работу.Остальная мощность, а точнее 13%, должна быть предоставлена ​​для компенсации реактивной мощности. Знание того, как рассчитать коэффициент мощности, может быть полезно, например, при вычислениях, касающихся генераторов энергии.

Как рассчитать коэффициент мощности?

Коэффициент мощности также можно рассчитать с помощью треугольника мощности. Используя принципы тригонометрии, вы можете записать это как

P / S = cos φ

Поскольку коэффициент мощности равен отношению реальной мощности к полной,

Коэффициент мощности = cos φ

Это означает, что зная только одно из трех значений — действительную, реактивную или полную мощность — и коэффициент мощности или фазовый угол, вы можете быстро вычислить остальные из этих значений, которые определяют цепь переменного тока.Конечно, вместо того, чтобы вычислять числа вручную, вы можете просто использовать этот калькулятор коэффициента мощности! 🙂

Сопротивление, реактивное сопротивление и импеданс

Три основных компонента цепи переменного тока — это резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности. Вы можете использовать этот калькулятор коэффициента мощности не только для описания мощности, передаваемой через каждый из этих компонентов, но и для определения того, что происходит, когда через них проходит электрический ток, а именно, каким сопротивлением, реактивным сопротивлением и импедансом обладают такие элементы.

• Сопротивление , обозначенное как R и выраженное в омах (Ом), является мерой того, насколько проводник (особенно резистор) снижает электрический ток I , протекающий через него. Это значение напрямую связано с реальной мощностью, протекающей в цепи переменного тока. Это соотношение можно записать как P = I²R .

• Реактивное сопротивление , обозначенное как X и также измеренное в омах (Ом), представляет собой инерцию, которая препятствует движению электронов в компоненте схемы.Он присутствует в основном в конденсаторах и катушках индуктивности. Если вы пропустите переменный ток через компонент с высоким реактивным сопротивлением, падение напряжения будет не совпадать по фазе с током на 90 градусов. Реактивное сопротивление связано с реактивной мощностью уравнением Q = I²X .

• Импеданс , обозначенный Z и измеренный в омах (Ом), является эквивалентом сопротивления в цепях постоянного тока по переменному току. Он присутствует во всех компонентах всех электрических цепей. Его можно рассчитать путем векторного сложения сопротивления (см. Ниже) и реактивного сопротивления или по формуле S = I²Z .

Соотношение между сопротивлением, реактивным сопротивлением и импедансом аналогично треугольнику мощности:

Z² = R² + X²

Идеальные резисторы имеют ненулевое сопротивление, но нулевое реактивное сопротивление. Идеальные катушки индуктивности или конденсаторы имеют нулевое сопротивление, но ненулевое реактивное сопротивление. Все компоненты электрической цепи обладают некоторым сопротивлением.

Формулы для быстрого расчета мощности — Woodstock Power

Быстрые вычисления и формулы

Расчет между кВт и кВА
Полная мощность S в киловольт-амперах (кВА) равна реальной мощности P в киловаттах (кВт), деленной на коэффициент мощности PF:
S _(кВА) = P _(кВт) / PF

Расчет кВА на кВт
Реальная мощность P в киловаттах (кВт) равна полной мощности S в киловольт-амперах (кВА), умноженной на коэффициент мощности PF:
P _(кВт) = S _(кВА) × PF

Вычисление из ампер постоянного тока в киловатты
Мощность P в киловаттах (кВт) равна току I в амперах (A), умноженному на напряжение В в вольтах (В), деленное на 1000:
P _(кВт) = I _(A) × V _(V) /1000

Расчет однофазных ампер переменного тока в киловатты
Мощность P в киловаттах (кВт) равна коэффициенту мощности PF , умноженному на фазный ток I в амперах (A), умноженному на действующее значение напряжения В в вольтах (В), разделенных на 1000:
P _(кВт) = PF × I _(A) × V _(V) /1000

Расчет трехфазных ампер переменного тока в киловаттах

Расчет с линейным напряжением
Мощность P в киловаттах (кВт) равна квадратному корню из 3-х кратного коэффициента мощности FP , умноженного на фазный ток I в амперах (A), умноженный на линейный Действующее значение напряжения В _LL в вольтах (В), деленное на 1000:
P _(кВт) = √ 3 × PF × I _(A) × В LL _(В) /1000

Расчет с линейным напряжением
Мощность P в киловаттах (кВт) равна трехкратному коэффициенту мощности FP , умноженному на фазный ток I в амперах (A), умноженному на действующее значение напряжения между фазой и нейтралью V _LN в вольтах (В), разделенных на 1000:
P _(кВт) = 3 × PF × I _(A) × V LN _(V) / 1000

Формулы падения напряжения и мощности для инженеров-электриков ~ Изучение электротехники

Пользовательский поиск

Работая с однофазным, трехфазным и постоянным током (цепи постоянного тока), вам быстро нужны справочные формулы для расчета падения напряжения и расчета мощности для данного проводника? В таблице ниже приводится краткая справка по этим расчетам. 2 $

Значение символов, используемых в формулах выше :
$ L $ = Общая длина проводника
$ r $ = Сопротивление проводника на единицу длины
$ x $ = Реактивное сопротивление проводника на единицу длины
$ ∆V $ = Падение напряжения
$ P $ = Активная мощность
$ Q $ = Реактивная мощность
$ I $ = Ток

Как рассчитать максимальный входной переменный ток

Как рассчитать максимальный входной переменный ток.

Ан-21

Знание максимального входного тока источника питания может быть полезно при выборе требований к электроснабжению, выборе автоматического выключателя, выбора входного кабеля переменного тока и разъема и даже при выборе изолирующего трансформатора для плавающих приложений. Вычислить максимальный входной ток довольно просто, зная несколько основных параметров и некоторую простую математику.

Номинальная мощность блока питания высокого напряжения
Все блоки питания Spellman имеют заявленную максимальную номинальную мощность в ваттах.Это первый параметр, который нам понадобится, и его можно найти в паспорте продукта. У большинства блоков питания Spellman максимальная мощность указана прямо в номере модели. Как и в этом примере, SL30P300 / 115 представляет собой блок 30 кВ с положительной полярностью, который может обеспечить максимум 300 Вт; работает от входной линии 115Vac.

КПД источника питания
КПД источника питания — это отношение входной мощности к выходной мощности. Эффективность обычно указывается в процентах или в виде десятичной дроби меньше 1, например 80% или 0.8. Чтобы вычислить входную мощность, мы берем заявленную максимальную выходную мощность и делим ее на КПД:

300 Вт / 0,8 = 375 Вт

Коэффициент мощности
Коэффициент мощности — это отношение реальной мощности к используемой полной мощности. . Обычно она выражается десятичным числом меньше 1. Реальная мощность выражается в ваттах, а полная мощность выражается в ВА (вольт-амперах). Однофазные импульсные источники питания без коррекции обычно имеют довольно низкий коэффициент мощности, например 0.65. Трехфазные импульсные источники питания без коррекции имеют более высокий коэффициент мощности, например 0,85. Блоки со схемой активной коррекции коэффициента мощности могут иметь очень хороший коэффициент мощности, например 0,98. В нашем примере выше источник питания представляет собой неисправный блок, питаемый от однофазной сети, поэтому:

375 Вт / 0,65 = 577 ВА

Напряжение входной линии
Нам нужно знать входное напряжение переменного тока, от которого устройство предназначено для питания . В приведенном выше примере входное напряжение переменного тока составляет 115 В переменного тока. Это номинальное напряжение, в действительности входное напряжение указано как ± 10%.Нам нужно вычесть 10%, чтобы учесть худший случай, состояние низкой линии:

115Vac — 10% = 103,5Vac

Максимальный входной переменный ток
Если мы возьмем 577 VA и разделим его на 103,5Vac, получим:

577 ВА / 103,5 В переменного тока = 5,57 ампер

Если входное напряжение переменного тока однофазное, то ответ будет 5,57 ампер.

Трехфазное входное напряжение
Блоки с трехфазным входным напряжением питаются от трех фаз, поэтому они имеют лучший коэффициент мощности, чем однофазные блоки.Также за счет наличия трех фаз, питающих агрегат, фазные токи будут меньше. Чтобы получить входной ток на каждую фазу, мы разделим наш расчет входного тока на √3 (1,73).

Рассчитаем этот пример: STR10N6 / 208. Из таблицы данных STR мы узнаем, что максимальная мощность составляет 6000 Вт, КПД составляет 90%, а коэффициент мощности составляет 0,85. Несмотря на то, что STR по дизайну будет работать с напряжением до 180 В переменного тока, в этом примере он будет питаться от трехфазной сети 208 В переменного тока. Мы получаем максимальный входной ток на фазу следующим образом:

КПД источника питания
6000 Вт /.9 = 6666 Вт

Коэффициент мощности
6666 Вт / 0,85 = 7843 ВА

Напряжение входной линии
208 В переменного тока — 10% = 187 В переменного тока

Максимальный входной ток переменного тока
7843 ВА / 187 В переменного тока = 41,94 ампер (если он был однофазным)

Поправка для трехфазного входа
41,94 ампера / √3 (1,73) = 24,21 ампера на фазу

Итак, у нас есть два уравнения, одно для однофазных входов и одно для трехфазных входов:

Однофазное уравнение максимального входного тока
Входной ток = максимальная мощность / (КПД) (коэффициент мощности) (минимальное входное напряжение)

Уравнение трехфазного максимального входного тока
Входной ток = максимальная мощность / (КПД) (коэффициент мощности) (минимальное входное напряжение) ( √3)

Эти расчеты входного тока предназначены для наихудшего случая: предполагается, что агрегат работает на максимальной мощности, работает при низком уровне напряжения в сети и с учетом КПД и коэффициента мощности.

Щелкните здесь, чтобы загрузить pdf.

Основы реальной мощности | Силовая электроника

Духовка мощностью один киловатт, работающая в течение одного часа, потребляет один киловатт-час энергии. Энергетические единицы так просты? В редких случаях да. Когда это не так, полезно иметь фундаментальное представление о силе и энергии. Не все электрические нагрузки одинаковы. Некоторые используют больше энергии, чем другие, а некоторые используют ту же энергию менее эффективно.

Сегодня в заголовках газет появляется энергоэффективность, и становится все более важным понимать основы измерения мощности и разницу между, казалось бы, двусмысленными терминами мощности и энергии.Более того, людям, не являющимся ЭЭ, может быть трудно понять электрические концепции, потому что электричество обычно нельзя увидеть или потрогать. По этой причине часто бывает полезно передать электрические концепции в терминах физических и механических аналогий.

Единицы электрической энергии
Есть много единиц, используемых для выражения компонентов электрической энергии, включая, как правило, вольты, амперы, ватты, ватт-часы и частоту. Каждый из них представляет собой уникальное выражение, играющее уникальную роль в концепциях электрической энергии.

Электроэнергия — это комбинация двух компонентов: одна выражается в вольтах, а другая — в амперах или амперах. Распространенная аналогия потока электричества в контуре — это поток воды в трубе. В этой физической аналогии давление воды представляет собой напряжение, а объем потока представляет собой ток. Как и в случае с электричеством, высокое значение любого из них может выполнять высокий уровень «работы». Вода под высоким давлением может разрезать сталь с очень небольшим объемом потока, однако большой объем воды, очень медленно движущийся по дороге, может унести большой автомобиль.

Энергия определяется способностью выполнять работу. Работа с точки зрения использования энергии в домашних условиях представляет собой сочетание света, тепла (сушилки, утюги, духовки, воздухонагреватели) и движения (двигатели) от электрических устройств. Счета за электроэнергию показывают, сколько электроэнергии было преобразовано в работу за месяц.

Мощность — это мера скорости преобразования энергии из одной формы в другую. Интегрирование или суммирование мощности во времени определяет энергию, потребленную за этот период времени.

Связь между мощностью и энергией может быть более очевидной при использовании альтернативных единиц, в которых мощность выражается в виде скорости. Один ватт = 1 джоуль / сек. Умножение на время в секундах дает альтернативную единицу измерения энергии, джоуль, где 3600 джоулей = 1 ватт-час (Вт-час).

Если мощность измеряет, насколько быстро печь, скажем, преобразует электрическую энергию в тепло, энергия измеряет, сколько мощности было приложено за заданное время или сколько тепла было произведено в конечном итоге.Мультиварка на 100 Вт может потреблять столько же энергии, как и духовка на 1 кВт. Но поскольку скорость преобразования энергии в ней в десять раз ниже, мультиварка должна работать по десять часов за каждый час работы духовки, чтобы обеспечить такое же количество тепловой энергии. Вот почему кондиционеры обычно составляют большую часть счетов за электроэнергию в летнее время. Они быстро преобразуют энергию (большая мощность) и работают длительное время, особенно в более теплом климате.

Страница 2 из 3

При измерении такими приборами, как осциллографы, сетевое напряжение переменного тока выглядит как синусоидальная волна.Половина синусоидальной волны выше нуля (положительная) означает энергию, переносимую электрическим зарядом в одном направлении, а половина синусоидальной волны ниже нуля (отрицательная) означает энергию, переносимую в противоположном направлении. Это изменение направления в каждом цикле дает название переменному или переменному току. Это вызвано чередованием положительных и отрицательных полюсов магнита, вращающегося в генераторе. Частота является результатом конструкции генератора и зависит от количества содержащихся в нем магнитных полюсов и скорости его вращения.

Чтобы упростить производство и распределение, электрические сети работают на определенных частотах, таких как 60 Гц в большинстве частей Америки и 50 Гц для многих других мест в мире. Все оборудование, добавляющее энергию в сеть (генераторы) или отводящее ее (бытовые приборы), должно работать с одинаковой частотой. Вот почему большинство электрических устройств, продаваемых в США, не будут работать должным образом при подключении к розеткам в Европе; частоты и, во многих случаях, линейные напряжения не совпадают. 50 Гц vs.60 Гц похожа на любую другую «войну форматов», вроде VHS против Betamax, но в любом случае не имеет реальных преимуществ. Большой проблемой является то, что стоимость преобразования всей системы распределения электроэнергии с одной частоты на другую астрономически высока.

Колебательный характер сигналов переменного тока усложняет измерение их значения. Например, среднее значение обычного сетевого напряжения переменного тока равно нулю, потому что волна проводит столько же времени выше нуля, что и ниже нуля.Таким образом, сигналы переменного тока обычно количественно оцениваются как вычисленное среднеквадратическое (RMS) значение. Этот расчет в точности соответствует названию. Во-первых, одиночный сигнал измеряется с высокой скоростью и разбивается с гладкой аналоговой волны на сотни точек данных. Затем точки данных возводятся в квадрат, усредняются вместе и, наконец, вычисляется квадратный корень из этого среднего. Результат — RMS. В США среднеквадратичное значение формы волны напряжения составляет около 120 В. Оно может незначительно колебаться, но обычно находится в пределах 5% от номинала.

Среднеквадратичное значение напряжения используется для расчета мощности переменного тока. Идеальное уравнение мощности, которое обычно преподают в физике средней школы, гласит, что мощность равна произведению напряжения и тока, или P = I × V. Хотя это верно для нагрузок постоянного тока (dc), это редко верно для систем переменного тока. Системы переменного тока имеют коэффициент полезного действия, известный как коэффициент мощности. Это означает, что с учетом номинальных значений среднеквадратичного напряжения и тока электрического устройства переменного тока их умножение не даст реальной мощности.Вот почему приборы часто указывают мощность в ваттах, а не в силе тока.

Треугольник мощности: действительная, полная, реактивная мощность и коэффициент мощности
Полная мощность — это произведение среднеквадратичного значения напряжения на среднеквадратичное значение тока в вольт-амперах (ВА). Электрические розетки, удлинители и провода, установленные в домах и коммерческих зданиях, часто имеют номинальную мощность в ВА с учетом как реальной, так и реактивной мощности, которую должна поддерживать система.

Реальная мощность выражается в ваттах и ​​представляет собой фактическую энергию, преобразованную из электрической энергии в полезную работу.Расчет реальной мощности представляет собой произведение полной мощности и косинуса угла между формами волны напряжения и тока. В случае, если ток не является истинной синусоидальной формой волны, альтернативный расчет должен взять среднюю мгновенную мощность за цикл. Другими словами, среднее значение напряжения, умноженное на ток, из каждой дискретной точки данных, измеренной за один цикл.

Реактивная мощность выражается в реактивных вольт-амперах (ВАР) и представляет собой энергию, которая используется для преобразования энергии в полезную работу, но сама не выполняет никакой полезной работы.

Хорошая механическая аналогия для этого — поршневой двигатель, который используется сегодня в большинстве автомобилей. Полезная работа (реальная) от двигателя происходит за счет такта расширения поршня, но необходимо использовать некоторую энергию для «возврата» поршня в исходное положение через такт сжатия. Эта энергия (реактивная) не выполняет никакой полезной работы, поскольку не способствует продвижению автомобиля вперед, но необходима для поддержания работы системы. То же самое и с электроприборами.

Коэффициент мощности — это простое отношение реальной мощности к полной мощности.Коэффициент мощности (PF), равный 1, является наилучшим из возможных и наблюдается на чисто резистивных нагрузках. Большинство электрических устройств представляют собой комбинацию типов электрических нагрузок. Например, электрическая сушилка для одежды использует резистивные элементы для нагрева и индуктивные элементы (двигатели) для опрокидывания. Однако PF обычно учитывается только в промышленных целях, поскольку коммунальные службы не контролируют его для отдельных домов.

Страница 3 из 3

Вместе коэффициент мощности, активная и реактивная мощность указывают на то, насколько эффективно электрическое устройство или нагрузка использует электрическую энергию.Инженеры могут получить «визуальную» индикацию этой эффективности, наложив форму волны измеренного тока на форму измеренного напряжения. Если они синфазны, так что их пики и точки пересечения нуля совпадают, тогда электрическая нагрузка использует всю энергию из сети для выполнения полезной работы. Степень, в которой форма волны тока отстает или опережает форму волны напряжения, указывает на эффективность тестируемого электрического устройства. Электрические нагрузки, которые являются чисто резистивными, такие как лампы накаливания, имеют формы волны тока, которые идеально совпадают с формами волны напряжения.Для этих устройств применяется идеальное уравнение мощности P = I × V.

Еще один способ визуализировать три составляющих силы — изобразить их в виде треугольника. Реактивная мощность отображается перпендикулярно реальной мощности, потому что вся часть реактивной мощности дает нулевой вклад в реальную работу. Полная мощность — это векторная сумма реальной и реактивной мощности. Следует отметить, что интегрирование любого из этих значений с течением времени (соответственно) даст энергетические эквиваленты ватт-часов, ВА-часов и VAR-часов.

Измерение мощности
По сути, экономия энергии равна экономии затрат. Одна из самых простых причин контролировать мощность — снизить потребление энергии. Это верно для всего, от объектов стоимостью в несколько миллиардов долларов до жилых домов на одну семью. Исторически сложилось так, что бытовые потребители видели потребление энергии только раз в месяц, когда видели свои счета за коммунальные услуги. Это грубое измерение затрудняет корреляцию энергопотребления с потребляемой мощностью.Цифровые интеллектуальные счетчики, вероятно, улучшат эту ситуацию. Первое поколение этих устройств считывает ежедневное потребление энергии блоками по 15 минут. Такой вид потребления с высоким разрешением упрощает для домовладельцев нацеливание и сокращение конкретных действий, требующих большого количества энергии.

Контролируя мощность и энергию, потребители могут убедиться, что коммунальная компания выставляет им счета правильно. Сегодня стоимость сложного необходимого оборудования для мониторинга не имеет смысла для большинства бытовых потребителей.Но цена вполне оправдана для офисных и производственных помещений с ежемесячными счетами за коммунальные услуги в десятки тысяч долларов. Интеллектуальные измерения также оказываются более ценными в развивающихся странах, где распределение энергии менее регулируется или где энергия с большей вероятностью будет украдена.

Крупные потребители электроэнергии подписывают соглашения с коммунальными предприятиями, которые ограничивают объем производимых потерь энергии (VAR). Потраченная впустую энергия является проявлением коэффициента мощности объекта или PF.Двигатели добавляют VAR в электрическую систему, поэтому важно, чтобы крупные предприятия контролировали коэффициент мощности, чтобы избежать штрафов. Чтобы повысить свои коэффициенты мощности, организации могут выборочно запускать тяжелое оборудование VAR, чтобы худшие нарушители не работали одновременно, или они могут установить специальное силовое оборудование, которое поглощает VAR, а не создает их. В этом отношении устройства с запаздывающим током и устройства с опережающим током будут нейтрализованы при подключении к одной и той же цепи.

Большинство людей слышали о затемнениях, отключениях и скачках напряжения.Есть несколько других явлений в электросети, которые незаметны для обычных потребителей электроэнергии, но могут нанести вред дорогостоящему производственному, промышленному или компьютерному оборудованию. Контролируя качество электроэнергии, руководители предприятий могут активировать сигналы тревоги в случае возникновения опасных нарушений и предотвратить дорогостоящий ремонт и простои. Системные проблемы могут потребовать долгосрочных решений, таких как использование независимых генераторов на месте.

Стоимость электроэнергии за последние десять лет выросла на 40%.Если эта тенденция сохранится, процесс принятия обоснованного решения в отношении энергии будет все больше требовать глубокого знания единиц измерения, базовых расчетов и использования измерений электрической энергии. EE&T

Коэффициент мощности, ВА, мощность переменного тока: расчет и формулы

Существует распространенное заблуждение относительно разницы между измерениями ватт и вольт-ампер (ВА) для электроэнергии, а также с коэффициентом мощности. В этом руководстве вы найдете простое объяснение расчета мощности переменного тока, использования этих величин при указании резервных источников энергии, формул преобразования и онлайн-калькулятора.

ОТНОШЕНИЕ ВАТТ И ВА

Энергия в целом определяется как способность выполнять работу. Мощность по определению — это скорость работы или поток энергии (которые численно одинаковы): P = энергия / время .

Можно показать, что в электрических цепях мгновенная мощность составляет p (t) = v (t) × i (t) . В этом уравнении v (t) и i (t) — мгновенные напряжение и ток как функции времени t . В цепях переменного тока (AC) все эти величины постоянно меняются.

Значение, представляющее основной интерес для электротехнической промышленности, — это среднее значение p (t) за полный цикл переменного тока. Эта величина называется реальной (активной) мощностью и измеряется в ваттах (обозначение: Вт):

Вт = среднее [v (t) × i (t)]

. ток или фактическая энергия, потребляемая нагрузкой для создания, например, тепла, света или движения.
Электрические системы обычно имеют катушки индуктивности и конденсаторы, которые называются реактивными компонентами.Идеальные реактивные компоненты не рассеивают энергию, но они потребляют токи и создают перепады напряжения, что создает впечатление, что они действительно это делают. Эта «мнимая мощность» называется реактивной . Его среднее значение за полный цикл переменного тока равно нулю из-за фазового сдвига между напряжением и током. Он не способствует чистой передаче энергии, но циркулирует в обратном направлении между источником и нагрузкой и создает большую нагрузку на энергосистему. Реактивная мощность измеряется в вольт-амперах-реактивном ( VAR ).В отличие от мощности, которая представляет собой среднее значение, числовое значение VAR представляет собой действующее значение реактивной мощности. Помимо реактивных сопротивлений, практические электрические системы также содержат нелинейные компоненты, такие как выпрямители, которые искажают форму волны электрического тока и создают гармоники.

Если напряжение представляет собой чистую синусоиду, все гармоники тока, кроме основной, не вносят вклад в передачу чистой энергии. Комбинация реальной, искаженной и реактивной мощности составляет кажущейся (или полной) мощности, измеренной в вольт-ампер (ВА) :

ВА = V × I

В этой формуле V и I являются корневыми среднеквадратичные (RMS) значения напряжения и тока.

ЧТО ТАКОЕ КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ (PF)?

PF по определению — это отношение реальной мощности к полной: PF = W / VA .

Люди часто ищут калькулятор для преобразования вольт-ампер (ВА) в ватты. Что ж, очевидно, вам нужно знать значение PF для расчета: W = VA × PF, где PF в десятичном формате. Точно так же вы можете преобразовать ватт в VA, используя эту формулу: VA = W / PF.
К сожалению, значение коэффициента мощности практически не указывается в технических характеристиках прибора. Для старых компьютеров это было 0.6-0,65. Современные компьютеры обычно имеют блок питания SMPS с PFC, который обеспечивает коэффициент мощности, близкий к единице. Для электромеханических приборов (например, холодильников и кондиционеров) это значение обычно составляет 0,6–0,9. Если вы не знаете коэффициент мощности вашего устройства, предположите худший случай — 0,6.

Введите любые два известных значения и нажмите «Рассчитать», чтобы найти оставшееся значение.
Сбрасывать перед каждым новым расчетом. «Треугольник мощности », в котором активная, реактивная и полная мощность представлены в виде векторов, часто используется для визуализации взаимосвязи между W и VA в линейных цепях с синусоидальными сигналами.Когда напряжение и ток являются синусоидальными волнами, можно показать, что PF = cosφ , где φ- угол между векторами напряжения и тока. Для несинусоидальных токов этот треугольник недействителен из-за наличия другого компонента, называемого мощностью искажения . Этот факт игнорируется во многих учебных пособиях по электричеству. Значение PF показывает, насколько эффективно используется электроэнергия. Вот простая механическая аналогия. Мы знаем из физики, что когда объект перемещается силой, механическая работа совершается только составляющей силы в направлении движения.При заданной силе максимальная работа выполняется, когда сила и движение находятся в одном направлении. Если сила перпендикулярна направлению движения, эта сила не передает энергию. Точно так же в электрических цепях реальная (рабочая) энергия передается составляющими напряжения и тока, имеющими одинаковую частоту. При заданных значениях V и I максимальная мощность передается, когда они находятся в фазе. Если синусоидальное напряжение и ток имеют фазовый сдвиг от 90 ^до , чистая мощность равна нулю и аналогично PF = 0.

В некоторых регионах США коммунальные предприятия уже установили жилые цифровые счетчики электроэнергии, которые вычисляют W, VAR и PF. Они могут взимать дополнительную плату за VAR. Однако до сих пор большинство бытовых счетчиков в США по-прежнему являются устройствами с вращающимся диском, которые измеряют только реальные ватты, поэтому коэффициент мощности ваших приборов не влияет на стоимость вашей электроэнергии. Следовательно, использование устройств коррекции коэффициента мощности (PFC) не снизит ваши счета за электроэнергию, как утверждают некоторые. Тем не менее, при выборе размера резервной системы, такой как генератор или ИБП, следует принимать во внимание коэффициент мощности.Кроме того, более низкий коэффициент мощности вызовет больший ток в электрических сетях и дополнительное падение напряжения в проводке. В крайнем случае это может вызвать перегрев и преждевременный выход из строя двигателя и другого оборудования. В отличие от большинства бытовых пользователей, для коммерческих и промышленных потребителей электроэнергетическая компания может взимать надбавку, когда коэффициент мощности падает ниже 0,95 или около того.

Обратите внимание, что однофазные генераторы обычно рассчитаны на нагрузки с PF = 1, поэтому их номинальные значения W и VA совпадают. Так как типовые приборы имеют коэффициент мощности = 0.6-0,8, их ВА потребление на 25-60% больше их мощности. Вот почему номинальная выходная мощность генератора должна быть намного больше, чем полезная мощность таких устройств с моторным приводом. Например, для нагрузки 700 Вт с коэффициентом мощности = 0,7 вам понадобится генератор мощностью не менее 700 / 0,7 = 1000 Вт. К счастью, в настоящее время на паспортной табличке устройства обычно указывается его максимальный ток, а не мощность, поэтому вам не нужно знать его коэффициент мощности: вы просто умножаете значение тока на номинальное напряжение переменного тока (120 В в США), чтобы получить ВА. Например, если ваше однофазное устройство рассчитано максимум на 10 А, оно может потреблять до 120 × 10 = 1200 ВА.Это номер, который вы должны использовать при калибровке.

Бесплатные подписки и официальные документы

<------------------------------------------------ -------------------------------------------------- ------------------------------------------->

Калькулятор коэффициента мощности

— Дюймовый калькулятор

Найдите коэффициент мощности цепи, указав ниже напряжение, ток и мощность. Калькулятор также вычисляет полную мощность, реактивную мощность и оценивает размер конденсатора, необходимый для ее корректировки.

Как рассчитать коэффициент мощности

Коэффициент мощности является мерой эффективности использования энергии в электрической цепи и представлен числом от 0 до 1. В цепи используется несколько различных типов мощности, и коэффициент мощности представляет собой соотношение между ними. .

Истинная мощность — это фактическая мощность, используемая в цепи. Он представлен как P и часто измеряется в ваттах (Вт) или киловаттах (кВт).

Реактивная мощность — это мощность, которая потребляется или генерируется схемой для поддержания напряжения. Обычно это происходит, когда ток и напряжение не совпадают по фазе из-за емкостной или индуктивной нагрузки. Он представлен как Q и измеряется в реактивных вольт-амперах (VAR) или в киловольт-амперах реактивных (kVAR).

Полная мощность — это комбинация истинной мощности и реактивной мощности. Он представлен как S и измеряется в вольт-амперах (ВА) или киловольт-амперах (кВА).

Для определения коэффициента мощности можно использовать следующую формулу:

PF = cos θ = PS

Определение коэффициента мощности для однофазной цепи

Чтобы рассчитать коэффициент мощности для однофазной цепи, нам нужно знать истинную мощность и полную мощность. Используйте приведенные ниже формулы для определения коэффициента мощности, полной и реактивной мощности.

Формула коэффициента мощности для однофазной цепи

PF = P _(W) (V _(V) × I _(A) )

Формула кажущейся мощности для однофазной цепи

S _(ВА) = V _(В) × I _(А)

Формула реактивной мощности для однофазной цепи

Q _(VAR) = √ (| S _(VA) | ² — P _(W) ² )

Определение коэффициента мощности для трехфазной цепи

Формула для определения коэффициента мощности в трехфазной цепи немного отличается и требует знания межфазного напряжения.Это формулы для определения коэффициента мощности в трехфазной цепи переменного тока.

Формула коэффициента мощности для трехфазной цепи

PF = P _(W) (√3 × V _(V) × I _(A) )

Формула кажущейся мощности для трехфазной цепи

S _(ВА) = √3 × V _(В) × I _(A)

Формула реактивной мощности для трехфазной цепи

Q _(VAR) = √ (| S _(VA) | ² — P _(W) ² )

Корректирующий коэффициент мощности

Поскольку ток через цепь увеличивается с уменьшением коэффициента мощности, это может привести к потере энергии из-за неэффективности.Добавление емкости в схему может исправить это.

Чтобы оценить величину емкости, необходимую для корректировки, используйте приведенную ниже формулу.

емкость _(мкФ) = 1000000 × Q _(ВАР) (2 × π × 60 _(Гц) × В _(В) ² )

Калькулятор также оценивает размер конденсатора, необходимый для корректировки коэффициента мощности. Он использует эту формулу и предполагает электрическую систему 60 Гц.

.